Układ scalony (ang. integrated circuit, IC) to miniaturowy komponent elektroniczny, który zawiera na jednym płaskim fragmencie materiału półprzewodnikowego, zazwyczaj krzemu, zintegrowane obwody elektroniczne. Układy scalone są podstawowym elementem współczesnej elektroniki i znajdują zastosowanie w niemal wszystkich elektronicznych urządzeniach, od komputerów i telefonów komórkowych po sprzęt AGD i systemy sterowania przemysłowego.
Historia
Pierwszy układ scalony został wynaleziony w 1958 roku przez Jacka Kilby’ego z firmy Texas Instruments oraz niezależnie przez Roberta Noyce’a z Fairchild Semiconductor w 1959 roku. Wynalazek ten zrewolucjonizował przemysł elektroniczny, umożliwiając miniaturyzację komponentów i systemów elektronicznych oraz znaczące obniżenie kosztów produkcji.
Budowa i produkcja
Układ scalony składa się z wielu elementów takich jak tranzystory, diody, rezystory i kondensatory, które są połączone ścieżkami przewodzącymi na wspólnym substracie. Proces produkcji układów scalonych, znany jako litografia, polega na wielokrotnym nakładaniu warstw materiałów półprzewodnikowych, izolacyjnych i przewodzących, a następnie na ich precyzyjnym usuwaniu i kształtowaniu w celu utworzenia żądanych struktur.
Typy układów scalonych
Układy scalone można podzielić na kilka typów w zależności od ich złożoności i funkcji:
- SSI (Small Scale Integration) – układy o małej skali integracji, zawierające do kilkudziesięciu elementów na chipie.
- MSI (Medium Scale Integration) – układy o średniej skali integracji, z kilkuset elementami.
- LSI (Large Scale Integration) – układy o dużej skali integracji, z tysiącami elementów.
- VLSI (Very Large Scale Integration) – układy o bardzo dużej skali integracji, z milionami elementów.
- ULSI (Ultra Large Scale Integration) – układy o ultradużej skali integracji, z miliardami elementów.
Zastosowanie
Układy scalone są wykorzystywane w szerokim zakresie aplikacji, w tym:
- Komputery i urządzenia mobilne – jako procesory, pamięci i kontrolery.
- Telekomunikacja – w urządzeniach sieciowych, modemach i telefonach.
- Przemysł motoryzacyjny – w systemach zarządzania silnikami, systemach bezpieczeństwa i nawigacji.
- Sprzęt AGD – w sterownikach i modułach funkcjonalnych.
- Systemy sterowania – w automatyce przemysłowej i systemach kontroli procesów.
Zalety układów scalonych
Układy scalone oferują wiele zalet w porównaniu do tradycyjnych metod budowy obwodów elektronicznych, takich jak:
- Miniaturyzacja – mniejsze rozmiary i mniejsza waga.
- Niski koszt – masowa produkcja obniża koszty jednostkowe.
- Wysoka niezawodność – mniejsza liczba połączeń zewnętrznych zmniejsza ryzyko awarii.
- Wysoka wydajność – krótsze ścieżki przewodzące oznaczają szybsze działanie i mniejsze zużycie energii.
- Łatwość montażu – standardowe rozmiary i kształty ułatwiają automatyzację produkcji.
Wyzwania
Rozwój układów scalonych napotyka na wyzwania technologiczne i fizyczne, takie jak ograniczenia związane z miniaturyzacją, zarządzanie ciepłem, zjawiska kwantowe oraz rosnące koszty badań i rozwoju. Producenci układów scalonych ciągle pracują nad innowacjami w dziedzinie materiałów, technik litografii i projektowania, aby pokonywać te bariery i zaspokajać rosnące zapotrzebowanie na wydajność i funkcjonalność.
