الدارات الإلكترونية المتكاملة IC

الدارات الإلكترونية المتكاملة عادةً ما تستخدم الترانزستورات ثنائية القطب والديودات والترانزستورات الحقلية كمكون الكتروني اساسي فيها .

هذه المكونات مترابطة مع المقاومات والمكثفات المطلوبة لتشكيل الدارة الإلكترونية

ويعرف هذا النوع من الدارات بالدارات المنفصلة ، حيث يمكن فصل كل مكون من الدارة حسب الطلب.

في الوقت الحالي هناك اتجاه جديد لإنتاج الدارات الإلكترونية حيث يتم تصنيع  أشباه الموصلات و الثنائيات والترانزستورات والمكثفات على شكل لوحة غير قابلة للفصل.

تاريخ الدارات الإلكترونية المتكاملة

تم اختراع هذه التقنية في عام 1950 من قبل جاك كيلبي من شركة Texas Instruments USA و Robert Noyce لشركة Fairchild Semiconductor USA.

أول مصمم لهذا الاختراع الجديد كان سلاح الجو الأمريكي

 و في عام 2000 حصل جاك كيلبي على جائزة نوبل في الفيزياء لأختراعه الدوائر الإلكترونية المصغرة.

بعد مرور عام ونصف على عرض كيلبي لتصميم الدوائر المتكاملة ، خرج روبرت نويس من شركة Fairchild Semiconductor مع دائرته المتكاملة الخاصة.

حلّ نموذجه العديد من المشاكل العملية التي كانت موجودة في ابتكار كيلبي وكانت الدارات التي ابتكرها مكونة من مادة السليكون  بينما كان ابتكار كيبلي مكوناً من الجرمانيوم.

حصل كل من جاك كيلبي وروبرت نويس على براءات اختراع أمريكية عن دورهما في العمل في الدوائر المتكاملة.
بعد عدة سنوات من القضايا القانونية

وبعد ذلك قررت كلتا شركتيهما بحكمة الترخيص بتكنولوجيتهما وإنشاء سوق عالمي ضخم.

أنواع الدارات

مثل الدارات الإلكترونية ، يمكن أيضاً تصنيف الدارات المتكاملة على أنها IC رقمية و IC التناظرية استناداً إلى تطبيقاتها.

الدارات المتكاملة التناظرية IC :

في هذا النوع من الدارات تكون كل من المدخلات والمخرجات اشارات مستمرة.

يعتمد مستوى إشارة الخرج على مستوى إشارة الدخل و مستوى إشارة الخرج هو دالة خطية لمستوى إشارة الإدخال. 

تُستخدم الدوائر المتكاملة الخطية أو الدوائر التناظرية الأكثر كمضخمات للتردد الصوتي وكمكبرات للتردد اللاسلكي . الأمبير ، منظمات الفولتاج ، المقارنات والمؤقتات هي أيضاً أمثلة معروفة من الدارات التكاملية الخطية أو التشابهية

الدارات المتكاملة الرقمية:

البوابات المنطقية ، مثل بوابة AND ، أو بوابة NAND ، بوابة XOR ، flip flops ، العدادات ، و المعالجات الدقيقة هي بعض الأمثلة المعروفة من الدارات  المتكاملة الرقمية. 

تعمل هذه الـ IC مع البيانات الثنائية مثل 0 أو 1 ، و عادة في الدائرة الرقمية ، 0 تشير إلى 0 V والأخرى تشير إلى +5 V.


المكونات الرئيسية للدارات المتكاملة IC : 

تعد الترانزستورات هي  المكون الرئيسي لها وقد تكون هذه الترانزستورات ثنائية القطب أو الحقلية اعتماداً على تطبيقات ICs. 

ومع تحسن التكنولوجيا يوماً بعد يوم ، يتزايد أيضاً عدد الترانزستورات المدمجة في شريحة IC واحدة. 

بالاعتماد على عدد الترانزستورات المدمجة في شريحة واحدة ، يتم تصنيف الدوائر المتكاملة في خمس مجموعات. وهي:

  1. التكامل على نطاق صغير (SSI) حيث يصل عدد الترانزستورات المدمجة في شريحة IC واحدة إلى 100.
  2. التكامل المتوسط النطاق (MSI) حيث يتراوح عدد الترانزستورات المدمجة في رقاقة IC واحدة من 100 إلى 1000.
  3. التكامل على نطاق واسع (LSI) حيث عدد الترانزستورات المدمجة في شريحة IC واحدة من 1000 إلى 20،000.
  4. التكامل على نطاق واسع جداً (VLSI) حيث يتراوح عدد الترانزستورات المدمجة في شريحة IC واحدة من 20،000 إلى 10،00،000.
  5. التكامل على نطاق واسع جداً جداً (ULSI) حيث يتراوح عدد الترانزستورات المدمجة في شريحة IC واحدة من 10،00،000 إلى 1،00،00،000.

اعتماداً على الأجهزة النشطة المستخدمة يمكن تصنيفها إلى :

  • الدوائر المتكاملة ثنائية القطب. 
  • المراكز المتكاملة أحادية القطبية.

في المكونات ثنائية القطب ، تكون المكونات الرئيسية هي ترانزستورات الوصلات ثنائية القطبيةفي حين أن المكونات الرئيسية في الترانزستورات أحادية القطبية هي الترانزستورات الحقلية ، أو الترانزستورات ذات الشبكة المعزولة (MOSFET) .

كيف تصنع الدارات

هناك نوعان من تقنيات تصنيع IC :

  • التكنولوجيا المتجانسة  monolithic technology.
  • التكنولوجيا الهجينة hybrid technology.

في تقنية التكنولوجيا المتجانسة monolithic ، يتم تصنيع كل المكونات الإلكترونية و ترابطاتها معاً في شريحة واحدة من السيليكون

و يتم تطبيق هذه التقنية عندما يتم إنتاج أجزاء متماثلة متطابقة في نطاق واسع. 

تعتبر الدوائر المتكاملة الأحادية رخيصة ولكنها موثوقة

أما في المكونات الهجينة يتم تركيب مكونات منفصلة على مادة خزفية ومتصلة بنمط سلك أو معدنة.

مزايا الدارات المتكاملة IC :

  1. صغيرة الحجم من الناحية العملية تقريباً حوالي 20،000 مكون إلكتروني ، يمكن إدراجه في بوصة مربعة واحدة من رقاقة IC.
  2. يتم تصنيع العديد من الدوائر المعقدة في شريحة واحدة ، و بالتالي يبسط تصميم دائرة إلكترونية معقدة ، كما أنه يحسن الأداء.
  3. موثوقية ICs عالية.
  4. متوفرة بتكلفة منخفضة بسبب الإنتاج بالجملة.
  5. تستهلك ICs طاقة صغيرة جداً.
  6. ارتفاع سرعة التشغيل بسبب عدم وجود تأثير السعة الطفيلية.
  7. من السهل جداً استبدالها من الدائرة الأم.

عيوب الدارات المتكاملة IC

  1. نظراً لصغر حجمها ، يتعذر على IC تبديد الحرارة بالمعدل المطلوب عندما يزداد التيار ولهذا السبب غالباً ما تتضرر الدوائر المتكاملة بسبب تدفق التيار المتدفق عبرها.
  2. لا يمكن دمج الملفات والمحولات في الدوائر المتكاملة.

المصدر : انقر هنا

  • إعداد : المهندسة روان الصباغ 
  • تحرير : المهندس شفيق السالم