Mitä integroituja piirejä käytetään?

Integroitujen piirien käyttö on vuodesta 2011 lähtien ollut hyvin yleistä, koska ne tarjoavat ainutlaatuisia etuja perinteisiin elektronisiin piireihin verrattuna. Niitä löytyy jokaisesta elektronisesta laitteesta, jossa on jonkinlainen mikroprosessoriohjaus, matkapuhelimista ja kannettavista musiikkisoittimista pelijärjestelmiin, henkilökohtaisiin tietokoneisiin ja muihin digitaalisiin laitteisiin. Tämä johtuu siitä, että nykypäivän 21 -luvun standardien mukainen integroitu piiri (IC) tai siru on erittäin hienostunut laite, joka pakkaa jopa miljoonia elektronisia komponentteja, kuten transistoreita, vastuksia ja kondensaattoreita, muutaman neliösenttimetrin alueelle piikiekolla. Integroitujen piirien varhaiset käyttötavat olivat kuitenkin melko rajalliset, kun ensimmäiset mallit rakennettiin vuosina 1958 ja 1959, koska ne olivat alkeellisia laitteita, joita oli vaikea tuottaa massatuotannossa.

Yhdysvalloissa toimivan Texas Instrumentsin tutkijan Jack Kilbyn uskotaan olevan yksi ensimmäisistä ihmisistä, joka näki integroitujen piirien mahdolliset hyödyt ja käyttötavat. Hänelle myönnettiin fysiikan Nobel -palkinto vuonna 2000 panoksesta elektronisen piirin kehittämiseen. Vaikka IC-sirun konsepti voidaan jäljittää saksalaisten insinöörien aikaisempaan tutkimukseen jo vuonna 1949, Kilby ja toinen yhdysvaltalainen tutkija nimeltä Robert Noyce olivat ensimmäiset patentin jättäneet idealle.

Valtava harppaus, jonka IC -siru antoi elektronisen piirin suunnittelulle, perustuu rajoitukseen, jonka elektroniikan valmistajat kohtasivat 1950 -luvun lopulla. Transistori oli korvannut tyhjiöputket, mutta piirien sähköiset peruskomponentit, kuten transistorit, kondensaattorit ja vastukset, voidaan tehdä vain niin pieniksi, koska niiden pitäminen pinseteillä ja juottaminen piirilevylle oli yhä vaikeampaa, kun ne pienenivät ja pienenivät . Ajatus näiden komponenttien toiminnallisuuden etsaamisesta piikiekkoon poisti kämmenlaitteiden yksittäisen juottamisen tarpeen, ja integroitujen piirien käyttö alkoi kasvaa nopeasti, kun valmistusmenetelmät oli täydennetty 1960-luvun puolivälissä ja lopussa.

Vaikka ensimmäisiä integroituja piirejä kutsuttiin pienimuotoisiksi integrointipiireiksi (SSI) ja ne sisälsivät vain muutamia kymmeniä komponentteja, ne olivat tuolloin tärkeitä ilmailu- ja avaruushankkeille, kuten Yhdysvaltain ydinvoima-ohjusjärjestelmän ohjauksille ja käytetyille digitaalisille tietokoneille. Yhdysvaltain Apollo Moon -operaatio -ohjelmasta. Nämä käyttötavat sekä Yhdysvaltain laivaston tarpeet muodostivat suurimman osan integroitujen piirien varhaisesta kysynnästä vuodesta 1962. Vuoteen 1968 mennessä integroitujen piirien käyttö oli alkanut levitä kulutuselektroniikkaan ja niiden kyky käsitellä taajuusmoduloituja (FM ) ääni televisioissa.

Kun sirulle sijoitettavien komponenttien määrää lisättiin, integroitujen piirien käyttö laajeni paljon. Keskikokoisen integroinnin (MSI) sirumallit sisälsivät satoja komponentteja 1960-luvun loppuun mennessä, ja laajamittainen integraatio (LSI) saattoi asettaa useita tuhansia komponentteja yhteen siruun viisi vuotta myöhemmin. Sieltä se, kuinka monta komponenttia voitaisiin pakata muutaman neliösenttimetrin alueelle, kasvoi eksponentiaalisesti. Erittäin laajamittainen integrointi (VLSI), joka mahdollistaa satojen tuhansien kytkettyjen komponenttien tuottamisen 1980-luvun alussa, ja kolmiulotteisen integroidun piirin (3D-IC) mallit vuodesta 2011 lähtien mahdollistavat miljoonien tai miljardien komponenttien pakkaamisen verkkoon joka on yhdistetty sekä vaaka- että pystysuoraan useisiin puolijohdekiekkojen kerroksiin.

Vuodesta 2011 lähtien integroidun piirin moninkertaiset ohjaus- ja matemaattiset prosessointitoiminnot ovat tehneet niistä kaikkialla läsnä olevia laitteita useimmissa kulutuselektroniikan laitteissa radiosta ja televisiosta laskimiin ja digitaalisiin kelloihin. Integroitujen piirien käyttö on laajaa teollisuuslaitoksissa ja robotiikassa sekä auto- ja lentokonejärjestelmien ohjauksessa. Kun niistä tulee kehittyneempiä ja halvempia valmistaa, niitä löytyy myös kertakäyttötuotteista, kuten musiikkia toistavista onnittelukorteista. RFID-tunnisteet kertakäyttöisissä kuluttajatuotteiden pakkauksissa, joita vähittäiskaupat käyttävät varaston seurantaan, ovat myös yleinen paikka IC-siruille, ja RFID-tunnisteita lisätään myös muihin tuotteisiin, kuten passeihin ja luottokortteihin.