مدار مجتمع یا آیسی (به انگلیسی: Integrated circuit) و به اختصار IC و همچنین تراشه یا مدار یکپارچه (به انگلیسی: Chip) به مجموعهای از مدارهای الکترونیکی گفته میشود که بر روی یک تراشه کوچک از جنس مواد نیمرسانا یا نیمه هادی که عموما از جنس سیلیسیم هستند قرار داده شدهاست. به عبارت دیگر می توان گفت یک آی سی یک مجموعه شامل تعداد زیادی مدار، گیتهای منطقی، ترانزیستور و دیگر اجزاست که هر کدام از این مدارها برای یک کاربرد مشخص طراحی می شوند. حاصل ترکیب این مجموعه، مدارهایی کوچکتر، سریع تر و ارزانتر از مدارهای ساخته شده با اجزای الکترونیکی مجزا است.
این مدارات معمولاً شامل دو یا سه نوع دستگاه الکترونیکی میباشند: مقاومت، خازن و ترانزیستور و مهمترین آنها ترانزیستور است. شرکت اینتل به عنوان مهمترین سازنده مدارهای مجتمع در جهان شناخته شدهاست.
امروزه تراشهها در اکثر دستگاههای الکترونیکی و بویژه رایانهها در ابعادی گسترده بکار میروند. از میکروکنترلر برای ساخت، کنترل و مانیتورینگ انواع سیستم های الکترونیکی استفاده می شود که با برنامه ریزی واحد های میکروکنترلر و تجهیزات جانبی فعال می گردد.
ساختار مدار مجتمع یا آی سی
انواع آی سی بر اساس کاربرد آنها
مدارهای مجتمع به سه دسته آنالوگ، دیجیتال و سیگنال مختلط، تقسیم می شوند. این مدارهای الکتریکی میتوانند در چند میلیمتر مربع شامل یک تا میلیاردها دروازه منطقی، فلیپفلاپ، مولتیپلکسر و دیگر مدارها باشند. به طور مختصر می توان آنها را این گونه تعریف کرد.
مدار مجتمع دیجیتالی
در این نوع مدارها از گیت های منطقی( AND,OR,NOT) استفاده می شود. این آیسیها از سیستم باینری ۰ و ۱ استفاده می کنند در این نوع مدارها گیتهای منطقی، ترانزیستورها و غیره به کار برده می شود و همه آنها در یک تراشه قرار میگیرند. از انواع مدارهای مجتمع دیجیتال می توان به مدار آردوینو اشاره کرد. مدارهای مجتمع دیجیتالی به طور گسترده ای در الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند. از مدار مجتمع دیجیتالی در دستگاههایی همچون کامپیوتر، حسابگرها و ریزپردازندهها استفاده میشود.
مدار مجتمع آنالوگ یا خطی
در مدار مجتمع آنالوگ اعمال مورد نظر به صورت خطی روی سیگنال های ورودی انجام می شود و به عبارتی کنترل سیگنالهای آنالوگِ همیشه در حال تغییر کار میکند. هدف این نوع آی سی ها تقویت، فیلترینگ و مدولاسیون است. تقویت کنندههای خطی، تقویت کنندههای عملیاتی و مدارهای مخابراتی از این نوع مدارها هستند
مدار مجتمع آنالوگ – دیجیتال
از ترکیب قطعات آنالوگ و هم قطعات دیجیتال در کنار هم آی سی مخلوط یا آنالوگ-دیجیتال تولید می شود. از این آیسیها برای مواردی مانند تنظیم ساعت/زمان و تبدیل دیجیتال به آنالوگ یا آنالوگ به دیجیتال استفاده میشود. این نوع آی سی ها در مواردی مانند تنظیم ساعت/زمان و تبدیل دیجیتال به آنالوگ یا آنالوگ به دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرند.
متداولترین بستههای آی سی
پکیج های آی سی انواع مختلفی دارند و هر کدام منحصر به فرد در ابعاد ، تعداد پین ، نصب و استقرار هستند. در ادامه، معمولترین مواردی را که ممکن است با آنها سر و کار داشته باشید، معرفی میکنیم.
آی سی DIP (Dual-Inline Package)
بسته دو در خط نوعی آیسی سوراخدار است و این تراشهها را با شکلهای مستطیلی بلند و دارای ردیفهایی از پینهای موازی می توان تشخیص داد. این نوع بسته برای استفاده در برد بوردها مناسب است و میتواند از ۴ تا ۶۴ پین را شامل شود.
آی سی SOP (Small Outline Packages)
بسته با پایههای تخت کوچک که شباهت زیادی به DIP دارند . با این تفاوت که به جای سوراخ، روی سطح قرار میگیرند. از این تراشهها در برد بورد استفاده نمیشوند و برای نصب آنها به ماشینآلات پیشرفته نیاز است. بستههای با پایههای تخت نازک (Thin Small-Outline Packages) یا به اختصار TSOP و بستههای با پایههای تخت نازک و منقبض (Thin-Shrink Small-Outline Packages) یا به اختصار TSSOP نمونه هایی از این نوع آی سی هستند.
آی سی QFP (Quad Flat Package)
بسته تخت چهار تایی یا به اختصار QFP از پینهای خارج شده از چهار طرف آی سی مشخص میشود. این تراشهها میتوانند از هر طرف بین ۸ تا ۷۰ پین داشته باشند. ATmega328 یکی از نمونه های این نوع آی سی است.
آی سی BGA (Ball Grid Array)
آرایه گویچه مشبک یا به اختصار BGA یکی از پیشرفته ترین و پیچیده ترین نوع آی سی است که شامل گویهای کوچک لحیم است و به صورت یک شبکه مرتب شدهاند و تنها برای ریزپردازندههای پیشرفته ای مانند رزبری پای (Raspberry Pi) استفاده میشود.
نحوه ساخت آیسی
IC ها را در اتاقی به نام اتاق تمیز تولید میکنند. دلیل این کار تحت کنترل قرار دادن سطح ناخالصیها و طیفهای نوری است. برای ساخت انواع آی سی، مدارهای الکتریکی مختلف را در لایهای از سیلیسیم به نام ویفر سیلیکون قرار میدهند. این عملیات را در چند لایه تکرار میکنند. تکنولوژی ساخت و هم چنین طراحیهای خاص تولید انواع آیسی بسیار پیچیده است. به همین دلیل تنها کشورهای محدودی توانایی تولید IC یا مدارات مجمتع را دارند. به تازگی در تولید آیسیها به جای خازن از ترانزیستورها استفاده میشود. استفاده از ترانزیستور باعث کاهش حجم مدار مجمتع میشود. در ساخت ریزتراشهها از ترانزیستور های دو قطبی BJT و ترانزیستور MOSFET ااستفاده میشود که به ترتیب به عنوان مدار مجتمع TTL و Cmos شناخته میشوند.
برای ساخت انواع مدارهای مجتمع، مدارهای الکتریکی مختلف را در لایهای نازک از سیلیکن خالص به اسم ویفر سیلیکنی تعبیه کرده و به صورت لایه لایه میسازند. ساخت ای سی ها یک فرایند بسیار پیچیده است و به آن فناوری ساخت مدارات نیمرسانا می گویند. تمامی مراحل ساخت در اتاقهایی به نام اتاق تمیز (Cleanroom) انجام میشود که از نظر سطح ناخالصی و طیفهای نوری موجود در اتاق کاملاً تحت کنترل است. به تازگی در تولید آیسیها به جای خازن از ترانزیستورها استفاده میشود. استفاده از ترانزیستور باعث کاهش حجم مدار مجمتع میشود. در ساخت ریزتراشهها از ترانزیستور های دو قطبی BJT و ترانزیستور MOSFET ااستفاده میشود که به ترتیب به عنوان مدار مجتمع TTL و Cmos شناخته میشوند.
کاربردهای آی سی
با پیشرفت روزافزون تکنولوژِی در جهان امروزه این مدارات در تمامی تجهیزات الکترونیکی استفاده می شوند. Cpu یا پردازنده کامیپوتر یکی از المان هایی است که با استفاده از تکنولوژی آیسی تولید میشود و میلییونها ترانزیستور در آن به کار رفته است. همچنین در ساخت و طراحی تلفن های همراه و انواع حافظه ها و سایر ابزارهای دیجیتال این مدارات مورد استفاده وسیع قرار گرفته است.
مزایا و معایب مدارات مجتمع
مصرف برق کم، هزینه و وزن کم و سرعت عملکرد بالا از مزایای مدارات مجتمع می باشد و ییچیدگی و هزینه بالای طراحی و ساخت بزرگترین عیب آنها است
