Integraallülitus
Integreeritud vooluahela (sagedamini IC, mikrokiip, ränikiip, arvutikiip või kiip) on spetsiaalselt valmistatud räni (või muu pooljuht) tükk, millesse on fotolithograafia abil söövitatud elektrooniline vooluahel. Ränikiibid võivad sisaldada loogikaväravaid, arvutiprotsessoreid, mälu ja eriseadmeid. Kiip on väga habras ja seetõttu ümbritsetakse seda tavaliselt plastpakendiga, et seda kaitsta. Elektrikontakt kiibiga toimub väikeste juhtmete kaudu, mis ühendavad kiibi suuremate metallnõeltega, mis ulatuvad pakendist välja.
IC-l on diskreetsete ahelate ees kaks peamist eelist: hind ja jõudlus. Kulud on madalad, sest ühele kiibile saab paigutada miljoneid transistoreid, selle asemel et ehitada üksikutest transistoridest koosnevat vooluahelat. Jõudlus on suurem, kuna komponendid võivad töötada kiiremini ja tarbida vähem energiat.
IC-d on mõeldud erinevateks eesmärkideks. Kiip võib olla mõeldud ainult kalkulaatori jaoks, mis võib töötada ainult kalkulaatorina. Integreeritud lülitusi võib liigitada analoog-, digitaal- ja segasignaali- (nii analoog- kui ka digitaalsignaalid ühel ja samal kiibil) integraallülitideks.
Pooljuhtide
Pooljuhti, näiteks räni, saab juhtida nii, et see lubaks (või ei lubaks) voolu voolata. See võimaldab valmistada transistoreid, mis suudavad üksteist kontrollida. Neid leidub paljudes majapidamistarvikutes, näiteks raadiotes, arvutites, telefonides ja paljudes muudes seadmetes. Muude pooljuhtseadmete hulka kuuluvad päikesepatareid, dioodid ja valgusdioodid (LEDid).
Kahepoolse in-line-paketi (DIP) külgvaade
Pilt plastikust Quad Flat Pack (PQFP)
Leiutis
1958. ja 1959. aastal tuli kahel inimesel peaaegu täpselt samal ajal idee integraallülituse loomiseks. Transistoridest oli saanud igapäevane asi, mida kasutati kodustes seadmetes, näiteks raadiotes. Need mõjutasid kõike alates raadiotest kuni telefonideni ja tol ajal vajasid tootjad väiksemat asendust vaakumtorudele. Transistorid olid küll väiksemad kui vaakumtorud, kuid mõne uuema elektroonika, näiteks raketijuhtimise jaoks ei olnud nad piisavalt väikesed.
Ühel juulikuu päeval töötas Jack Kilby Texas Instrumentsis, kui talle tuli pähe, et kõik vooluahela osad, mitte ainult transistor, võiks olla valmistatud ränist. Tol ajal ei pannud keegi kondensaatoreid ja takistusi integraallülitusse. See muudaks tulevikku ja lihtsustaks integraallülituste tootmist ja müüki. Kilby ülemusele meeldis see idee ja ta käskis tal tööle asuda. 12. septembriks oli Kilby ehitanud toimiva mudeli ja 6. veebruaril esitas Texas Instruments patendi. Nende esimene "tahke vooluahel" oli sõrmeotsa suurune.
Vahepeal oli Californias ühel teisel mehel sama idee. 1959. aasta jaanuaris töötas Robert Noyce väikeses Fairchild Semiconductor'i alustavas ettevõttes. Ka tema sai aru, et terve vooluahela saab panna ühte kiibile. Kui Kilby oli välja töötanud üksikute komponentide valmistamise üksikasjad, siis Noyce mõtles välja palju parema viisi osade ühendamiseks. Seda konstruktsiooni nimetati "ühtseks vooluahelaks". Kõik need üksikasjad tasusid end ära, sest 25. aprillil 1961 andis patendiamet esimese integreeritud vooluahela patendi Robert Noyce'ile, samal ajal kui Kilby taotlust veel analüüsiti. Tänapäeval tunnistatakse, et mõlemad mehed olid selle idee iseseisvad loojad.
Peagi oli olemas kahte liiki integraallülitusi: hübriid- (HIC) ja monoliitseid (MIC). Hübriidid surid välja 20. sajandi lõpus.
Põlvkonnad
| Nimi | Ajavahemik | Transistoride arv igal kiibil (ligikaudu) |
| SSI (väikesemahuline integratsioon) | 1960ndate alguses | üks kiip sisaldab ainult mõned transistorid |
| MSI (keskmise ulatusega integratsioon) | 1960ndate lõpus | sadu transistoreid igal kiibil |
| LSI (laiaulatuslik integratsioon) | 1970ndate keskpaik | kümned tuhanded transistorid kiibi kohta |
| VLSI (väga laiaulatuslik integratsioon) | 20. sajandi lõpu sajand | sadu tuhandeid transistoreid |
| ULSI (Ultra-Large Scale Integration) | 21. sajand | rohkem kui 1 miljon transistorit |
※ VLSI ja ULSI erinevus ei ole täpselt määratletud.
Klassifikatsioon
Integreeritud vooluahelaid saab pakendada DIP (Dual in-line package), PLCC (Plastic leaded chip carrier), TSOP (Thin small-outline package), PQFP (Plastic Quad Flat Pack) ja muud tüüpi kiibipakendites. Mõned väikesed on pakendatud pinnapealse paigaldamise tehnoloogia jaoks. Sisemine transistor võib olla bipolaarne transistor ebatavalistes vooluahelates, näiteks sellistes, mis vajavad väga suurt lülituskiirust. Enamik neist on siiski MOSFETid.
Seotud leheküljed
Küsimused ja vastused
K: Mis on integraallülitus?
V: Integreeritud vooluahela, mida tuntakse ka kui IC või mikrokiip, on spetsiaalselt ettevalmistatud räni tükk, millele on fotolithograafia abil söövitatud elektrooniline vooluahel.
K: Millised on mõned näited seadmetest, mida võib ränikiibile lisada?
V: Ränikiibid võivad sisaldada loogikaväravaid, arvutiprotsessoreid, mälu ja eriseadmeid.
K: Miks kasutatakse kiibi ümbritsemiseks plastpakendit?
V: Kiip on väga habras, mistõttu kasutatakse selle kaitsmiseks plastpakendit.
K: Kuidas toimub kiibiga elektriline kontakt?
V: Elektrikontakt kiibiga toimub pisikeste juhtmete kaudu, mis ühendavad kiibi suuremate metallnõeltega, mis paistavad pakendist välja.
K: Millised on kaks eelist, mis on IC-de kasutamisel diskreetsete vooluahelate asemel?
V: IC-del on diskreetsete vooluahelate ees kaks peamist eelist: hind ja jõudlus. Kulud on madalad, sest ühele kiibile saab paigutada miljoneid transistoreid, selle asemel et ehitada üksikutest transistoridest koosnevat vooluahelat. Jõudlus on suurem, kuna komponendid võivad töötada kiiremini ja tarbida vähem energiat.
K: Millised on erinevad integraallülituste tüübid?
V: Integreeritud vooluahelaid võib liigitada analoog-, digitaal- ja segasignaali- (nii analoog- kui ka digitaalsignaalid ühel ja samal kiibil) vooluahelateks.
K: Kas üks kiip võib olla kavandatud konkreetseks otstarbeks?
V: Jah, kiip võib olla konstrueeritud konkreetseks otstarbeks, näiteks kalkulaatori kiip, mis võib töötada ainult kalkulaatorina.
