في ظل الثورة التي شهدتها تكنولوجيا المعلومات، سعى الإنسان إلى إدخال الالكترونيات والذكاء الاصطناعي في كافة أمور الدنيا، وذلك في محاولة منه لزيادة كفاءة الحياة وتقليل الوقت الذي يقضيه في إنهاء امراً ما.

كان اكتشاف الدوائر المتكاملة وسيلة مهمة أدت إلى تمهيد الطريق أمام العديد والعديد من الاكتشافات الأخرى والتقدمات التكنولوجيا. أصبحت تلك الشريحة الالكترونية جزءاً لا يتجزأ من جميع الأجهزة المحيطة بنا ابتداءً من الآلة الحاسبة، الهاتف المحمول، والسيارات الحديثة وصولاً إلى أنظمة إطلاق الصواريخ الجوية والمركبات الفضائية.

يتزايد الاستخدام اليومي للألكترونيات بشكل مستمر، وتعتبر الدوائر المتكاملة أحد أهم العناصر التي أدت إلى ذلك الازدياد فقد أدت إلى تطوير العديد من المنتجات مثل الكمبيوتر و الهواتف والشاشات التلفاز وأجهزة البلايستيشن وأيضاً الكاميرات الرقمية. قديماً كانت الدائرة الكهربية في الأجهزة كبيرة الحجم وبها العديد من التعقيدات والمكونات التي تتواجد بشكل منفصل عن بعضها البعض. جاءت الدوائر المتكاملة كحل مناسب لهذه المشكلة.

الدائرة المتكاملة هي دائرة كهربائية كاملة صغيرة الحجم بها جميع المكونات متحدة معها ومتجانسة مع بعضها البعض مثل الترانزستور والدايود والمقاومة والمكثفات. يتم تصنيع الدوائر المتكاملة من مواد شبه موصلة مثل السيليكون أو الجرمانيوم، كما يطلق عليها أيضاً رقاقة الكترونية. يمكن للدوائر المتكاملة أن تؤدي العديد من الوظائف الالكترونية مثل أن تعمل كمؤقت وذاكرة وغيرها من الوظائف الأخرى المهمة في الأجهزة الالكترونية.

مرت الدوائر المتكاملة بعدة تطورات متتالية تزيد من كفاءتها كل مرة. كان أول ما ظهر من الدوائر المتكاملة كان يدعم فقط ما يصل إلى 100 مكون إلكتروني، ثم بعد ذلك أصبح 3000 مكون إلكتروني، إلى أن وصل عدد المكونات التي تدعمها الشريحة إلى أكثر من مئة مليون مكون إلكتروني. يمكن تصنيف الدوائر المتكاملة إلى نوعين أساسيين: الدوائر التناظرية والدوائر الرقمية.

الدوائر التناظرية تعطي مخرجات مستمرة بناءاً على الاشارة المعطاة إليها أي تنتج عنها دالة خطية. من الامثلة على هذا النوع من الدوائر: مكبر العمليات “Op-amp” والذي يستخدم في المؤقتات والعدادات والذبذبات الالكترونية. على عكس الدوائر المتكاملة التناظرية ،فان الدوائر المتكاملة الرقمية لا تعطي إشارة خرج مستمرة وبدلاً من ذلك فإنها تعمل فقط في نطاق وظائف وحالات محددة معتمدة في ذلك فقط على إشارتي 0 و 1.

تُستخدم الدوائر المتكاملة الرقمية في الغالب في المعالجات الدقيقة وتطبيقات الذاكرة المختلفة. يتم تصنيع شرائح الدوائر المتكاملة في وحدات متخصصة مثل “FABS”. تواجه تصنيع تلك الدوائر العديد من التعقيدات والمشاكل وذلك بسبب مستويات الدقة الذرية التي تحتاجها تلك الشرائح. الجسيمات الصغيرة جدًا مثل الغبار والشعر وما إلى ذلك لديها القدرة على تدمير دائرة متكاملة والتأثير على أدائها. لذلك يجب أن تتم عملية صنع الرقائق في غرفة نظيفة للغاية مع أثاث مصنوع خصيصًا وأنظمة تدوير الهواء وفلاتر تنقية الأتربة والجسيمات الصغيرة.

أيضاً يرتدي المهندسون المختصون بصنع هذه الدوائر نوعًا خاصًا من البدلات المحكمة والتي تمنع تساقط الشعر والتلوثات الأخرى أثناء عملية تصنيع الرقائق. تمر الرقائق بعدة خطوات أثناء التصنيع فيتم اولاً إنتاج سبائك السيليكون النقية وبعدها يتم وضع طبقة من اكسيد السيليكون. بعد ذلك يتم وضع المكونات وانشاء وصلات موصلة كهربائياُ بين مكون وآخر ويتم تغطيتها بطبقة من الألومنيوم. بعد الانتهاء من العملية، يتم اختبار كل شريحة لتحليل أدائها.

أكمل القراءة

الدوائر المتكاملة

تعتبر الدوائر المتكاملة هي البنية الأساسية لأغلب الصناعات الإلكترونية وخاصة الحديثة منها الموبايلات والحاسوب وأجهزة القياس. يمكن تصنيع هذه الدارات الكهربائية والإلكترونية بالعديد من التقنيات المختلفة، ويمكن تنفيذ هذه التقنيات من خلال استخدام مكونات كهربائية وإلكترونية تكون منفصلة أو حتى دوائر متكاملة، كما يمكن تنفيذها باستخدام عدة تقنيات كتقنية الترانزستور وتقنية الأنابيب المفرغة أو الدوائر المتكاملة IC.

أما بالنسبة لتقنية الأنابيب المفرغة أول ما صنعت من خلال اختراع الراديو، كانت ذات حجم كبير وباهظة التكلفة، أما في الصناعات الإلكترونية الحديثة فقد قلّ استخدام هذه التقنية وعند الحاجة لاستخدامها أصبحت أقل حجمًا وأكثر جودةً وأقل تكلفة، كما أن استهلاكها للطاقة أقل.

بالإضافة إلى ذلك تطورت الصناعات الإلكترونية وقطعت شوطًا كبيرًا في هذا المجال بحيث صنعت العديد من المعدات الإلكترونية صغيرة الحجم ذات الكفاءة العالية من ناحية الأداء أو استهلاك الطاقة، فقد اعتمد بصناعة هذه المعدات على تقنية الدوائر المتكاملة صغيرة الحجم IC، وهي عبارة عن مجموعة من الدارات الإلكترونية المدمجة على لوح صغير من مادة مصنعة من أشباه الموصلات، وتسمى عادة بشريحة السيلكون وتكون مضغوطة جدًا، ومن الممكن أن تحتوي على عدة مليارات من الترانزستورات إضافة لمكونات أخرى.

مع العلم أنه يوجد أجيال أخرى من تكنولوجيا الدوائر المتكاملة، وهي تصنف على أساس الترانزستورات المستخدمة في شرائح الدوائر المتكاملة.

  • فمثلًا تقنية الدوائر المتكاملة SSI هي عبارة عن شرائح صغيرة الحجم تحتوي على عدد قليل نسبيًا قد يحتوي على عشرات الترنزستورات.
  • ابتكرت في ستينيات القرن الماضي شرائح MCI وهي متوسطة الحجم، لتضم مئات الترانزستورات.
  • ومن ثم تم ابتكار LSI في فترة السبعينات بحيث أصبحت الشريحة تضم عشرات الآلاف من الترانزستورات في كل شريحة.
  • وفي الثمانينات، تطورت هذه التقنية حيث دُمجت مئات الآلاف من الترانزستورات من كل شريحة VLSI، واستمر تطورها فدمج في شريحة واحدة مليون ترانزستور وسميت ULSI.

من مزايا الدوائر المتكاملة:

  • صغيرة الحجم من الناحية العملية، بحيث يمكن وضع 20 ألف دارة إلكترونية في شريحة واحدة لا تتعدى بوصة مربعة.
  • يتم إنتاجها بكلفة منخفضة.
  • تتمتع بالسرعة والمتانة واستهلاك أقل للطاقة.
  • سعة عالية من ناحية التخزين، إضافة للأداء العالي.

أنواع الدوائر المتكاملة:

  • الدوائر التناظرية: تعتبر من أبسط انواع الدوائر، تتكون من عدد قليل من المكونات، وتستخدم في أجهزة الميكروفون ومستشعرات درجات الحرارة، ويمكن استخدامها لتشغيل بعض الأجهزة المنزلية كالسخان والفرن.
  • دوائر المعالجات الدقيقة: وتعتبر دوائر متكاملة وأكثر تعقيدًا، قد تتكون من آلاف الدوائر الرقمية والتي بدورها تكون مليارات الترانزستورات، يتم بناء معالج دقيق من هذه الدوائر المتصلة مع بعضها البعض، وأهم استخداماتها في أجهزة الكومبيوتر وألعاب الفيديو، ويمكن لهذه المعالجات إجراء آلاف العمليات الدقيقة على البيانات ومعالجتها.
  • دوائر الذاكرة: والتي تتكون دوائر متوازية تستخدم لتخزين المعلومات وتخزن الذاكرة التسلسل المؤقت للتعليمات، إضافة للبرامج، حاليًا يسعى المختصون لتطوير حجم دوائر الذاكرة بحيث يعملون على زيادة السعة وتقليل المساحة إضافة لاستهلاك أقل للطاقة وكفاءة أعلى.
  • معالجات الإشارات الرقمية: هو نظام فلترة يعتمد على الخوارزميات لفلترة الأصوات والضوضاء والتركيز على ما هو مطلوب، يستخدم كثيرًا في محطات البث التلفزيوني وبالأخص البث المباشر حيث يعتمد المعالجة الرقمية لتنقية الاصوات والتركيز على ماهو مطلوب الاستماع إليه.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي تقنية الدوائر المتكاملة"؟