آیسی یا مدار مجتمع (Integrated Circuit) یک قطعه کوچک الکترونیکی است که شامل مجموعه‌ای از ترانزیستور، مقاومت، خازن و دیود است و همه این قطعات روی یک تراشه سیلیکونی به هم متصل شده‌اند. به زبان ساده، آیسی مانند مغز یک دستگاه الکترونیکی عمل می‌کند و وظایفی مانند پردازش اطلاعات، تقویت سیگنال یا ذخیره داده‌ها را انجام می‌دهد.در ادامه، با انواع IC، کاربردها، مزایا و معایب آن آشنا می‌شویم و می‌توانید برای خرید IC با کیفیت و قیمت رقابتی، از فروشگاه رسام ثبت سفارش کنید.
تاریخچه IC
فناوری آیسی برای اولین بار در دهه‌ی ۱۹۵۰ توسط جک کیلبی از شرکت Texas Instruments و رابرت نویس از Fairchild Semiconductor توسعه یافت.جک کیلبی به‌خاطر این اختراع بزرگ در سال ۲۰۰۰ جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد. از آن زمان تا امروز، ICها از چند ترانزیستور ساده به میلیاردها ترانزیستور در تراشه‌های مدرن مانند CPUهای امروزی رسیده‌اند.
انواع ای‌سی (IC)
مدارهای مجتمع به سه دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند که آی سی های دیجیتال و آی سی های آنالوگ دو بخش اصلی انواع ic هستند.در جدول زیر به ویژگی ها و کاربردهای هر IC پرداخته ایم :
| نوع IC | ویژگی‌ها | کاربردها |
|---|---|---|
| آنالوگ (Analog) | سیگنال خروجی تابعی خطی از قدرت سیگنال ورودی است؛ معمولاً قطعات کمی دارند و ساده هستند. | تقویت‌کننده‌های فرکانس رادیویی و صوتی، آپ امپ‌ها، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ، مقایسه‌کننده‌ها، تایمرها، روشن/خاموش کردن تجهیزات. |
| دیجیتال (Digital) | شامل گیت‌های منطقی، فلیپ فلاپ‌ها و شمارنده‌ها؛ با اطلاعات باینری (0 و 1) کار می‌کنند. | رایانه‌ها، شبکه‌های تجاری، مودم‌ها، شمارنده‌های فرکانس، ریزپردازنده‌ها. |
| سیگنال مختلط (Mixed-signal) | ترکیب ICهای دیجیتال و آنالوگ روی یک تراشه واحد. | ICهای جمع‌آوری داده (مانند پتانسیومترهای دیجیتال و مبدل‌های A/D و D/A)، IC کلاک/تایمینگ. |
آی سی آنالوگ
در آیسیهای آنالوگ، شدت سیگنال خروجی به‌صورت مستقیم از ورودی تبعیت می‌کند.اکثر مدارهای مجتمع آنالوگ (IC) قطعات نسبتا کمی دارند و بسیار ساده هستند. هنگامی که شرایط خاصی برآورده می شود، این نوع آی سی ها را می توان برای روشن یا خاموش کردن انواع تجهیزات، از جمله تهویه مطبوع، کوره و بخاری تنظیم کرد.
آی سی دیجیتال
گیت های منطقی مانند گیت های AND، OR، NAND، XOR، فلیپ فلاپ ها و شمارنده ها اغلب در مدارهای مجتمع دیجیتال (IC) یافت می شوند. مدار مجتمع منطقی (IC) یک دستگاه نیمه عادی است که یک یا چند سیگنال ورودی دیجیتال را که با 1s و 0s یا Hs و Ls نشان داده می شوند با استفاده از یک عملیات منطقی اولیه به سیگنال های خروجی دیجیتال تبدیل می کند.
شناخته شده ترین انواع آی سی های دیجیتال ریزپردازنده ها هستند. این آی سی ها با اطلاعات باینری مانند 0 یا 1 کار می کنند. 0 معمولاً نشان دهنده 0 ولت و نشان دهنده 5+ ولت در یک مدار دیجیتال است. آی سی های دیجیتال اغلب به عنوان تجهیزات اضافی اختیاری برای کیت های راه اندازی آردوینو ارائه می شوند.
آیسی سیگنال مختلط
مدارهای مجتمع سیگنال مختلط زمانی ایجاد می شوند که آی سی های دیجیتال و آنالوگ روی یک تراشه واحد ترکیب شوند. موارد زیر را می توان به عنوان آی سی سیگنال مختلط فهرست کرد:
- آی سی های جمع آوری داده، مانند پتانسیومترهای دیجیتال و مبدل های A/D و D/A
- آی سی کلاک/تایمینگ
- مبدل دیجیتال به آنالوگ
- مبدل آنالوگ به دیجیتال
بیشتر بخوانید : آی سی سوئیچینگ چیست؟
در فروشگاه تخصصی رسام الکترونیک می‌توانید انواع آیسی را با قیمت رقابتی و ضمانت اصالت کالا تهیه کنید.
نسل‌های مختلف IC
از زمان اختراع آی سی چندین نسل از مدارهای مجتمع وجود داشته اند. هر تراشه حاوی تعدادی ترانزیستور و گیت منطقی است. لیست نسل های آی سی و ظرفیت های مربوطه آنها را می توانید در زیر مشاهده کنید:
SSI
فناوری یکپارچه سازی مقیاس کوچک از گیت های منطقی 1 تا 12 و ترانزیستورهای 1 تا 10 استفاده می کند.
MSI
ترانزیستورهای گیت منطقی با مقادیر بین 10 تا 500 و 13 و 99 در فرآیند MSI با یکپارچه سازی مقیاس متوسط استفاده می شوند.
LSI
یکپارچه سازی مقیاس بزرگ یا LSI از 500 تا 20000 ترانزیستور و بین 100 تا 9999 گیت منطقی استفاده می کند.
VLSI
فناوری یکپارچه سازی در مقیاس بسیار بزرگ (VLSI) از 10000 تا 99999 گیت منطقی و 20000 تا 1000000 ترانزیستور استفاده می کند.
ULSI
یک میلیون ترانزیستور و صد هزار گیت منطقی در فناوری ULSI با یکپارچه سازی در مقیاس بسیار بزرگ استفاده می شود.
بیشتر بخوانید : آی سی گوشی چیست ؟
کاربرد آی سی
مدارهای مجتمع کاربردهای گسترده ای دارند. هر جزء که می تواند با استفاده از قطعات جداگانه توسعه و ساخته شود، به طور کلی می تواند در یک IC گنجانده شود. این برنامه‌ها شامل منطق، حافظه، سوئیچ‌ها، پردازنده‌های ویدیویی و تقویت‌کننده‌های صوتی هستند؛ اما محدود به آنها نیستند. دامنه کاربردهای آی سی گسترده است و روزانه در حال گسترش است. از جمله کاربرد آی سی، میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- رادار
- ساعت های مچی
- تلویزیون ها
- آبمیوه ساز
- کامپیوتر
- پروسسورهای ویدیویی
- آمپل فایرهای صوتی
- دستگاه های حافظه یا مموری
- دستگاه های منطقی
- انکودر و دیکودرهای فرکانس رادیویی
داخل آیسی چه می‌گذرد؟ آشنایی با ساختار و اجزای مدار مجتمع (IC)
قالب یا ساختار آیسی (IC) از مواد نیمه‌هادی معمولاً سیلیکون ساخته می‌شود. این مواد از طریق فرایندهایی مانند دوپینگ (Doping)، رسوب بخار شیمیایی (CVD) و فتولیتوگرافی (Photolithography) تغییر ویژگی‌های الکتریکی پیدا می‌کنند تا بتوان مدارهای مختلف را روی آنها ایجاد کرد.
در نتیجه‌ی این فرایندها، صدها یا حتی هزاران مدار مجتمع روی یک ویفر سیلیکونی شکل می‌گیرد. پس از تکمیل ساخت، ویفر به قطعات کوچک‌تری به نام دای (Die) برش داده می‌شود. هر دای یک تراشه مستقل است که درون یک بسته‌بندی (Package) قرار می‌گیرد تا از آن محافظت شود و امکان اتصال آن به مدار فراهم گردد. در این مرحله، بین پدهای خروجی دای و پین‌های بسته‌بندی اتصالات الکتریکی برقرار می‌شود. این پین‌ها همان گره‌هایی (Nodes) هستند که ارتباط آیسی با سایر بخش‌های مدار را ممکن می‌سازند.
کافیه مشخصات یا شماره فنی آیسی موردنظرتون رو برای تیم فنی رسام ارسال کنید. کارشناسان ما در سریع‌ترین زمان، قیمت، موجودی و زمان تحویل رو به شما اعلام می‌کنن.
فرآیند تولید آی سی و چالش‌های جهانی آن
به طور کلی، آی‌سی‌ها با دو فناوری اصلی تولید می‌شوند:
فناوری یکپارچه (Monolithic): در این روش تمام اجزای مدار شامل ترانزیستور، مقاومت و خازن همراه با اتصالاتشان روی یک تراشه سیلیکونی ساخته می‌شوند. این نوع آی‌سی‌ها در تولید انبوه به‌کار می‌روند و به‌دلیل قیمت پایین و قابلیت اطمینان بالا بیشترین سهم بازار را دارند.
فناوری ترکیبی (Hybrid): در این شیوه، هر قطعه به‌صورت جداگانه روی بستر سرامیکی قرار گرفته و با سیم یا الگوهای متالیزه به هم متصل می‌شود. این نوع آیسی معمولاً برای کاربردهای خاص یا مدارهای توان بالا استفاده می‌شود.
در سال‌های اخیر، صنعت نیمه‌هادی با کمبود جهانی تراشه روبه‌رو شده است. رشد سریع ابزارهای الکترونیکی و افزایش تقاضا باعث شده عرضه از تولید پیشی بگیرد و بسیاری از صنایع، از خودروسازی تا لوازم خانگی، با تأخیر و کمبود مواجه شوند.علاوه بر این، افزایش هزینه تولید و پیچیدگی فناوری ساخت تراشه‌ها وضعیت را دشوارتر کرده است. با این حال، شرکت‌های بزرگ تولیدکننده آیسی در حال گسترش ظرفیت تولید هستند تا پاسخگوی نیاز روزافزون بازار باشند.
انواع پکیج‌های آیسی (IC Package Types)
این تراشه‌های مشکی‌رنگ را تقریباً روی تمام بردهای مدار چاپی (PCB) میتوان دید. هر پکیج بر اساس نوع نصب، ابعاد، تعداد پایه و کاربرد، متفاوت است. در ادامه با پرکاربردترین پکیج‌های آیسی آشنا می‌شویم:
| نوع پکیج | ویژگی‌ها | کاربردها |
|---|---|---|
| DIP (Dual Inline Package) |
| مناسب برای بردهای آموزشی، آزمایشگاهی و پروتوتایپ‌ها |
| QFP (Quad Flat Package) |
| میکروکنترلرها و مدارهای فشرده |
| QFN (Quad Flat No-Lead) |
| مدارهای پرقدرت و با چگالی بالا |
| BGA (Ball Grid Array) |
| پردازنده‌ها، GPUها و چیپ‌های حافظه |
مزایا و معایب آیسی (مدار مجتمع)
| مزایای آیسی (IC) | معایب آیسی (IC) |
|---|---|
| در هر اینچ مربع میتوان تا حدود ۲۰٬۰۰۰ قطعه الکترونیکی را جای داد، در نتیجه اندازه بسیار کوچکی دارد. | به‌دلیل اندازه کوچک، دفع حرارت در جریان‌های بالا دشوار است و ممکن است باعث آسیب شود. |
| دارای قابلیت اطمینان بالا و طول عمر زیاد است. | ترانسفورماتور و سلف‌ها را نمی‌توان در مدار مجتمع به‌کار برد. |
| مصرف انرژی بسیار پایین دارد. | فقط مقدار محدودی از توان خروجی را می‌تواند مدیریت کند. |
| به‌دلیل حذف اثرات خازن‌های انگلی، با سرعت بالا کار می‌کند. | حداکثر اتلاف توان حدود ۱۰ وات است. |
| امکان تغییر و جایگزینی آسان از طریق مادربرد وجود دارد. | کار در ولتاژ بالا یا نویز پایین در آی‌سی‌ها دشوار است. |
جمع بندی
ما در این مقاله کاربرد آی سی و آی سی یا مدار مجتمع (IC) چیست؟ را بررسی کردیم و متوجه شدیم که هیچ یک از دستگاه های الکترونیکی ما بدون آنها نمی توانند کار کنند. در نتیجه نقش عملی آی سی ها در جامعه امروزی رشد چشمگیری داشته است. شاید خالق مدار مجتمع (IC) حتی متوجه نشده باشد که چه کار بزرگی برای بشریت انجام داده است؛ اما اکنون با نگاهی به آن، میتوان دریافت که سهم کلیدی آن فرد در کیفیت چقدر مهم بوده است. که IC اکنون در تمام شرکت های واردات قطعات الکترونیک در سراسر جهان وجود دارد.
سوالات متداول
از کجا بفهمم آیسی روی برد سوخته یا خراب شده؟
علائم خرابی آیسی معمولاً شامل گرم شدن بیش از حد، کار نکردن بخشی از مدار، یا بوی سوختگی است. در بسیاری از موارد با مولتی‌متر و بررسی ولتاژ پایه‌ها میتوان خرابی آن را تشخیص داد.
تفاوت آیسی DIP و SMD چیست؟
آیسیهای DIP دارای پایه‌های بلند برای نصب درون برد هستند، اما آیسیهای SMD به‌صورت سطحی روی برد لحیم می‌شوند و فضای کمتری اشغال می‌کنند. مدل SMD بیشتر در مدارهای مدرن استفاده می‌شود.
تفاوت میکروکنترلر با آیسی چیست؟
میکروکنترلر نوعی آیسی هوشمند است که پردازنده، حافظه و ورودی/خروجی را در یک تراشه دارد. در حالی که آیسیهای معمولی ممکن است فقط یک عملکرد خاص مثل تقویت یا تایمینگ انجام دهند.
دیدگاه های شما
سلام وقت بخیر.. میخاستم بدونم از IC های نسل VLSI بیشتر برای چه مواردی استفاده میشه؟
خیلی کم پیش میاد مقاله‌ای تا این حد جامع درباره آی سی ببینم. نه‌تنها کاربردها و ساختار داخلی آی سی‌ها رو با دقت توضیح دادید، بلکه حتی به نسل‌های مختلف IC و بسته‌بندی‌های متنوعش هم اشاره کردید. بخش مربوط به فرآیند تولید آی سی خیلی برام جذاب بود، به‌خصوص اینکه به تکنولوژی‌های مثل دوپینگ و فتولیتوگرافی هم اشاره کردین. واقعاً برای کسی که به الکترونیک علاقه‌منده یا دانشجو هست، این مقاله یه مرجع کامله.
سلام و وقت بخیر 🌟
خیلی خوشحالیم که مقاله براتون مفید و جذاب بوده. همین دیدگاه‌ها باعث میشه محتوای ما بهتر و کامل‌تر بشه. مرسی که تجربتون رو با ما به اشتراک گذاشتید!
مقاله ی خیلی جامعی بود، ممنون! من تو کار با میکروکنترلرها تجربه دارم، اما همیشه در شناخت دقیق انواع آیسی های آنالوگ مثل اپمپ ها و رگولاتورها کمی مشکل دارم. یه سوال داشتم: برای پروژهای که نویز محیطی بالا داره، آیا استفاده از آیسی های خطی معمولی مثل سری 78xx برای تغذیه پیشنهاد خوبیه یا بهتره به سراغ رگولاتورهای سوییچینگ برم؟ ممنون میشم راهنمایی کنید.
با تشکر از مقاله آموزنده‌تون. من در طراحی یک سیستم کنترل صنعتی مشغولم و نیاز به آیسی درایور موتور دارم. می‌خواستم بدونم معیارهای اصلی برای انتخاب بین آیسیهای درایور موتور DC بدون جاروبک و موتورهای استپ چیست؟ و کدام پارامترهای آیسی را حتما باید در دیتاشیت بررسی کنم؟