Wat zijn de toepassingen van geïntegreerde schakelingen?
Het gebruik van geïntegreerde schakelingen vanaf 2011 is zeer wijdverbreid vanwege de unieke voordelen die ze bieden ten opzichte van traditionele elektronische schakelingen. Ze zijn te vinden in elk elektronisch apparaat dat een bepaald type microprocessorbesturing heeft, van mobiele telefoons en draagbare muziekspelers tot spelsystemen, personal computers en andere digitale apparaten. Dit komt omdat een geïntegreerde schakeling (IC) of chip volgens de hedendaagse normen van de 21ste eeuw een uiterst geavanceerd apparaat is dat tot miljoenen elektronische componenten zoals transistors, weerstanden en condensatoren in een gebied van enkele vierkante centimeters op een plak silicium verpakt . Het vroege gebruik van geïntegreerde schakelingen was echter vrij beperkt toen de eerste modellen werden gebouwd in 1958 en 1959, omdat het destijds primitieve apparaten waren die moeilijk in massa te produceren waren.
Jack Kilby, een onderzoeker bij Texas Instruments in de Verenigde Staten, wordt gezien als een van de eerste mensen die de potentiële voordelen en toepassingen van geïntegreerde schakelingen ziet. Hij ontving de Nobelprijs voor de natuurkunde in 2000 voor zijn bijdrage aan de ontwikkeling van het elektronische circuit. Hoewel het concept voor de IC-chip al in 1949 terug te voeren is op eerder onderzoek door Duitse ingenieurs, waren Kilby en een andere in de VS gevestigde onderzoeker genaamd Robert Noyce de eersten die patenten op het idee hebben ingediend.
De enorme sprong die de IC-chip gaf aan het ontwerp van elektronische schakelingen is gebaseerd op een beperking waarmee elektronicafabrikanten eind jaren vijftig te maken kregen. De transistor had vacuümbuizen vervangen, maar elektrische basiscomponenten voor schakelingen zoals transistoren, condensatoren en weerstanden konden alleen zo klein worden gemaakt, omdat het vasthouden met een pincet en solderen op een printplaat steeds moeilijker werd naarmate ze kleiner en kleiner werden . Het idee van het etsen van de functionaliteit van deze componenten in een plak silicium elimineerde de noodzaak voor individuele soldering van draagbare componenten, en het gebruik van geïntegreerde schakelingen begon omhoog te schieten zodra de productiemethoden in het midden van de late jaren 1960 waren geperfectioneerd.
Hoewel de allereerste geïntegreerde schakelingen werden aangeduid als kleinschalige integratiecircuits (SSI) en slechts enkele tientallen componenten bevatten, waren ze destijds van vitaal belang voor ruimtevaartprojecten, zoals controles voor het Amerikaanse nucleaire Minuteman-raketsysteem en gebruikte digitale computers door het Amerikaanse Apollo Moon-missieprogramma. Dit gebruik, evenals de behoeften van de Amerikaanse marine, waren goed voor het grootste deel van de vroege vraag naar geïntegreerde schakelingen vanaf 1962. Tegen 1968 begon het gebruik van geïntegreerde schakelingen zich te verspreiden naar consumentenelektronica, met hun vermogen om frequentiegemoduleerde (FM) te verwerken ) geluid in televisies.
Naarmate het aantal componenten dat op een chip kon worden geplaatst werd opgeschaald, werd het gebruik van geïntegreerde schakelingen veel groter. MSI-chipmodellen op middellange schaal (integratie) bevatten honderden componenten tegen het einde van de jaren zestig en grootschalige integratie (LSI) kon vijf jaar later meerdere duizenden componenten op één chip zetten. Van daaruit nam de groei van het aantal componenten dat in een gebied van enkele vierkante centimeters kon worden verpakt exponentieel toe. Zeer grootschalige integratie (VLSI) die in het begin van de jaren tachtig honderdduizenden verbonden componenten mogelijk maakt, en driedimensionale geïntegreerde schakeling (3D-IC) vanaf 2011 laten miljoenen of miljarden componenten in een netwerk worden verpakt dat is zowel horizontaal als verticaal verbonden op meerdere lagen halfgeleiderwafer.
Met ingang van 2011 hebben de meerdere besturings- en wiskundige verwerkingsfuncties die een geïntegreerd circuit kan uitvoeren, ze tot alomtegenwoordige apparaten gemaakt in de meeste consumentenelektronica, van radio's en televisies tot rekenmachines en digitale horloges. Het gebruik van geïntegreerde schakelingen is wijdverbreid in industriële fabrieken en in robotica, evenals voor controles in auto- en vliegtuigsystemen. Naarmate ze geavanceerder en goedkoper te produceren worden, zijn ze ook te vinden in wegwerpartikelen zoals wenskaarten die muziek spelen. RF-tags (RFID) op wegwerpverpakkingen voor consumentenproducten die winkels gebruiken om inventaris bij te houden, zijn ook een veel voorkomende locatie voor IC-chips, waarbij RFID-tags ook worden toegevoegd aan andere producten zoals paspoorten en creditcards.