عند تفحص أي جهازٍ من الأجهزة الإلكترونية الموجودة بمتناول الجميع سنجد أنها تتضمن شريحةً إلكترونيةً صغيرةً على الأقل مثبت عليها قطع إلكترونية يختلف عددها وحجمها تبعًا للجهاز نفسه، كما أننا لن نلاحظ وجود أسلاك توصيلٍ بين تلك القطع، فما هي هذه الشرائح الإلكترونية وماهي ميزاتها التي جعلت كبرى الشركات الإلكترونية تتسابق إلى استخدامها والعمل على تطويرها بشكلٍ دائمٍ.

تعريف الشرائح الإلكترونية

تدعى الشرائح الإلكترونية أيضًا بالدوائر المتكاملة “(ic (integrated circuits” وهي رقاقةٌ مكونةٌ من عدة طبقاتٍ مصنوعةٍ من رقاقاتٍ نصف ناقلةٍ وبعض النحاس إضافةً لموادٍ أخرى، وتتضمن الشرائح الإلكترونية مكوناتٍ إلكترونيةً كالترانزستورات والمقاومات والديودات وتكون جميعها مثبتةً على صفيحةٍ واحدةٍ مصنوعةٍ من مادةٍ نصف ناقلةٍ غالبًا هي السيليكون.

تتميز الشرائح الإلكترونية رغم صغرها أنها قادرةٌ على استيعاب ملايين القطع الإلكترونية ضمن حيزٍ صغيرٍ إضافةً لانخفاض تكاليف صناعتها وأدائها العالي مما جعلها عنصرًا هامًا يدخل في مختلف الصناعات الإلكترونية الحديثة كأجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية والسيارات والطائرات.1

أنواع الشرائح الإلكترونية

لا تقتصر صناعة الشرائح الإلكترونية على نوعٍ واحدٍ يُستخدم في كافة الأجهزة حيث يوجد أنواعٌ مختلفةٌ منها تبعًا لعواملَ عدةٍ:

وفقًا للتطبيقات المستخدمة فيها

الدوائر المتكاملة الرقمية

هي الشرائح الإلكترونية التي تعمل ضمن بعض مستويات سعة الإشارة بدلًا من العمل على كافة المستويات حيث تتكون من عددٍ من البوابات الرقمية المنطقية والمضممات أو النواخب إضافةً لبقية مكونات الدارات وتتعامل البوابات المنطقية مع بيانات الإدخال الثنائية أو بيانات الإدخال الرقمية إما بالرمز 0 أو بالرمز 1 وعادةً ما تُستخدم هذه الشرائح في أجهزة الكمبيوتر والمعالجات الصغيرة ومعالجات الإشارة الرقمية كما تختلف عن بعضها البض فمنها ما هو قابلٌ للبرمجة ومنها رقاقات الذاكرة ومنها الشرائح المنطقية.

الدوائر المتكاملة التناظرية

وهي الشرائح الإلكترونية التي تعمل وفق مجال الإشارة المستمر وتقسم بدورها إلى الدوائر المتكاملة الخطية ودوائر الترددات الراديوية المتكاملة، وعادةً ما تُستخدم هذه الدوائر كمضخماتٍ تشغيليةٍ مشابهةٍ للمضخمات التفاضلية لكنها تعطي توترًا عالٍ للغاية. تتكون الدوائر المتكاملة التناظرية من عددٍ قليلٍ من الترانزستورات مقارنةً مع الدوائر المتكاملة الرقمية.

الدوائر المتكاملة المختلطة

هي دوائرٌ متكاملةٌ تجميع بين الدوائر المتكاملة التناظرية والرقمية وتعمل كدوائرٍ رقميةٍ للمحولات التناظرية وكدوائرٍ تناظريةٍ للمحولات الرقمية.2

وفقًا لحجم الشرائح

يمكن تصنيف الشرائح الإلكترونية تبعًا لحجمها الناتج عن مدى دمج أكبر عددٍ من المكونات في رقاقةٍ واحدةٍ:

  • شرائح متكاملة صغيرة

هي أول أنواع الشرائح المصنعة حيث ضمت عددًا قليلًا من الترانزستورات تتراوح بين 2-10 وما يقارب 3-30 بوابة.

  • شرائح متكاملة متوسطة

جاءت هذه الشرائح بعد الصغيرة وتضمنت مئات الترانزستورات إضافةً إلى حوالي 30-300 بوابةً في كل شريحةٍ.

  • شرائح متكاملة كبيرة

هي الشرائح التي تلت الشرائح المتوسطة متضمنة عشرات الآلاف من الترانزستورات وما يقارب 300-3000 بوابة في الشريحة الواحدة.

  • شرائح متكاملة كبيرة جدًا

قاد اختراع هذه الشرائح إلى تصميم أول معالجٍ صغيرٍ عن طريق وضع وحدة معالجةٍ مركزيةٍ cp4 على شريحةٍ صغيرةٍ واحدةٍ، تتضمن هذه الشرائح الكبيرة جدًا من 1-4 مليون ترانزستور وما يزيد عن 3000 بوابة.

  • شرائح متكاملة واسعة النطاق

وهي الشرائح التي تتضمن ملايين بل مليارات الترانزستورات في رقاقة سيلكونٍ واحدةٍ، ويعود أول استخدام لها إلى أواخر الثمانينات.3

ميزات استخدام الشرائح الإلكترونية

تتمتع الشرائِح الإلكترونية بميزاتٍ عديدةٍ تدفع الكثيرين إلى الاعتماد عليها في مختلف المجالات:

  • ذات حجمٍ صغيرٍ للغاية وأصغر بمرات المرات من الدارات المنفصلة.
  • ذات وزنٍ أقل كونها تتضمن عددًا كبيرًا من المكونات الإلكترونية في رقاقةٍ واحدةٍ.
  • انخفاض تكلفة صناعتها نتيجة لاعتمادها على تقنيةٍ متطورةٍ للغاية.
  • أثبتت موثوقية وأداءٍ عالٍ فكونها لا تعتمد على التوصيلات الملحومة ساهم في التقليل من ارتفاع الحرارة وعدم الاعتماد على التوصيلات بين أجزائها.
  • تستهلك طاقةً أقل نتيجةً لصغر حجمها.
  • في حال تعرضها لعطلٍ أو تلفٍ يمكن استبدالها بسهولةٍ.4

استخدامات الشرائح الإلكترونية

تُستخدم الشرائِح الإلكترونية على اختلاف أنواعها في مجالاتٍ واسعةٍ ومتزايدةٍ بشكلٍ يوميٍّ مع التقدم المتسارع للتكنولوجيا، لكن يبقى أهم استخداماتها في مجال الحوسبة حيث مكنت هذه الشرائح الإلكترونية من تقليل استخدام آلاف الترانزستورات الموجودة في جهاز الكمبيوتر البدائي والاستعاضة عنها ببعض الشرائح الإلكترونية التي أتاحت بدورها صناعة أجهزة الكمبيوتر الصغيرة التي نستخدمها هذه الأيام. من النادر وجود جهازٍ إلكترونيٍّ لا يتضمن ريحةً إلكترونيةً واحدة على الأقل حيث يمكن استخدامها كمؤقتاتٍ زمنيةٍ ومضخماتٍ ووحداتٍ منطقيةٍ وآلاتٍ حاسبةٍ وحساساتٍ لدرجات الحرارة ومستقبلاتٍ لأجهزة الراديو لذلك نجدها مثلًا في أجهزة الهواتف الذكية والتلفاز.5

المراجع