Circuit integrat

TBA570A = un circuit integrat cu funcţia de receptor radio MF-MA, fabricat la IPRS Băneasa, România, 1990

Conform definiției, un circuit integrat reprezintă:

"Ansamblu complex de conductori și semiconductori miniaturizați și integrați într-o componentă unică pentru a îndeplini o funcție specifică."

Circuitele care îndeplinesc această definiție pot fi construite folosind multe tehnologii diferite, inclusiv tehnologii cu peliculă subțire, tehnologii cu peliculă groasă sau circuite integrate hibride. Cu toate acestea, în electronică, un circuit integrat a ajuns să se refere la construcția circuitului utilizând o combinație de elemente miniaturizate într-o singură piesă, cunoscută inițial ca „circuit integrat monolitic”, și adesea construit pe o singură bucată de siliciu.

Circuitul integrat este numit și cip, de la cuvântul englez chip. Prescurtarea numelui în engleză este IC, de la integrated circuit, pronunție /ai si/ (v. AFI), iar prescurtare în română este C.I.

Pentru un microcalculator personal românesc, vedeți CIP.

Circuitul integrat este un dispozitiv electronic alcătuit din mai multe componente electrice și electronice interconectate, pasive și active, situate pe o plăcuță de material semiconductor (făcută de exemplu din siliciu), dispozitiv care în cele mai multe cazuri este încapsulat într-o capsulă etanșă prevăzută cu elemente de conexiune electrică spre exterior, numite terminale sau pini („piciorușe”). Circuitele integrate sunt folosite în toate echipamentele electronice din zilele noastre și au revoluționat lumea echipamentelor electronice.

Istorie

Primul circuit integrat monolitic a fost fabricat în 1960. Ideea integrării componentelor electronice într-un singur dispozitiv s-a născut când fizicianul și inginerul german Werner Jacobi (Siemens AG) a dezvoltat și brevetat primul amplificator integrat cunoscut cu tranzistor în 1949, iar inginerul radio britanic Geoffrey Dummer a propus să integreze o varietate de componente electronice standard într-un cristal semiconductor monolit în 1952. Un an mai târziu, Harwick Johnson a depus un brevet pentru un prototip de circuit integrat. Între 1953 și 1957, Sidney Darlington și Yasuo Tarui (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology-Japonia) au propus modele similare de cip în care mai multe tranzistoare ar putea partaja o zonă activă comună, dar nu a existat o soluție tehnologică pentru a obține o izolație între joncțiunile p–n pentru a le separa unele de altele.

Aceste idei nu au putut fi implementate de industrie până când nu au venit o serie de inovații la sfârșitul anului 1958. Trei oameni, de la trei companii din SUA, au rezolvat trei probleme fundamentale care au împiedicat producția de circuite integrate pe scară largă.

La 27 septembrie 1960, folosind ideile lui Noyce și Hoerni, un grup de Jay Last de la Fairchild Semiconductor a creat primul CI semiconductor operațional. Ulterior, Texas Instruments, care deținea brevetul pentru invenția lui Kilby, a început un război pe tema priorităților acestor brevete, care a fost soluționat abia în anul 1966 prin acordul privind licențele încrucișate între cele două companii.

De aceea, încă nu există un consens asupra deciziei de cine a inventat cu adevărat primul IC. Presa americană a anilor 1960 a numit patru persoane ca având contribuții la această descoperire epocală: Kilby, Lehovec, Noyce și Hoerni; Ulterior, în anii 1970, lista a fost scurtată la doar două persoane, Kilby și Noyce. Kilby a fost distins cu Premiul Nobel pentru fizică în 2000 „pentru rolul său în inventarea circuitului integrat”. În anii 2000, istoricii Leslie Berlin, Bo Lojek și Arjun Saxena au reintrodus ideea mai multor inventatori pentru IC și au revizuit contribuția lui Kilby. Cipurile moderne se bazează mai degrabă pe circuitul integrat monolitic al lui Noyce, decât pe circuitul integrat hibrid al lui Kilby

Aplicații

Primele aparate de radio erau echipate cu circuite integrate în etajul audio; apoi au apărut și primele receptoare TV echipate cu circuite integrate, radiocasetofoane, și până la roboții industriali și multe altele, fapt determinat de pătrunderea automatizării în procesele de producție.

După etapa mecanizării omul îndeplinește în principal funcția de conducere a proceselor tehnologice de producție. Operațiile de conducere necesită un efort fizic neglijabil, dar un efort intelectual important. Pe de altă parte unele procese tehnice se desfășoară foarte rapid, astfel că viteza de reacție a unui operator uman ar fi insuficientă pentru a transmite o comandă necesară în timp util. Astfel, la un anumit stadiu de dezvoltare a proceselor de producție devine necesar ca o parte din funcțiile de conducere să fie transferate unor echipamente și aparate specializate, de automatizare. Omului îi rămâne însă sarcina supravegherii generale a funcționării instalațiilor automatizate și adoptarea deciziilor și soluțiilor de perfecționare și optimizare.

Prin automatizarea proceselor de producție se urmărește asigurarea tuturor condițiilor de desfășurare a acestora fără intervenția operatorului uman. Unele consecințe sunt: creșterea performanței tehnice, a fiabilității produselor, scăderea prețului de cost.

Există mai multe tipuri de circuite integrate. Printre cele mai avansate și populare pot fi menționate microprocesoarele, care sunt folosite la calculatoare, telefoane mobile și alte dispozitive mobile.

Detalii

Circuit integrat DIP

Un circuit integrat monolitic este un ansamblu de componente electrice și electronice (diode, tranzistoare, rezistențe, condensatoare și chiar bobine) realizate pe o pastila miniatură de siliciu numit „cip” prin fotolitografie.. Aceste chip-uri sunt asamblate in forme standardizate, din diferite materiale, cu diferite dimensiuni și număr de terminale. Pastilele de siliciu, de numai câțiva milimetri, sunt protejate prin încapsulare, iar legăturile pentru conexiunile externe către terminale sunt realizate cu fire de aur sau aluminiu, terminale care permit stabilirea legăturii dintre cip și circuitul imprimat. Numărul componentelor integrate a crescut în timp, de la primii ani după inventare, când putem discuta despre câteva sute/mii de componente integrate, la zeci de miliarde de componente pe cip (de ex. în cazul microprocesoarelor), unități de procesare grafică, Field Programmable Gate Array conform cu prima lege a lui Moore :

„Complexitatea unui microcircuit, măsurată de exemplu prin numărul de tranzistoare pe cip, se dublează la fiecare 18 luni (și, prin urmare, se cvadruplează la fiecare 3 ani).”

Din punct de vedere tehnologic, o pastilă de siliciu pe care este realizat un circuit integrat poate fi înglobată în diferite tipuri de capsule, în funcție de necesități și de modul de utilizare al circuitului integrat. O clasificare sumară, după modul de interconectare a circuitelor pe un cablaj (PCB), determină două categorii:

Clasificare

Din punct de vedere al semnalelor prelucrate (procesate) circuitele integrate se pot clasifica:

În funcție de caracteristicile funcționale și de domeniul de aplicații, cele analogice au fost grupate pe familii: amplificatoare operaționale (AO), circuite de uz industrial, circuite de audio, radio și TV, arii de diode și tranzistoare. Pentru o clasificare și mai multe mai detalii, găsim informatii pe pagina principală despre circuite ntegrate analogice.

Cele mai simple circuite integrate sunt cele logice, fabricate încă de la începuturi și în România, de ex. seria CDB (Circuit Digital Bipolar) logică de tipul TTL, similare celor din familia 7400. Circuitele TTL din această serie au grad mic de integrare, conțin maxim 4 tranzistoare, 2 diode și 4 rezistențe pentru fiecare poartă, ele putând fi realizate și din componente discrete. Aceste porți au fost folosite intens între 1970 -1980 la fabricarea de calculatoare și în aplicațiile pentru automatizări, unde pentru a construi o aplicație mai complicată erau necesare un număr de sute și chiar mii de IC-uri.

Utilizarea unui număr atât de mare de circuite integrate de tip TTL pentru realizarea unui calculator a forțat inovații tehnologice pentru creșterea gradului de integrare și apariția de circuite complexe. Schimbările s-au făcut inițial prin apariția de noi circuite și microprocesoare simple, ca de ex.: procesorul de 1 bit PC 14500, numărătorul de program de 4 biți PC 14104 sau demultiplexor 1:8 cu memorie. Circuitele integrate logice, care au fost folosite cu zecile de mii în primele calculatoare, dar și în alte aplicații industriale de automatizare și robotizare, au netezit calea spre realizarea circuitelor integrate liniare, care puneau probleme noi, generate de complexitatea structurii, de particularitățile procesului tehnologic, de varietatea metodelor și a aparaturii de testare.

Din punctul de vedere al tehnologiilor de realizare, există trei tipuri de circuite integrate:

În funcție de numărul componentelor și de nivelul de integrare N circuitele integrate pot fi clasificate în:

Circuitul integrat în România

Începând din anul 1974 au fost produse primele circuite integrate analogice-liniare cu aplicații în domeniul audio, radioreceptoare și televizoare. A devenit imperios necesară asimilarea circuitelor integrate liniare care să preia funcțiile etajelor clasice cu tuburi electronice sau cu tranzistoare. S-au născut primele aparate de radioreceptoare cu circuite integrate cu etajele de radiofrecvență și frecvență intermediară integrată într-un cip de TBA 570, cu decodor stereo de tip A758 și cu etajul final audio de tip TCA 150, care la vremea aceea situau produsele la nivelul de vârf al tehnicii mondiale.

Principalul producător de circuite integrate și alte componente a fost IPRS Băneasa, o fabrică unde au fost produse și alte circuite integrate liniare, ca de ex. alimentatorul stabilizat pentru tunere cu varicap TAA 550, amplificatorul de frecvență intermediară sunet și imagine la TV (TDA 440), sincroprocesorul TV (TBA 950), C.I. pentru baleiaj vertical (TDA 1170), amplificatoare operaționale (A 741, M 3900), stabilizatoare de tensiune (A 723), temporizator E 555, senzor magnetic M 230, comutator senzorial pentru tastaturile electronice la TV seria SAS 560 și 561. Alte exemple: amplificatorul operațional A 741 în capsulă cu 8 sau 14 terminale; are domenii largi de aplicații ca: receptor de tensiune, amplificator neinversor sau inversor, integrator ori amplificator de putere cu viteză de variație mare. Toate acestea se aplică în domenii ca robotizarea industrială, mașini-unelte semiautomate sau automate, producția de echipamente audio- video. Din familia lui A 741 fac parte și amplificatorul operațional cuadruplu M 324 și cel dual de tip M 358, care și-au găsit aplicațiile în sisteme de control industrial și la amplificatoarele de curent continuu.

Galerie foto


Note

  1. ^ Leslie Berlin este istoric profesionist, șef al programului de istoria Silicon Valley al Universității Stanford, autoarea biografiei lui Robert Noyce și consilier la Smithsonian Institution.
  2. ^ Bo Lojek este un fizician specializat în Fizica stării solide, cu cercetari referitoare la difuzie în siliciu; a scris o carte despre istoria industriei semiconductoarelor.
  3. ^ Arjun Saxena este un fizician indian-american care a studiat semiconductorii încă din anii 1960; a scris o carte despre istoria invenției IC.

Referințe

  1. ^ „Integrated circuit (IC)”. JEDEC. 
  2. ^ Wylie, Andrew (2009). „The first monolithic integrated circuits”. Arhivat din original la 4 mai 2018. Accesat în 14 martie 2011. Nowadays when people say 'integrated circuit' they usually mean a monolithic IC, where the entire circuit is constructed in a single piece of silicon. În zilele noastre, când oamenii spun „circuit integrat”, de obicei înseamnă un circuit integrat monolitic, în care întregul circuit este construit dintr-o singură bucată de siliciu. 
  3. ^ Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1989). The Art of Electronics (ed. 2nd). Cambridge University Press. p. 61. ISBN 978-0-521-37095-0. Integrated circuits, which have largely replaced circuits constructed from discrete transistors, are themselves merely arrays of transistors and other components built from a single chip of semiconductor material.Circuitele integrate, care au înlocuit în mare măsură circuitele construite din tranzistoare discrete, sunt ele însele doar rețele de tranzistori și alte componente construite dintr-un singur cip de material semiconductor. 
  4. ^ „Who Invented the IC?”. @CHM Blog. Computer History Museum. 20 august 2014. 
  5. ^ „Integrated circuits help Invention”. Integratedcircuithelp.com. Accesat în 13 august 2012. 
  6. ^ a b Saxena 2009, p. 140.
  7. ^ a b c „1959: Practical Monolithic Integrated Circuit Concept Patented”. Computer History Museum. Accesat în 13 august 2019. 
  8. ^ a b c „Integrated circuits”. NASA. Accesat în 13 august 2019. 
  9. ^ Lojek 2007.
  10. ^ Saxena 2009.
  11. ^ Vătășescu, A.; Ciobanu, M.; Cârcu, T.; Rates, I.; Gheorghiu, V. (1975). Dispozitive Semiconductoare - Manual de utilizare. București: Editură technică. 
  12. ^ Indicele de integrare (N) reprezintă logaritmul zecimal al numărului de circuite echivalente ale CI, rotunjit superior la prima valoare întreagă
  13. ^ 10. Circuite Integrate afahc.ro

Bibliografie

Legături externe

Vezi și

Control de autoritate