تراشه ( IC )
تراشه، مدار یکپارچه، مدار مجتمع یا آی‌سی (به انگلیسیIntegrated circuit یا Chip) به مجموعه‌ای از مدارات الکترونیکی اطلاق می‌گردد که با استفاده از موادنیمه‌رسانا (عموماً سیلیکون همراه با میزان کنترل شده‌ای ناخالصی) در ابعادی کوچک (معمولاً کمتر از یک سانتی متر مربع) ساخته می‌شود. این مدارات معمولاً شامل دو یا سه نوع دستگاه الکترونیکی می‌باشند: مقاومت، خازن و ترانزیستور (مهم‌ترین آنها ترنزیستور می‌باشد). هر تراشه معمولاً حاوی تعداد بسیار زیادی ترانزیستور می‌باشد که با استفاده از فناوری پیچیده‌ای در داخل یک لایه از سیلیکن همگون و با ضخامتی یکنواخت و بدون ترک تزریق شده‌اند. امروزه تراشه‌ها در اکثر دستگاه‌های الکترونیکی و بویژهرایانه‌ها در ابعادی گسترده بکار می‌روند. وجود تراشه‌ها مرهون کشفیات بشر درباره نیمه رساناها و پیشرفتهای سریع پیرامون آنها در میانه‌های سده بیستم می‌باشد.
ریزتراشه ، ابزاری الکترونیکی است که مانند یک واحد از اجزای ریز بسیار زیادی، به ویژه ترانزیستور، ساخته می‌شود. ریز تراشه داخل یک سوکت، در برد مدار چاپی، قرار می‌گیرد و به دیگر اجزا وصل می‌شود.
کاربرد IC
جالب است بدانید که هر IC چندین ورودی و خروجی دارد از این‌رو با پردازش ورود‌ی‌ها، مقادیر خروجی را تولید کرده و در اختیار بخش‌های خروجی خود قرار می‌دهد. از مهم‌ترین قطعات یک کامپیوتر که براساس تکنولوژی IC ساخته شده است می‌توان به پردازنده یا همان CPU اشاره کرد که میلیاردها ترانزیستور را در خود جای داده است. بنابراین یکی از مهم‌ترین کاربردهای IC در ساخت CPU کامپیوتر است.
علاوه‌بر این برخی از ICها به گونه‌ای طراحی و تولید می‌شوند که می‌توان از آنها به عنوان حافظه نیز استفاده کرد. نمونه‌ای از آی سی‌ها به عنوان حافظه، ریز تراشه‌های PROM هستند که حافظه قابل برنامه‌ریزی فقط خواندنی می‌باشند. بدین معنا که فقط اطلاعات آنها قابل خواندن است و امکان تغییرات در آنها وجود ندارد. جالب است بدانید که از ریز تراشه‌های PROM در ساخت مدارات اصلی کامپیوتر یعنی همان قسمت از حافظه که به آن ROM نیز می‌گویند، استفاده می‌شود. بنابراین IC در ساخت حافظه نیز کاربرد دارد.
انواع IC بر حسب کاربرد
مدار مجتمع آنالوگ
در این IC ها، اعمال مورد نظر به صورت خطی روی سیگنال های ورودی انجام می شود. تقویت کننده‌های خطی و تقویت کننده‌های عملیاتی مثال‌هایی از این گونه IC ها هستند.
مدار مجتمع دیجیتالی
در این نوع مدارها، تعداد زیادی گیت منطقی روی یک تراشه پیاده می‌شوند. از این آی سی ها غالبا در کامپیوترها و ریزپردازنده‌ها استفاده می شود.
در این مدارها، اعمال مورد نظر توسط قطع و وصل شدن ترانزیستورهای آی سی انجام می شود.
لذا ساخت این نوع مدارهای مجتمع ساده تر از نوع خطی آن هاست.
مدار مجتمع آنالوگ – دیجیتال
در این نوع ICها، هم قطعات آنالوگ و هم قطعات دیجیتال در کنار هم قرار دارند.
انواعIC بر حسب نحوه ساخت
مدار مجتمع یکپارچه
در این IC ها، قطعات و ریز تراشه‌های مورد نظر تماما در یک قطعه نیمه رسانا قرار می‌گیرند. در این نوع ساخت، امکان ساخت همزمان آی سی های یکسان وجود دارد.
مدار مجتمع مختلط
در این نوع IC ها، تعدادی آی سی یکپارچه به همراه دیگر قطعات مداری مانند مقاومت، خازن و … در یک بستر قرار می گیرند.
انواع ICها برحسب تکنولوژی ریزتراشه ها
IC های BJT
این آی سی ها از ترانزیستور های BJT تشکیل شده اند.
این خانواده از آی سی ها، دارای سرعت بالا و توان مصرفی بالا هستند.
از آی سی های این خانواده می توان به TTL,ECL,RTL,DTL,IIL اشاره کرد.
ECL پر مصرفت ترین وسریع ترین IC این خانواده است.
این خانواده از IC ها، به IC های TTL معروفند.
IC های MOSFET
این IC ها از ترانزیستور های MOSFET تشکیل شده اند.
مزیت اصلی این IC ها، توان مصرفی پایین آن هاست.
هرچند که سرعت پایینشان، کاربرد IC های این خانواده را محدود کرده است.
از ICهای این خانواده می توان به CMOS,NMOS,PMOS اشاره کرد.
CMOS کم مصرفت ترین و کم سرعت ترین IC این خانواده است.
این خانواده از ICها، به آی سی های CMOS معروفند.
IC های BJT و Mosfet
هدف از طراحی این خانواده از IC ها، استفاده از مزایای دو خانواده IC های BJT و MOSFET، سرعت بالا و توان مصرفی کم، می باشد.
در این تکنولوژی، تکنولوژی‌های CMOS و BJT به صورت یکپارچه پیاده سازی می شوند.
به این تکنولوژی، BICMOS گفته می شود.
مزایای IC
ممکن است بنظر آید که ساخت مدارهای مجتمع شامل تعداد زیادی قطعه به هم متصل شده روی یک بستر si از جنبه‌های فن و اقتصادی مخاطره آمیز خواهد بود. در حالیکه حقیقت این است که روشهای نوین امکان انجام این کار را به صورت مطمئن و نسبتا کم هزینه فراهم ساخته‌اند، در بیشتر مواقع یک مدار کامل روی تراشه Si را می‌توان بسیار ارزانتر و مطمئن‌تر از یک مدار مشابه با استفاده از قطعات مجزا تولید کرد. دلیل اصلی این امر ساخت صدها مدار مشابه بطور همزمان روی پولک Si است این فرآیند تولید گروهی نامیده می‌شود.
علیرغم پیچیدگی و هزینه بالای مراحل ساخت برای یک پولک تعداد زیادی مدارهای مجتمع بدست آمده هزینه نهایی هر یک را بطور نسبی پایین می‌آورد. Ic امکان افزودن اقتصادی قطعات متعددی را دارا هستند، همچنین اطمینان پذیری نیز بهتر می‌شود زیرا ساخت تمام قطعات و اتصالات داخلی روی یک بستر محکم انجام شده و در نتیجه معایب ناشی از اتصالات سیم کاری به میزان بسیار زیادی کاهش می‌یابد، برخی از مزایای کوچک سازی مربوط به زمان پاسخ و سرعت انتقال یکسان بین مدارها است.
معایب IC ها
بزرگترین عیب این مدارات پیچیدگی و هزینه بالای طراحی و ساخت برای یک مورد از آن هاست.هرچند در تولید انبوه، هزینه کلی بطور نسبی پایین تر خواهد بود.در نتیجه کاربرد اصلی آنها در تولید انبوه یک محصول است.
نسل های ICها
نسل های متفاتی از IC ها وجود دارد که بر اساس تعداد ترانزیستور ها و باقی اجزای تشکیل دهنده شان، دسته بندی می شوند:
- SSI: شامل ۱ تا ۱۰ ترانزیستور و ۱ تا ۱۲ گیت منطقی
- MSI: شامل ۱۰ تا ۵۰۰ ترانزیستور و ۱۳ تا ۹۹ گیت منطقی
- LSI: شامل ۵۰۰ تا ۲۰۰۰۰ ترانزیستور و ۱۰۰ تا ۹۹۹۹ گیت منطقی
- VLSI: شامل ۲۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰۰ ترانزیستور و ۱۰۰۰۰تا ۹۹۹۹۹ گیت منطقی
- ULSI: بیش از ۱۰۰۰۰۰۰ ترانزیستور و ۱۰۰۰۰۰۰ گیت منطقی
نحوه ساخت IC
روش ساخت ICها به این شکل است که مدارهای الکتریکی را در لایه نازکی از سیلیسیم که ویفر سیلیکون نام دارد، تعبیه می‌کنند و همین پروسه را به صورت لایه لایه ادامه می‌دهند. جالب است بدانید که فرآیند ساخت IC در اتاقی که اصطلاحاً به آن اتاق تمیز گفته می‌شود، صورت می‌گیرد به این دلیل که سطح ناخالصی و طیف‌های نوری موجود در این اتاق کاملا تحت کنترل است. از ترکیبات پیچیده‌ای در ساخت ICها استفاده می‌شود که طراحی و تولید این ریز تراشه را تنها به چندین کشور مانند آمریکا محدود کرده است.
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.