Quali sono gli usi dei circuiti integrati?
Gli usi dei circuiti integrati a partire dal 2011 sono molto diffusi a causa dei vantaggi unici che offrono rispetto a quelli dei circuiti elettronici tradizionali. Si trovano in ogni dispositivo elettronico che ha un qualche tipo di controllo a microprocessore, da telefoni cellulari e lettori musicali portatili a sistemi di gioco, personal computer e altri dispositivi digitali. Questo perché un circuito integrato (IC) o chip secondo gli standard contemporanei del 21 ° secolo è un dispositivo estremamente sofisticato, che racchiude fino a milioni di componenti elettronici come transistor, resistori e condensatori in un'area di pochi centimetri quadrati su un wafer di silicio . I primi usi dei circuiti integrati erano piuttosto limitati, tuttavia, quando i primi modelli furono costruiti nel 1958 e 1959, poiché erano dispositivi primitivi all'epoca che erano difficili da produrre in serie.
Jack Kilby, ricercatore presso Texas Instruments negli Stati Uniti, è considerato uno dei primi a vedere i potenziali benefici e usi dei circuiti integrati. Nel 2000 gli è stato assegnato il premio Nobel per la fisica per il suo contributo allo sviluppo del circuito elettronico. Sebbene il concetto per il chip IC possa essere ricondotto a ricerche precedenti già nel 1949 dagli ingegneri tedeschi, Kilby e un altro ricercatore con sede negli Stati Uniti di nome Robert Noyce furono i primi a presentare brevetti per l'idea.
L'enorme balzo che il chip IC ha dato alla progettazione dei circuiti elettronici si basa su una limitazione che i produttori di elettronica hanno dovuto affrontare alla fine degli anni '50. Il transistor aveva sostituito i tubi a vuoto, ma i componenti elettrici di base per circuiti come transistor, condensatori e resistori potevano essere fatti così piccoli, poiché tenerli con una pinzetta e saldarli su un circuito stava diventando sempre più difficile man mano che diventavano sempre più piccoli . L'idea di incidere la funzionalità di questi componenti in un wafer di silicio ha eliminato la necessità di una saldatura individuale di componenti portatili e gli usi dei circuiti integrati hanno iniziato a salire alle stelle una volta perfezionati i metodi di produzione tra la metà e la fine degli anni '60.
Mentre i primissimi circuiti integrati erano indicati come circuiti di integrazione su piccola scala (SSI) e contenevano solo poche decine di componenti, all'epoca erano vitali per i progetti aerospaziali, come i controlli per il sistema missilistico nucleare americano Minuteman e i computer digitali utilizzati dal programma di missione statunitense Apollo Moon. Questi usi, oltre alle esigenze della Marina degli Stati Uniti, rappresentavano la maggior parte della domanda iniziale di circuiti integrati a partire dal 1962. Nel 1968, gli usi dei circuiti integrati avevano iniziato a diffondersi nell'elettronica di consumo, con la loro capacità di elaborare la frequenza modulata (FM ) suono nei televisori.
Con l'aumentare del numero di componenti che potevano essere posizionati su un chip, gli usi dei circuiti integrati divennero molto più diffusi. I modelli di chip di integrazione su scala media (MSI) contenevano centinaia di componenti entro la fine degli anni '60 e cinque anni dopo l'integrazione su larga scala (LSI) poteva mettere su un chip più migliaia di componenti. Da lì, la crescita di quanti componenti potevano essere imballati in un'area di pochi centimetri quadrati è aumentata in modo esponenziale. L'integrazione su larga scala (VLSI) che consente centinaia di migliaia di componenti collegati nei primi anni '80 e i progetti di circuiti integrati tridimensionali (3D-IC) a partire dal 2011 consentono di raggruppare milioni o miliardi di componenti in una rete che sono interconnessi sia orizzontalmente che verticalmente su più strati di wafer a semiconduttore.
A partire dal 2011, le molteplici funzioni di controllo ed elaborazione matematica che un circuito integrato può svolgere le hanno rese dispositivi onnipresenti nella maggior parte dei prodotti elettronici di consumo da radio e televisori a calcolatrici e orologi digitali. Gli usi dei circuiti integrati sono diffusi negli impianti industriali e nella robotica, nonché per i controlli nei sistemi automobilistici e aeronautici. Man mano che diventano più sofisticati e poco costosi da produrre, si trovano anche in articoli usa e getta come biglietti di auguri che suonano musica. I tag di identificazione a radiofrequenza (RFID) sugli imballaggi di prodotti di consumo usa e getta che i negozi al dettaglio usano per tenere traccia dell'inventario sono anche un luogo comune per i chip IC, con l'aggiunta di tag RFID ad altri prodotti come passaporti e carte di credito.