دارة متكاملة

الدارة المتكاملة

الدارة المتكاملة أو الدوائر الإلكترونية المتكاملة باللغة الانجليزية تعني (Integrated Circuit)‏ وتختصر إلى (IC) أو الشريحة الإلكترونية (Chip) وهي عبارة عن دائرة الكترونية مصغرة وهي من ضمن ما يعرف بتقنية ميكروية والتي هي بدورها جزء من الهندسة الإلكترونية، وتعد أحدث ثورة في عالم الإلكترونيات، تتكون الشريحة الرقيقة من مادة السيلكون تكون مساحتها عدة ملليمترات ويطلق عليها ((شريحة السيلكون)) أو رقاقة السيلكون وتحتوي شريحة السيلكون على الآلاف من المكونات الإلكترونية الدقيقة جدا، مثل الترانزستورات والمقاومات والمكثفات التي تربط معا لتكون دوائر إلكترونية متكاملة، وقد تم إنتاجها لأول مرة بالولايات المتحدة في عام 1958.

أما عن الشرائح الإلكترونية التي تستخدم في الوقت الحالي، فهي تحتوي على عشرات الألوف من المكونات المختلفة، التي تحشر في مساحة تبلغ حوالي 30 - 40 ملليمتر مربع، ويمكنها أن تخزن 64,000 وحدة من المعلومات (بيت bit) ويمكن للشرائح الحديثة المتطورة أن تقوم بمعظم العمليات التي تؤديها الحاسبة الإلكترونية ويطلق عليها (الميكروبروسيسور (المعالج الصغير) microprocessor).

وإذا تم تجهيز الآلات بالميكروبروسيسور فيمكن تحويلها إلى روبوت. ويمكن حاليا إنتاج المئات من هذه الرقائق دفعة واحدة، وذلك باستخدام وسائل تقنية حديثة مختلفة تشتمل على عدة عمليات دقيقة متتابعة، مثل عمليات التصوير باستخدام قوالب معينة، والحفر، وترسيب مواد كيميائية تعمل كشوائب (مثل ذرات الفسفور) داخل الشبكة البلورية لعنصر السيليكون، وذلك لتصبح الشريحة السيليكونية الواحدة في النهاية تعمل عمل أشباه الموصلات semiconductors والتي تبنى منها الترانزستورات. وفي ختام عملية إنتاج الشرائح الإلكترونية، يتم وضع طبقة من مادة الألمنيوم يتكون منها أحجبة ثم تحفر لتكوين الروابط بالدوائر الخارجية.

اصطلاحا

تعد الدوائر المتكاملة التي تنسب لهذا التعريف يمكن بناؤها باستخدام العديد من التقنيات المختلفة، بما في ذلك الترانزستور ذو الطبقة الرقيقة Thin-film Transistor وتقنية الطبقة السميكة Thick film technology و الدوائر المتكاملة الهجين Hybrid integrated circuit ، وهذه الدوائر تعتبر قطعة واحدة متكاملة وتعرف ب monolithic integrated circuit أو الدوائر المتكاملة المتجانسة 

ولادة الدارات المتكاملة

كانت أول فكرة للدارات المتكاملة، قد بدأت على يد عالم رادار بريطاني يدعى جيفري دُمِر، Geoffreey W.A.Dummer (مواليد 1909). والذي كان يعمل لدى المؤسسة الملكية للرادار والتابعة لوزارة الدفاع البريطانية. وأعلن عنها في واشنطن في أيار من سنة 1952.

ولكنه لم يتمكن من تصنيعها أبداً. الفكرة الأساسية للدارات المتكاملة هي إنشاء مربعات خزفية صغيرة (رقاقات - wafers)، كل منها يحتوي عنصراً منمنماً (بالغ الصغر). وهذه العناصر يمكن أن تدمج فيما بعد وتوصل إلى شبكة مدمجة ثنائية الأبعاد أو ثلاثيتها. هذه الفكرة والتي بدت واعدة جداً سنة 1957 قدمت للجيش الأمريكي من قبل جاك كيلبي، "Jack Kilby"، والذي قدمت له كافة الحوافز الممكنة، ليقدم أخيراً تصميماً ثورياً جديداً هو الدارات المتكاملة والتي أصبحت تعرف حالياً بالـ IC. أول دارة متكاملة صنعت بشكل مستقل من قبل عالمين هما:

جاك كيلبي، العامل لدى شركة Texas Instruments، والتي كانت عبارة عن "دارة صلبة" مصنوعة من الجرمانيوم، والعالم الآخر هو روبرت نويس "Robert Noyce"، والذي كان يعمل في شركة Fairchild Semiconductor والذي قام بصنع دارة أكثر تعقيداً من سابقتها وأساسها السيليكون.

هكذا تم ولادة الدارات المتكاملة، ومن وقتها بدأت عمالقة شركات صناعة الإلكترونيات منافستها على إنتاج أصغرها، أسرعها، وأفضلها أداءً. حتى أصبحت موجودة في كل شيء كهربائي تقريباً. والدارة المتكاملة عبارة عن دارة بكاملها موجودة في قطعة صغيرة من السيليسيوم (السيليكون) أبعادها بحدود (1.5 mm x 1.5 mm x 0.2 mm)، وتحتوي على عدد كبير من العناصر الإلكترونية: ترانزستورات، متصلات ثنائية، مقاومات، مكثفات.. وذلك حسب نوعها. ويصل عدد العناصر في البعض منها حالياً إلى 106 عنصر، وتتصل الدارة المتكاملة مع الدارة الخارجية بواسطة ما يدعى دبابيس (Pins).

المميزات والعيوب

المميزات

حجمها صغير ويمكن أن يصل 1/10 بوصة مربعة.

استهلاكها للقدرة الكهربائية ضعيف مقارنة بالأنواع الأخرى من العناصر.

تكلفة أقل (رخيصة الثمن).

تعمل الدائرة المتكاملة بكفاءة عالية ربما تصل إلى 50 مرة من كفاءة الدوائر العادية.

تعمل بسرعة عالية حيث أن الإشارة تأخذ زمناً أقل عند انتقالها داخل الدائرة.

عدم وجود لحامات داخلية يقلل من احتمال حدوث فصل داخلي للأطراف حيث أن المكونات تتصل ببعضها عن طريق شرائح رقيقة من المعدن.

العيوب

لا تعمل بتيارات عالية بسبب صغر الحجم.

تتأثر الدوائر المتكاملة بدرجة الحرارة ولذلك فهي تحتاج إلى وسيلة للتبريد عند العمل على قدرات عالية.

لا يمكن تصنيع بعض المكونات داخل الدائرة المتكاملة مثل الملفات نظراً لكبر حجم الملف المصنع بإستخدام طريقة تصنيع الدوائر المتكاملة وكذلك المكثفات ذات السعات الكبيرة.

لا يمكن إصلاح الدوائر المتكاملة عند تلفها ولكن يتم إستبدالها.

المراجع

areq.net

التصانيف

اختراعات أمريكية  إلكترونيات  دوائر متكاملة   العلوم التطبيقية