Ολοκληρωμένο κύκλωμα
Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα (πιο συχνά αποκαλούμενο ολοκληρωμένο κύκλωμα, μικροτσίπ, τσιπ πυριτίου, τσιπ υπολογιστή ή τσιπ) είναι ένα κομμάτι ειδικά προετοιμασμένου πυριτίου (ή άλλου ημιαγωγού) στο οποίο χαράσσεται ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα με τη χρήση φωτολιθογραφίας. Τα τσιπ πυριτίου μπορεί να περιέχουν λογικές πύλες, επεξεργαστές υπολογιστών, μνήμη και ειδικές συσκευές. Το τσιπ είναι πολύ εύθραυστο και γι' αυτό συνήθως περιβάλλεται από μια πλαστική συσκευασία για την προστασία του. Η ηλεκτρική επαφή με το τσιπ παρέχεται μέσω μικροσκοπικών καλωδίων που συνδέουν το τσιπ με μεγαλύτερες μεταλλικές ακίδες που εξέχουν από το πακέτο.
Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα έχει δύο βασικά πλεονεκτήματα έναντι των διακριτών κυκλωμάτων: κόστος και απόδοση. Το κόστος είναι χαμηλό, επειδή εκατομμύρια τρανζίστορ μπορούν να τοποθετηθούν σε ένα τσιπ αντί να κατασκευαστεί ένα κύκλωμα με μεμονωμένα τρανζίστορ. Η απόδοση είναι υψηλότερη, καθώς τα εξαρτήματα μπορούν να λειτουργούν ταχύτερα και να καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια.
Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα έχουν σχεδιαστεί για διαφορετικούς σκοπούς. Ένα τσιπ μπορεί να έχει σχεδιαστεί μόνο για μια αριθμομηχανή, η οποία μπορεί να λειτουργεί μόνο ως αριθμομηχανή. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα μπορούν να ταξινομηθούν σε αναλογικά, ψηφιακά και μικτού σήματος (τόσο αναλογικά όσο και ψηφιακά στο ίδιο chip).
Ημιαγωγός
Ένας ημιαγωγός όπως το πυρίτιο μπορεί να ελεγχθεί ώστε να επιτρέπει (ή να μην επιτρέπει) τη ροή ρεύματος. Αυτό επιτρέπει την κατασκευή τρανζίστορ που μπορούν να ελέγχουν το ένα το άλλο. Βρίσκονται σε πολλά είδη οικιακής χρήσης, όπως ραδιόφωνα, υπολογιστές, τηλέφωνα και πολλά άλλα. Άλλες διατάξεις ημιαγωγών περιλαμβάνουν ηλιακές κυψέλες, διόδους και LED (δίοδοι εκπομπής φωτός).
Πλευρική όψη της διπλής σε σειρά συσκευασίας (DIP)
Εικόνα πλαστικού τετραπλού επίπεδου πακέτου (PQFP)
Εφεύρεση
Το 1958 και το 1959, δύο άνθρωποι είχαν την ιδέα για ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα σχεδόν ταυτόχρονα. Τα τρανζίστορ είχαν γίνει ένα καθημερινό πράγμα που χρησιμοποιούνταν σε οικιακές συσκευές όπως τα ραδιόφωνα. Επηρέασαν τα πάντα, από τα ραδιόφωνα μέχρι τα τηλέφωνα, και εκείνη την εποχή οι κατασκευαστές χρειάζονταν έναν μικρότερο αντικαταστάτη των λυχνιών κενού. Τα τρανζίστορ ήταν μικρότερα από τους σωλήνες κενού, αλλά για ορισμένα από τα νεότερα ηλεκτρονικά, όπως για παράδειγμα η καθοδήγηση πυραύλων, δεν ήταν αρκετά μικρά.
Μια μέρα του Ιουλίου, ο Jack Kilby εργαζόταν στην Texas Instruments όταν του ήρθε στο μυαλό ότι όλα τα μέρη ενός κυκλώματος, όχι μόνο το τρανζίστορ, θα μπορούσαν να κατασκευαστούν από πυρίτιο. Εκείνη την εποχή, κανείς δεν έβαζε πυκνωτές και αντιστάσεις σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Αυτό θα άλλαζε το μέλλον και θα διευκόλυνε την παραγωγή και πώληση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η ιδέα άρεσε στο αφεντικό του Kilby και του είπε να πιάσει δουλειά. Μέχρι τις 12 Σεπτεμβρίου, ο Kilby είχε κατασκευάσει ένα λειτουργικό μοντέλο και στις 6 Φεβρουαρίου, η Texas Instruments κατέθεσε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Το πρώτο τους "στερεό κύκλωμα" είχε το μέγεθος μιας άκρης του δακτύλου.
Εν τω μεταξύ, στην Καλιφόρνια, ένας άλλος άνδρας είχε την ίδια ιδέα. Τον Ιανουάριο του 1959, ο Robert Noyce εργαζόταν στη μικρή νεοσύστατη εταιρεία Fairchild Semiconductor. Συνειδητοποίησε επίσης ότι ένα ολόκληρο κύκλωμα θα μπορούσε να τοποθετηθεί σε ένα μόνο τσιπ. Ενώ ο Kilby είχε επεξεργαστεί τις λεπτομέρειες για την κατασκευή μεμονωμένων εξαρτημάτων, ο Noyce σκέφτηκε έναν πολύ καλύτερο τρόπο σύνδεσης των εξαρτημάτων. Ο σχεδιασμός ονομάστηκε "ενιαίο κύκλωμα". Όλη αυτή η λεπτομέρεια απέδωσε καρπούς, διότι στις 25 Απριλίου 1961, το γραφείο διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας χορήγησε το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για ολοκληρωμένο κύκλωμα στον Robert Noyce, ενώ η αίτηση του Kilby βρισκόταν ακόμη υπό ανάλυση. Σήμερα, αναγνωρίζεται ότι και οι δύο άνδρες συνέλαβαν ανεξάρτητα την ιδέα.
Σύντομα υπήρχαν δύο είδη ολοκληρωμένων κυκλωμάτων: υβριδικά (HIC) και μονολιθικά (MIC). Τα υβριδικά εξαφανίστηκαν στα τέλη του 20ού αιώνα.
Γενιές
| Όνομα | Περίοδος | Αριθμός τρανζίστορ σε κάθε τσιπ (περίπου) |
| SSI (Ενσωμάτωση μικρής κλίμακας) | αρχές της δεκαετίας του 1960 | ένα τσιπ περιέχει μόνο μερικά τρανζίστορ |
| MSI (Ενσωμάτωση μέσης κλίμακας) | τέλη της δεκαετίας του 1960 | εκατοντάδες τρανζίστορ σε κάθε τσιπ |
| LSI (Ολοκλήρωση μεγάλης κλίμακας) | μέσα της δεκαετίας του 1970 | δεκάδες χιλιάδες τρανζίστορ ανά τσιπ |
| VLSI (Ολοκλήρωση πολύ μεγάλης κλίμακας) | τέλη του 20ου αιώνα αιώνα | εκατοντάδες χιλιάδες τρανζίστορ |
| ULSI (Ultra-Large Scale Integration) | 21ος αιώνας | περισσότερα από 1 εκατομμύριο τρανζίστορ |
※ Η διαφορά μεταξύ VLSI και ULSI δεν είναι σαφώς καθορισμένη.
Ταξινόμηση
Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα μπορούν να συσκευαστούν ως DIP (Dual in-line package), PLCC (Plastic leaded chip carrier), TSOP (Thin small-outline package), PQFP (Plastic Quad Flat Pack) και άλλοι τύποι συσκευασίας τσιπ. Ορισμένα μικρά είναι συσκευασμένα για τεχνολογία επιφανειακής τοποθέτησης. Τα τρανζίστορ στο εσωτερικό τους μπορεί να είναι διπολικά τρανζίστορ σε ασυνήθιστα κυκλώματα, όπως αυτά που χρειάζονται πολύ υψηλές ταχύτητες μεταγωγής. Τα περισσότερα, ωστόσο, είναι MOSFET.
Σχετικές σελίδες
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα;
A: Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, επίσης γνωστό ως ολοκληρωμένο κύκλωμα ή μικροτσίπ, είναι ένα κομμάτι ειδικά προετοιμασμένου πυριτίου πάνω στο οποίο χαράσσεται ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα με τη χρήση φωτολιθογραφίας.
Ερ: Ποια είναι μερικά παραδείγματα συσκευών που μπορούν να συμπεριληφθούν σε ένα τσιπ πυριτίου;
Α: Τα τσιπ πυριτίου μπορούν να περιέχουν λογικές πύλες, επεξεργαστές υπολογιστών, μνήμη και ειδικές συσκευές.
Ερ: Γιατί χρησιμοποιείται μια πλαστική συσκευασία για να περιβάλλει το τσιπ;
Α: Το τσιπ είναι πολύ εύθραυστο, γι' αυτό χρησιμοποιείται μια πλαστική συσκευασία για την προστασία του.
Ερ: Πώς γίνεται η ηλεκτρική επαφή με το τσιπ;
Α: Η ηλεκτρική επαφή με το τσιπ γίνεται μέσω μικροσκοπικών καλωδίων που συνδέουν το τσιπ με μεγαλύτερες μεταλλικές ακίδες που εξέχουν από το πακέτο.
Ερ: Ποια είναι δύο πλεονεκτήματα της χρήσης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων αντί για διακριτά κυκλώματα;
Α: Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα έχουν δύο βασικά πλεονεκτήματα έναντι των διακριτών κυκλωμάτων: κόστος και απόδοση. Το κόστος είναι χαμηλό επειδή εκατομμύρια τρανζίστορ μπορούν να τοποθετηθούν σε ένα τσιπ αντί να κατασκευαστεί ένα κύκλωμα με μεμονωμένα τρανζίστορ. Οι επιδόσεις είναι υψηλότερες επειδή τα εξαρτήματα μπορούν να λειτουργούν ταχύτερα και να καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια.
Ερ: Ποιοι είναι οι διάφοροι τύποι ολοκληρωμένων κυκλωμάτων;
Α: Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα μπορούν να ταξινομηθούν σε αναλογικά, ψηφιακά και μικτού σήματος (τόσο αναλογικά όσο και ψηφιακά στο ίδιο τσιπ).
Ερ: Μπορεί ένα ενιαίο τσιπ να σχεδιαστεί για έναν συγκεκριμένο σκοπό;
Α: Ναι, ένα τσιπ μπορεί να σχεδιαστεί για συγκεκριμένο σκοπό, όπως ένα τσιπ αριθμομηχανής που μπορεί να λειτουργεί μόνο ως αριθμομηχανή.
