Jakie są zastosowania układów scalonych?
Zastosowania układów scalonych od 2011 r. Są bardzo rozpowszechnione ze względu na wyjątkowe zalety, jakie oferują w porównaniu z tradycyjnymi obwodami elektronicznymi. Można je znaleźć w każdym urządzeniu elektronicznym z pewnym rodzajem sterowania mikroprocesorem, od telefonów komórkowych i przenośnych odtwarzaczy muzycznych po systemy gier, komputery osobiste i inne urządzenia cyfrowe. Wynika to z faktu, że układ scalony (IC) lub układ scalony według współczesnych standardów XXI wieku jest niezwykle zaawansowanym urządzeniem, pakującym do milionów komponentów elektronicznych, takich jak tranzystory, rezystory i kondensatory, w obszarze kilku centymetrów kwadratowych na waflu krzemowym . Wczesne zastosowania układów scalonych były jednak dość ograniczone, gdy pierwsze modele zostały zbudowane w 1958 i 1959 r., Ponieważ były to prymitywne urządzenia, które były trudne do masowej produkcji.
Jack Kilby, badacz z Texas Instruments w Stanach Zjednoczonych, uważa się za jedną z pierwszych osób, które dostrzegły potencjalne korzyści i zastosowania układów scalonych. W 2000 r. Otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za wkład w rozwój obwodu elektronicznego. Chociaż koncepcję układu scalonego można prześledzić we wcześniejszych badaniach już w 1949 r. Przez niemieckich inżynierów, Kilby i inny badacz z USA, Robert Noyce, byli pierwszymi, którzy zgłosili patent na ten pomysł.
Ogromny skok, jaki układ scalony wykonał w projektowaniu układów elektronicznych, opiera się na ograniczeniu, z jakim zmierzyli się producenci elektroniki pod koniec lat 50. XX wieku. Tranzystor zastąpił lampy próżniowe, ale podstawowe elementy elektryczne obwodów, takie jak tranzystory, kondensatory i rezystory, mogły być tak małe, że trzymanie ich za pomocą pęsety i lutowanie ich na płytce drukowanej stawało się coraz trudniejsze, ponieważ stawały się coraz mniejsze . Pomysł wytrawienia funkcjonalności tych komponentów w płytkę krzemową wyeliminował potrzebę indywidualnego lutowania komponentów ręcznych, a zastosowania układów scalonych zaczęły gwałtownie rosnąć, gdy metody produkcji zostały udoskonalone w połowie lat 60. XX wieku.
Podczas gdy pierwsze układy scalone były nazywane obwodami integracji na małą skalę (SSI) i zawierały tylko kilkadziesiąt elementów, były one w tym czasie niezbędne dla projektów lotniczych, takich jak kontrole amerykańskiego jądrowego systemu rakietowego Minuteman i używanych komputerów cyfrowych przez amerykański program misji Apollo Moon. Zastosowania te, a także potrzeby amerykańskiej marynarki wojennej, stanowiły większość wczesnego zapotrzebowania na układy scalone od 1962 r. Do 1968 r. Zastosowania układów scalonych zaczęły rozprzestrzeniać się na urządzenia elektroniczne, z możliwością przetwarzania modulowanej częstotliwości (FM ) dźwięk w telewizorach.
Ponieważ liczba komponentów, które można umieścić na układzie scalonym, została zwiększona, zastosowania układów scalonych stały się znacznie bardziej rozpowszechnione. Modele chipów do integracji na średnim poziomie (MSI) zawierały setki komponentów do końca lat 60. XX wieku, a integracja na dużą skalę (LSI) może umieścić wiele tysięcy komponentów na jednym chipie pięć lat później. Stamtąd wzrost liczby elementów, które można upakować w obszarze kilku centymetrów kwadratowych, gwałtownie wzrósł. Integracja na bardzo dużą skalę (VLSI) pozwalająca na setki tysięcy podłączonych komponentów na początku lat 80., a trójwymiarowe projekty układów scalonych (3D-IC) od 2011 roku pozwalają na pakowanie milionów lub miliardów komponentów w sieć który jest połączony zarówno poziomo, jak i pionowo z wieloma warstwami płytki półprzewodnikowej.
Począwszy od 2011 r., Wiele funkcji sterowania i przetwarzania matematycznego, które może wykonywać układ scalony, sprawiło, że są one wszechobecnymi urządzeniami w większości elektroniki użytkowej, od radioodbiorników i telewizorów po kalkulatory i zegarki cyfrowe. Zastosowania układów scalonych są szeroko rozpowszechnione w zakładach przemysłowych i robotyce, a także do sterowania w systemach samochodowych i lotniczych. Ponieważ stają się coraz bardziej wyrafinowane i niedrogie w produkcji, można je również znaleźć w przedmiotach jednorazowego użytku, takich jak kartki z życzeniami odtwarzające muzykę. Znaczniki identyfikacji radiowej (RFID) na opakowaniach jednorazowych produktów konsumenckich, których sklepy detaliczne używają do śledzenia zapasów, są również częstą lokalizacją układów scalonych, a znaczniki RFID są dodawane do innych produktów, takich jak paszporty i karty kredytowe.