Vad är användningen av integrerade kretsar?
Användningen av integrerade kretsar från och med 2011 är mycket utbredd på grund av de unika fördelarna de erbjuder jämfört med traditionella elektroniska kretsar. De finns i varje elektronisk enhet som har någon typ av mikroprocessorkontroll, från mobiltelefoner och bärbara musikspelare till spelsystem, persondatorer och andra digitala enheter. Detta beror på att en integrerad krets (IC) eller chip enligt moderna standarder från 2000-talet är en extremt sofistikerad enhet som packar upp till miljoner elektroniska komponenter som transistorer, motstånd och kondensatorer i ett område på några kvadratcentimeter på en kiselskiva . De tidiga användningarna av integrerade kretsar var emellertid ganska begränsade, när de första modellerna byggdes 1958 och 1959, eftersom de var primitiva apparater vid den tid som var svår att producera.
Jack Kilby, en forskare vid Texas Instruments i USA, krediteras att vara en av de första människorna som såg de potentiella fördelarna och användningarna av integrerade kretsar. Han tilldelades Nobelpriset i fysik 2000 för sitt bidrag till utvecklingen av den elektroniska kretsen. Även om konceptet för IC-chipet kan spåras till tidigare forskning redan 1949 av tyska ingenjörer, var Kilby och en annan USA-baserad forskare vid namn Robert Noyce de första som lämnade in patent för idén.
Det enorma språnget som IC-chipet gav till elektronisk kretsdesign är baserat på en begränsning som elektroniktillverkarna mötte under slutet av 1950-talet. Transistorn hade ersatt vakuumrör, men grundläggande elektriska komponenter för kretsar som transistorer, kondensatorer och motstånd kunde bara göras så små, eftersom att hålla dem med en pincett och lödning dem på ett kretskort blev allt svårare eftersom de blev mindre och mindre . Idén att etsa funktionerna hos dessa komponenter i en skiva av kisel eliminerade behovet av individuell lödning av handhållna komponenter, och användningen av integrerade kretsar började skyrocket när tillverkningsmetoderna hade perfekterats i mitten till slutet av 1960-talet.
Medan de allra första integrerade kretsarna kallades småskaliga integrationskretsar (SSI) och bara innehöll några få dussin komponenter, var de avgörande för flyg- och rymdprojekt vid den tiden, till exempel kontroller för det amerikanska kärnkraftsminuteman-missilsystemet och digitala datorer som använts av det amerikanska uppdragsprogrammet Apollo Moon. Dessa användningsområden, liksom behov från den amerikanska marinen, stod för huvuddelen av den tidiga efterfrågan på integrerade kretsar från och med 1962. År 1968 hade användningen av integrerade kretsar börjat spridas till konsumentelektronik med sin förmåga att bearbeta frekvensmodulerad (FM ) ljud i tv-apparater.
När antalet komponenter som kunde placeras på ett chip skalas upp blev användningen av integrerade kretsar mycket mer utbredd. Medium-skala integration (MSI) -chipmodeller innehöll hundratals komponenter i slutet av 1960-talet, och storskalig integration (LSI) kunde sätta flera tusentals komponenter på ett chip fem år senare. Därifrån ökade exponentiellt tillväxten av hur många komponenter som kunde packas i ett område på några kvadratcentimeter. Mycket storskalig integration (VLSI) som möjliggör hundratusentals anslutna komponenter i början av 1980-talet, och tredimensionell integrerad krets (3D-IC) -konstruktion från och med 2011 gör det möjligt för miljontals eller miljarder komponenter att packas in i ett nätverk som är sammankopplade både horisontellt och vertikalt på flera lager halvledarskiva.
Från och med 2011 har de multipla kontroll- och matematiska behandlingsfunktionerna som en integrerad krets kan utföra gjort dem allestädes närvarande enheter i de flesta konsumentelektronik från radioapparater och tv-apparater till miniräknare och digitala klockor. Användningen av integrerade kretsar är utbredd i hela industrianläggningar och inom robotik, liksom för kontroller i bil- och flygplanssystem. När de blir mer sofistikerade och billiga att tillverka finns de också i engångsartiklar som gratulationskort som spelar musik. RFID-taggar för radiofrekvensidentifiering på engångsförpackningar för konsumentprodukter som detaljhandlare använder för att spåra inventering är också en vanlig plats för IC-chips, där RFID-taggar läggs till andra produkter som pass och kreditkort också.