سمات المنتج

الوثائق والوسائط

التصنيفات البيئية والتصديرية

دوائر متكاملة

الدائرة المتكاملة (IC) عبارة عن شريحة من أشباه الموصلات تحمل العديد من المكونات الصغيرة مثل المكثفات والثنائيات والترانزستورات والمقاومات.تُستخدم هذه المكونات الصغيرة لحساب البيانات وتخزينها بمساعدة التكنولوجيا الرقمية أو التناظرية.يمكنك التفكير في الدائرة المتكاملة باعتبارها شريحة صغيرة يمكن استخدامها كدائرة كاملة وموثوقة.يمكن أن تكون الدوائر المتكاملة عدادًا أو مذبذبًا أو مضخمًا أو بوابة منطقية أو مؤقتًا أو ذاكرة كمبيوتر أو حتى معالجًا دقيقًا.

يعتبر IC لبنة بناء أساسية لجميع الأجهزة الإلكترونية اليوم.يوحي اسمها بنظام مكون من مكونات متعددة مترابطة مدمجة في مادة رقيقة من أشباه الموصلات مصنوعة من السيليكون.

تاريخ الدوائر المتكاملة 

تم تقديم التكنولوجيا وراء الدوائر المتكاملة في البداية في عام 1950 من قبل روبرت نويس وجاك كيلبي في الولايات المتحدة الأمريكية.وكانت القوات الجوية الأمريكية أول مستهلك لهذا الاختراع الجديد.كما فاز جاك كيلبي بجائزة نوبل في الفيزياء عام 2000 لاختراعه الدوائر المتكاملة المصغرة.

بعد مرور عام ونصف على تقديم تصميم كيلبي، قدم روبرت نويس نسخته الخاصة من الدائرة المتكاملة.حل نموذجه العديد من المشكلات العملية في جهاز كيلبي.استخدم نويس أيضًا السيليكون في نموذجه، بينما استخدم جاك كيلبي الجرمانيوم. 

حصل كل من روبرت نويس وجاك كيلبي على براءات اختراع أمريكية لمساهمتهما في الدوائر المتكاملة.لقد كافحوا مع القضايا القانونية لعدة سنوات.وأخيرًا، قررت شركتا نويس وكيلبي تبادل التراخيص لاختراعاتهما وتقديمها إلى سوق عالمية ضخمة.

أنواع الدوائر المتكاملة

هناك نوعان من الدوائر المتكاملة.هؤلاء هم:

1. المرحلية التناظرية

تتمتع الدوائر المتكاملة التناظرية بمخرجات قابلة للتغيير باستمرار، اعتمادًا على الإشارة التي تتلقاها.من الناحية النظرية، يمكن لمثل هذه الدوائر المتكاملة الوصول إلى عدد غير محدود من الحالات.في هذا النوع من IC، يكون مستوى خرج الحركة دالة خطية لمستوى إدخال الإشارة.

يمكن أن تعمل الدوائر المتكاملة الخطية كمضخمات للترددات الراديوية (RF) والترددات الصوتية (AF).مكبر الصوت التشغيلي (op-amp) هو الجهاز المستخدم عادةً هنا.بالإضافة إلى ذلك، يعد مستشعر درجة الحرارة تطبيقًا شائعًا آخر.يمكن للدوائر المرحلية الخطية تشغيل وإيقاف العديد من الأجهزة بمجرد وصول الإشارة إلى قيمة معينة.يمكنك العثور على هذه التقنية في الأفران والسخانات ومكيفات الهواء. 

2. المرحلية الرقمية 

هذه تختلف عن المرحلية التناظرية.أنها لا تعمل على مدى ثابت من مستويات الإشارة.وبدلا من ذلك، فإنها تعمل على عدد قليل من المستويات المحددة مسبقا.تعمل الدوائر المتكاملة الرقمية بشكل أساسي بمساعدة البوابات المنطقية.تستخدم البوابات المنطقية البيانات الثنائية.تحتوي الإشارات في البيانات الثنائية على مستويين فقط يُعرفان بالمنخفض (المنطق 0) والعالي (المنطق 1).

تُستخدم الدوائر المتكاملة الرقمية في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل أجهزة الكمبيوتر وأجهزة المودم وما إلى ذلك.

لماذا تحظى الدوائر المتكاملة بشعبية كبيرة؟

على الرغم من اختراعها منذ ما يقرب من 30 عامًا، إلا أن الدوائر المتكاملة لا تزال تستخدم في العديد من التطبيقات.دعونا نناقش بعض العناصر المسؤولة عن شعبيتها: 

1.قابلية التوسع 

قبل بضع سنوات، وصلت إيرادات صناعة أشباه الموصلات إلى مبلغ لا يصدق يصل إلى 350 مليار دولار أمريكي.كانت شركة إنتل المساهم الأكبر هنا.وكان هناك لاعبون آخرون أيضًا، وكان معظمهم ينتمون إلى السوق الرقمية.إذا نظرت إلى الأرقام، سترى أن 80 بالمائة من المبيعات الناتجة عن صناعة أشباه الموصلات جاءت من هذا السوق.

وقد لعبت الدوائر المتكاملة دورًا كبيرًا في هذا النجاح.كما ترون، قام الباحثون في صناعة أشباه الموصلات بتحليل الدائرة المتكاملة وتطبيقاتها ومواصفاتها وقاموا بتوسيع نطاقها.

كان أول IC تم اختراعه يحتوي على عدد قليل من الترانزستورات - 5 على وجه التحديد.والآن رأينا معالج Intel Xeon ذو 18 نواة بإجمالي 5.5 مليار ترانزستور.علاوة على ذلك، كان لدى وحدة تحكم التخزين الخاصة بشركة IBM 7.1 مليار ترانزستور مع ذاكرة تخزين مؤقت سعة 480 ميجابايت L4 في عام 2015.

لعبت قابلية التوسع هذه دورًا كبيرًا في الشعبية السائدة للدوائر المتكاملة.

2. التكلفة

كانت هناك العديد من المناقشات حول تكلفة IC.على مر السنين، كان هناك مفهوم خاطئ حول السعر الفعلي لدائرة IC أيضًا.السبب وراء ذلك هو أن الشهادات المرحلية لم تعد مفهومًا بسيطًا بعد الآن.تتقدم التكنولوجيا بسرعة هائلة، ويجب على مصممي الرقائق مواكبة هذه الوتيرة عند حساب تكلفة الدوائر المتكاملة.

قبل بضع سنوات، كان حساب تكلفة الدائرة المتكاملة يعتمد على قالب السيليكون.في ذلك الوقت، كان من السهل تحديد تقدير تكلفة الشريحة حسب حجم القالب.في حين أن السيليكون لا يزال عنصرًا أساسيًا في حساباتهم، إلا أن الخبراء بحاجة إلى مراعاة المكونات الأخرى عند حساب تكلفة الدائرة المتكاملة أيضًا.

حتى الآن، استنتج الخبراء معادلة بسيطة إلى حد ما لتحديد التكلفة النهائية لدائرة متكاملة:

تكلفة IC النهائية = تكلفة الحزمة + تكلفة الاختبار + تكلفة القالب + تكلفة الشحن

تأخذ هذه المعادلة بعين الاعتبار كافة العناصر الضرورية التي تلعب دوراً كبيراً في تصنيع الشريحة.بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون هناك بعض العوامل الأخرى التي يمكن أخذها في الاعتبار.أهم شيء يجب أخذه في الاعتبار عند تقدير تكاليف IC هو أن السعر قد يختلف أثناء عملية الإنتاج لأسباب متعددة.

كما أن أي قرارات فنية يتم اتخاذها أثناء عملية التصنيع قد يكون لها تأثير كبير على تكلفة المشروع.

3. الموثوقية

يعد إنتاج الدوائر المتكاملة مهمة حساسة للغاية لأنها تتطلب أن تعمل جميع الأنظمة بشكل مستمر خلال ملايين الدورات.تلعب المجالات الكهرومغناطيسية الخارجية ودرجات الحرارة القصوى وظروف التشغيل الأخرى دورًا مهمًا في تشغيل IC.

ومع ذلك، يتم التخلص من معظم هذه المشكلات باستخدام اختبارات الضغط العالي التي يتم التحكم فيها بشكل صحيح.ولا يوفر آليات فشل جديدة، مما يزيد من موثوقية الدوائر المتكاملة.يمكننا أيضًا تحديد توزيع الفشل في وقت قصير نسبيًا من خلال استخدام الضغوط الأعلى.

تساعد كل هذه الجوانب في التأكد من أن الدائرة المتكاملة قادرة على العمل بشكل صحيح.

علاوة على ذلك، إليك بعض الميزات لتحديد سلوك الدوائر المتكاملة:

درجة حرارة

قد تختلف درجة الحرارة بشكل كبير، مما يجعل إنتاج IC صعبًا للغاية.

الجهد االكهربى.

تعمل الأجهزة بجهد اسمي يمكن أن يختلف قليلاً.

عملية

الاختلافات العملية الأكثر حيوية المستخدمة للأجهزة هي جهد العتبة وطول القناة.يتم تصنيف اختلاف العملية على النحو التالي:

• الكثير للكثير
• رقاقة إلى رقاقة
• يموت للموت

حزم الدوائر المتكاملة

تغلف الحزمة قالب الدائرة المتكاملة، مما يجعل من السهل علينا الاتصال بها.يتم ربط كل وصلة خارجية على القالب بقطعة صغيرة من السلك الذهبي إلى دبوس على العبوة.الدبابيس عبارة عن أطراف بثق فضية اللون.يمرون عبر الدائرة للاتصال بأجزاء أخرى من الشريحة.تعتبر هذه العناصر ضرورية للغاية لأنها تدور حول الدائرة وتتصل بالأسلاك وبقية المكونات في الدائرة.

هناك عدة أنواع مختلفة من الحزم التي يمكن استخدامها هنا.تتميز جميعها بأنواع تركيب فريدة وأبعاد فريدة وعدد الدبوس.دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل هذا.

عد الدبوس

جميع الدوائر المتكاملة مستقطبة، ويختلف كل طرف من حيث الوظيفة والموقع.هذا يعني أن الحزمة تحتاج إلى الإشارة إلى جميع المسامير وفصلها عن بعضها البعض.تستخدم معظم المرحلية نقطة أو حزًا لإظهار الدبوس الأول.

بمجرد تحديد موقع الدبوس الأول، فإن بقية أرقام الدبوس تزداد بالتسلسل أثناء تحركك عكس اتجاه عقارب الساعة حول الدائرة.

تصاعد

يعد التثبيت أحد الخصائص الفريدة لنوع الحزمة.يمكن تصنيف جميع الحزم وفقًا لواحدة من فئتي التثبيت: التثبيت على السطح (SMD أو SMT) أو من خلال الفتحة (PTH).من الأسهل كثيرًا العمل مع الحزم من خلال الفتحات نظرًا لأنها أكبر حجمًا.وهي مصممة بحيث تكون ثابتة على جانب واحد من الدائرة وملحومة على جانب آخر.

تأتي العبوات المثبتة على السطح بأحجام مختلفة، من الصغيرة إلى الصغيرة.يتم تثبيتها على جانب واحد من الصندوق ويتم لحامها على السطح.تكون دبابيس هذه الحزمة إما متعامدة مع الشريحة، أو مضغوطة من الجانب، أو يتم وضعها في بعض الأحيان في مصفوفة على قاعدة الشريحة.تتطلب الدوائر المتكاملة على شكل مثبت على السطح أيضًا أدوات خاصة لتجميعها.

ثنائي في الخط

تعد الحزمة المزدوجة المضمنة (DIP) واحدة من أكثر الحزم شيوعًا.هذا هو نوع من حزمة IC عبر الفتحة.تحتوي هذه الرقائق الصغيرة على صفين متوازيين من المسامير الممتدة عموديًا من غلاف بلاستيكي أسود مستطيل.

تبلغ المسافة بين المسامير حوالي 2.54 ملم - وهي مسافة قياسية مثالية لتناسب ألواح التجارب وعدد قليل من لوحات النماذج الأولية الأخرى.اعتمادًا على عدد الدبوس، قد تختلف الأبعاد الإجمالية لحزمة DIP من 4 إلى 64.

يتم تباعد المنطقة الواقعة بين كل صف من المسامير لتمكين DIP ICs من تداخل المنطقة الوسطى من لوحة التجارب.وهذا يضمن أن الدبابيس لها صف خاص بها وليست قصيرة.

مخطط صغير

تشبه حزم الدوائر المتكاملة ذات المخطط التفصيلي الصغير أو SOIC التركيب السطحي.يتم تصنيعه عن طريق ثني جميع المسامير الموجودة على DIP وتقليصها.يمكنك تجميع هذه العبوات بيد ثابتة وحتى بعين مغلقة - الأمر بهذه السهولة!

شقة رباعية

الحزم الرباعية المسطحة تنشر المسامير في الاتجاهات الأربعة.يمكن أن يختلف إجمالي عدد الأطراف في الدائرة المتكاملة الرباعية المسطحة في أي مكان من ثمانية أطراف على الجانب (إجمالي 32) إلى سبعين دبوسًا على الجانب (+300 في المجموع).تتراوح مساحة هذه المسامير بين 0.4 مم إلى 1 مم تقريبًا.تتكون المتغيرات الأصغر من الحزمة المسطحة الرباعية من حزم منخفضة المستوى (LQFP) ورقيقة (TQFP) ورقيقة جدًا (VQFP).

مصفوفات شبكة الكرة

تعد مصفوفات Ball Grid أو BGA أكثر حزم IC تقدمًا.إنها حزم صغيرة ومعقدة بشكل لا يصدق، حيث يتم وضع كرات صغيرة من اللحام في شبكة ثنائية الأبعاد على قاعدة الدائرة المتكاملة.في بعض الأحيان يقوم الخبراء بربط كرات اللحام مباشرة بالقالب!

غالبًا ما تُستخدم حزم Ball Grid Arrays للمعالجات الدقيقة المتقدمة، مثل Raspberry Pi أو pcDuino.