mini|Integralno kolo u kućištu s izvodima Integralno kolo ( – IC), također čip ili mikročip, jest mikroelektronički sklop u kojem su tranzistori, diode, otpornici, kondenzatori i njihove međusobne veze izrađeni na malom komadu poluprovodnika, najčešće silicija. Uvođenje integralnih kola omogućilo je zamjenu velikog broja pojedinačnih elektroničkih komponenti jednim pouzdanim i serijski proizvodivim elementom, što je bilo presudno za razvoj savremene računarske i komunikacijske opreme.

Osnovna ideja integralnog kola jest da se cijeli elektronički sklop ne gradi povezivanjem odvojenih komponenti žicama, nego da se komponente i veze između njih oblikuju na istom poluprovodničkom supstratu. Time se smanjuju dimenzije, potrošnja energije i cijena po funkciji, a povećavaju brzina rada i pouzdanost. Integralna kola danas se nalaze u gotovo svim elektroničkim uređajima, od računara, mobilnih telefona i automobila do kućanskih aparata i industrijskih upravljačkih sistema.

Građa

Integralno kolo najčešće se sastoji od poluprovodničkog čipa i zaštitnog kućišta. Čip je aktivni dio uređaja: na njemu su fotolitografskim, difuzijskim, implantacijskim, oksidacijskim i metalizacijskim postupcima oblikovani slojevi koji čine tranzistore i druge elemente kola. Nakon izrade, pojedinačni čipovi se odvajaju s poluprovodničke pločice, električno povezuju s izvodima kućišta i zatvaraju radi mehaničke i hemijske zaštite.

Kućište omogućava rukovanje kolom, njegovo hlađenje i spajanje na štampanu ploču. Izvodi mogu biti izvedeni kao nožice, lemne površine ili kuglični kontakti, zavisno od namjene i gustine povezivanja. Starija i jednostavnija kola često su smještena u kućišta s izvodima kroz ploču, dok se u savremenoj elektronici široko koriste površinski montirana kućišta. Broj izvoda zavisi od funkcije kola: jednostavni analogni sklopovi mogu imati mali broj kontakata, dok složeni mikroprocesori, memorijski čipovi i sistemska kola imaju stotine ili hiljade priključaka.

Elektroničke veze unutar čipa zamjenjuju spoljne žičane veze koje su ranije spajale pojedinačne komponente. Upravo je uklanjanje velikog broja takvih veza bilo jedan od glavnih razloga za razvoj integralnog kola, jer su u složenim uređajima žice i lemni spojevi zauzimali prostor, povećavali troškove i bili čest izvor kvarova.

Historija Rani koncepti integracije elektroničkih komponenti pojavili su se prije komercijalne proizvodnje čipova. Njemački inženjer Werner Jacobi iz kompanije Siemens & Halske prijavio je 1949. patent za "poluprovodničko pojačalo" koje je sadržavalo više tranzistorskih elemenata na zajedničkoj osnovi, čime je anticipirao važne elemente kasnijeg integralnog kola. Britanski inženjer Geoffrey Dummer početkom 1950-ih predlagao je izradu elektroničkog sklopa u jednom poluprovodničkom bloku, ali ta zamisao tada nije dovela do industrijski upotrebljivog proizvoda.

Prvo praktično integralno kolo povezuje se s radom Jacka Kilbyja u kompaniji Texas Instruments. Kilby je 1958. pokazao radni prototip sklopa izrađenog na komadu germanija, u kojem su osnovni elementi kola bili integrirani u zajednički poluprovodnički materijal. Nezavisno od njega, Robert Noyce iz kompanije Fairchild Semiconductor razvio je 1959. koncept monolitnog silicijskog integralnog kola zasnovanog na planarnom procesu Jeana Hoernija. Noyceova upotreba metalnih veza preko oksidnog sloja omogućila je proizvodnju kompletnog kola na jednom silicijskom čipu i postala osnova masovne proizvodnje integralnih kola.

Kilby i Noyce danas se najčešće navode kao suizumitelji integralnog kola. Kilby je za doprinos izumu integralnog kola dobio Nobelovu nagradu za fiziku 2000, dok Noyce nije mogao biti uključen u nagradu jer je umro 1990. Njihov rad omogućio je razvoj mikroprocesora, memorijskih čipova i drugih visokointegriranih elektroničkih sistema.

Vrste i primjena Prema načinu obrade signala, integralna kola najčešće se dijele na analogna, digitalna i mješovita. Analogna kola obrađuju kontinuirane električne signale i koriste se u pojačavačima, regulatorima, filtrima, senzorima i radiofrekvencijskim sklopovima. Digitalna kola rade s diskretnim logičkim stanjima i čine osnovu procesora, memorije, programabilnih logičkih kola i računarskih kontrolera. Mješovita kola kombinuju analogne i digitalne dijelove, naprimjer u analogno-digitalnim i digitalno-analognim pretvaračima, modemima i komunikacijskim čipovima.

Prema stepenu integracije, uobičajeno se razlikuju kola male, srednje, velike i vrlo velike integracije. Rani čipovi sadržavali su nekoliko ili nekoliko desetina tranzistora, dok savremeni procesori i memorijski sklopovi sadrže milijarde tranzistora. Takav rast gustoće komponenti povezan je s razvojem fotolitografije, poboljšanjem poluprovodničkih procesa i smanjenjem dimenzija osnovnih elemenata kola.

Primjeri integralnih kola uključuju: mikroprocesore; mikrokontrolere; memorijske čipove, uključujući RAM, ROM i fleš-memoriju; analogne i operacione pojačavače; tajmere i oscilatore; komunikacijske sklopove, uključujući kodere, dekodere, modeme i radiofrekvencijske čipove; upravljačka i energetska kola za napajanja, motore i senzore.

Velika gustina elemenata na maloj površini stvara i problem odvođenja toplote. Kod kola velike potrošnje, naročito mikroprocesora, grafičkih procesora i energetskih modula, potrebni su hladnjaci, ventilatori, toplotne cijevi ili drugi sistemi za hlađenje. Dozvoljeni temperaturni opseg rada zavisi od konkretne izvedbe, kućišta i namjene, pa se navodi u tehničkoj dokumentaciji proizvođača.

Značaj Integralno kolo jedan je od temeljnih izuma savremene elektronike. Omogućilo je minijaturizaciju računara, razvoj pouzdanih digitalnih sistema, masovnu proizvodnju potrošačke elektronike i nastanak globalne poluprovodničke industrije. Historija njegovog razvoja usko je povezana s nastankom Silicijske doline, razvojem kompanija Texas Instruments i Fairchild Semiconductor te kasnijim usponom industrije mikroprocesora.

Također pogledajte Računarsko inženjerstvo Elektrotehnika Mikroelektronika Poluprovodnik Tranzistor Mikroprocesor Mooreov zakon

Literatura

Reference

Vanjski linkovi

Kategorija:Elektronika Kategorija:Računarstvo Kategorija:Američki izumi Kategorija:Njemački izumi