Circuito integrato
Un circuito integrato (più spesso chiamato IC, microchip, chip di silicio, chip per computer o chip) è un pezzo di silicio appositamente preparato (o un altro semiconduttore) in cui un circuito elettronico è inciso utilizzando la fotolitografia. I chip di silicio possono contenere porte logiche, processori di computer, memoria e dispositivi speciali. Il chip è molto fragile e quindi è normalmente circondato da un pacchetto di plastica per proteggerlo. Il contatto elettrico con il chip è assicurato da minuscoli fili che collegano il chip a grandi perni metallici che fuoriescono dalla confezione.
Un IC ha due vantaggi principali rispetto ai circuiti discreti: costo e prestazioni. Il costo è basso, perché milioni di transistor possono essere messi su un chip invece di costruire un circuito con singoli transistor. Le prestazioni sono più elevate perché i componenti possono funzionare più rapidamente e usare meno energia.
I circuiti integrati sono progettati per scopi diversi. Un chip può essere progettato solo per una calcolatrice, che può funzionare solo come calcolatrice. I circuiti integrati possono essere classificati in analogici, digitali e a segnale misto (sia analogici che digitali sullo stesso chip).
Semiconduttore
Un semiconduttore come il silicio può essere controllato per permettere (o non permettere) il flusso di corrente. Questo permette di fare transistor che possono controllarsi a vicenda. Si trovano in molti oggetti domestici come radio, computer e telefoni, e molti altri. Altri dispositivi a semiconduttore includono celle solari, diodi e LED (diodi che emettono luce).
Immagine di Plastic Quad Flat Pack (PQFP)
Vista laterale del doppio pacchetto in linea (DIP)
Invenzione
Nel 1958 e 1959, due persone ebbero l'idea di un circuito integrato quasi esattamente nello stesso momento. I transistor erano diventati una cosa di tutti i giorni, usati in dispositivi domestici come le radio. Hanno influenzato tutto, dalle radio ai telefoni, e all'epoca i produttori avevano bisogno di un sostituto più piccolo per i tubi a vuoto. I transistor erano più piccoli dei tubi a vuoto, ma per alcuni dei dispositivi elettronici più nuovi, per esempio la guida dei missili, non erano abbastanza piccoli.
Un giorno di luglio, Jack Kilby stava lavorando alla Texas Instruments quando gli venne in mente che tutte le parti di un circuito, non solo il transistor, potevano essere fatte di silicio. A quel tempo, nessuno metteva condensatori e resistenze nei circuiti integrati. Questo avrebbe cambiato il futuro e reso più facile produrre e vendere circuiti integrati. Al capo di Kilby piacque l'idea e gli disse di mettersi al lavoro. Il 12 settembre Kilby aveva costruito un modello funzionante e il 6 febbraio Texas Instruments depositò un brevetto. Il loro primo "circuito solido" era grande come un polpastrello.
Nel frattempo, in California, un altro uomo ha avuto la stessa idea. Nel gennaio del 1959, Robert Noyce lavorava nella piccola azienda di startup Fairchild Semiconductor. Anche lui si rese conto che un intero circuito poteva essere messo in un singolo chip. Mentre Kilby aveva elaborato i dettagli per realizzare i singoli componenti, Noyce pensò a un modo molto migliore per collegare le parti. Il progetto fu chiamato "circuito unitario". Tutti quei dettagli diedero i loro frutti perché il 25 aprile 1961 l'ufficio brevetti assegnò il primo brevetto per un circuito integrato a Robert Noyce mentre la domanda di Kilby era ancora in fase di analisi. Oggi si riconosce che entrambi gli uomini hanno concepito l'idea in modo indipendente.
Presto ci furono due tipi di circuito integrato: ibrido (HIC) e monolitico (MIC). Gli ibridi si estinsero alla fine del XX secolo.
Generazioni
| Nome | Periodo | Numero di transistor su ogni chip (circa) |
| SSI (integrazione su piccola scala) | primi anni '60 | un chip contiene solo pochi transistor |
| MSI (integrazione su media scala) | fine anni '60 | centinaia di transistor su ogni chip |
| LSI (integrazione su larga scala) | metà degli anni '70 | decine di migliaia di transistor per chip |
| VLSI (integrazione su larghissima scala) | fine del 20° secolo secolo | centinaia di migliaia di transistor |
| ULSI (integrazione su scala ultra grande) | 21° secolo | più di 1 milione di transistor |
La differenza tra VLSI e ULSI non è ben definita.
Classificazione
I circuiti integrati possono essere confezionati come DIP (Dual in-line package), PLCC (Plastic leaded chip carrier), TSOP (Thin small-outline package), PQFP (Plastic Quad Flat Pack) e altri tipi di chip package. Alcuni piccoli sono confezionati per la tecnologia a montaggio superficiale. I transistor all'interno possono essere transistor bipolari in circuiti insoliti, come quelli che hanno bisogno di velocità di commutazione molto elevate. La maggior parte, comunque, sono MOSFET.
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Domande e risposte
D: Che cos'è un circuito integrato?
R: Un circuito integrato, noto anche come IC o microchip, è un pezzo di silicio appositamente preparato sul quale viene inciso un circuito elettronico mediante fotolitografia.
D: Quali sono alcuni esempi di dispositivi che possono essere inclusi in un chip di silicio?
R: I chip di silicio possono contenere porte logiche, processori di computer, memoria e dispositivi speciali.
D: Perché si usa una confezione di plastica per circondare il chip?
R: Il chip è molto fragile, quindi si utilizza un pacchetto di plastica per proteggerlo.
D: Come avviene il contatto elettrico con il chip?
R: Il contatto elettrico con il chip avviene attraverso piccoli fili che collegano il chip a pin metallici più grandi che fuoriescono dalla confezione.
D: Quali sono i due vantaggi di utilizzare i circuiti integrati invece dei circuiti discreti?
R: I circuiti integrati presentano due vantaggi principali rispetto ai circuiti discreti: il costo e le prestazioni. Il costo è basso perché si possono inserire milioni di transistor in un chip, invece di costruire un circuito con singoli transistor. Le prestazioni sono più elevate, perché i componenti possono funzionare più rapidamente e consumare meno energia.
D: Quali sono i diversi tipi di circuiti integrati?
R: I circuiti integrati possono essere classificati in analogici, digitali e a segnale misto (sia analogici che digitali sullo stesso chip).
D: Un singolo chip può essere progettato per uno scopo specifico?
R: Sì, un chip può essere progettato per uno scopo specifico, come ad esempio un chip per calcolatrice che può funzionare solo come calcolatrice.
