Entegre devre (Integrated Circuit, IC), 1950’li yıllarda ortaya çıkan bir yarı iletken mikro cihazdır. Oksitleme, fotolitografi, difüzyon, epitaxi ve alüminyum buharlaştırma gibi hassas üretim süreçleri aracılığıyla yarı iletken elemanlar, dirençler, kondansatörler ve bağlantı telleri gibi elektronik bileşenleri tek bir mikro silikon yonga üzerine eksiksiz bir şekilde entegre eder; böylece belirli işlevlere sahip devreler oluşturur ve nihayetinde lehimlenip paketlenerek şekillendirilen elektronik mikro cihazlar ortaya çıkar.
Ürün özelliklerine göre, entegre devre mikroişlemciler, analog devreler, mantık devreleri ve bellekler gibi çeşitli türlere ayrılabilir. İşlevlerinin gerçekleştirilme şekline ve alt uygulama alanlarına göre sınıflandırıldığında ise, entegre devre endüstrisi iletişim yongaları, sensör yongaları, güvenlik yongaları, bellek yongaları, uygulama işlemci yongaları, güç yönetimi yongaları, geliştirme ve kontrol yongaları, sürücü yongaları gibi ürünleri kapsar.
Örneğin, iletişim yongaları cep telefonları, bilgisayarlar, akıllı evler ve akıllı ödeme araçları gibi son kullanıcı cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadır; kablosuz ve mikrodalga iletişimini desteklemektedir ve Wi-Fi gibi iletişim teknolojilerinin yaygınlaşmasıyla birlikte pazar büyüklüğü sürekli artmakta ve yongalar küçülme, yüksek hız, çok işlevlilik ve düşük güç tüketimi yönünde gelişmektedir.
“Çip” (Chip) ve “entegre devre” (Integrated Circuit, IC), günlük iletişimde sıklıkla birbirinin yerine kullanılsa da, kavramsal olarak aralarında ince farklar bulunmaktadır. Çip, özellikle son derece küçültülmüş bir elektronik bileşeni ifade eder; içinde çok sayıda transistör, kondansatör, direnç, indüktör gibi bileşenler ve ilgili devreler entegre edilmiştir ve belirli bir işlevi yerine getirmek üzere tasarlanmıştır; örneğin, bilgisayarın çekirdeği olan merkezi işlem birimi (CPU) bir çip türüdür.
Entegre devre ise daha çok bir üretim ve uygulama teknolojisine odaklanır; çok sayıda elektronik bileşen ve devreyi tek bir çip üzerinde birleştirerek daha yüksek entegrasyon derecesi ve daha küçük hacim elde eder. Genellikle yüksek kalite ve kararlılığı sağlamak için yarı iletken üretim süreçleri kullanılır. Bu nedenle, çip işlevsel varlığını vurgularken, entegre devre bu işlevsel varlığı gerçekleştiren üretim süreci ve entegrasyon yöntemine odaklanır.
IC yonga sınıflandırması
İşlevsel yapıya göre sınıflandırma
Entegre devre, işlevlerine ve yapılarına göre analog integrated circuit ve dijital entegre devre olmak üzere iki ana sınıfa ayrılabilir.
Analog integrated circuit, çeşitli analog sinyalleri (genlikleri zamanla değişen sinyaller; örneğin yarı iletken radyoların ses sinyalleri, kayıt ve oynatma cihazlarının kaset sinyalleri vb.) üretmek, yükseltmek ve işlemek için kullanılırken, dijital entegre devre çeşitli dijital sinyalleri (zaman ve genlik açısından ayrık değerler alan sinyaller; örneğin VCD ve DVD oynatımındaki ses ve video sinyalleri) üretmek, yükseltmek ve işlemek için kullanılır.
Temel analog integrated circuit arasında işlemsel amplifikatörler, çarpıcılar, entegre voltaj regülatörleri, zamanlayıcılar ve sinyal üreteçleri bulunur. Dijital integrated circuit çeşitleri çok fazladır; küçük ölçekli entegre devrede çeşitli kapı devreleri bulunur; orta ölçekli entegre devre veri seçiciler, kodlayıcı-kod çözücüler, tetikleyiciler, sayıcılar ve kayıt cihazları bulunur; büyük ölçekli veya çok büyük ölçekli entegre devrede ise PLD (programlanabilir mantık devreleri) ve ASIC (özel amaçlı entegre devre) bulunur.
Üretim sürecine göre sınıflandırma
Entegre devre, üretim teknolojisine göre yarı iletken integrated circuit ve ince film entegre devre olarak sınıflandırılabilir. İnce film integrated circuit ise kalın film integrated circuit ve ince film entegre devre olarak sınıflandırılır.
Entegrasyon derecesine göre sınıflandırma
Entegre devre, ölçeklerine göre şu şekilde sınıflandırılır: küçük ölçekli integrated circuit (SSI), orta ölçekli entegre devre (MSI), büyük ölçekli entegre devre (LSI), çok büyük ölçekli integrated circuit (VLSI) ve ultra büyük ölçekli integrated circuit (ULSI).
İletkenlik türüne göre sınıflandırma
Entegre devre, iletkenlik türüne göre bipolar integrated circuit ve unipolar integrated circuit olarak sınıflandırılabilir. Bipolar entegre devrein üretim süreci karmaşıktır ve güç tüketimi yüksektir; bu türün temsilcileri arasında TTL, ECL, HTL, LST-TL, STTL gibi türler bulunur. Unipolar integrated circuit üretim süreci basittir, güç tüketimi de daha düşüktür ve büyük ölçekli integrated circuit haline getirilmesi kolaydır; bu türün temsilcileri arasında CMOS, NMOS, PMOS gibi türler bulunur.
Kullanım amaçlarına göre sınıflandırma
Entegre devre, kullanım amaçlarına göre televizyonlar için integrated circuit, ses sistemleri için entegre devre, DVD oynatıcılar için integrated circuit, video kayıt cihazları için integrated circuit, bilgisayarlar (mikro bilgisayarlar) için integrated circuit, elektronik piyanolar için entegre devre, iletişim için integrated circuit, fotoğraf makineleri için integrated circuit, alarm sistemleri için integrated circuit ve çeşitli özel amaçlı entegre devre olarak sınıflandırılabilir.
Integrated Circuit (IC) yapısı: Yarı iletken çipler boyut olarak çok küçüktür. Ancak iç yapıları oldukça karmaşıktır; özellikle de en temel mikro birimleri olan on binlerce transistör. Aşağıda sizlerle paylaşacağımız konu, Integrated Circuit (IC) iç yapısıdır; bu yapı temel olarak aşağıdaki bölümlerden oluşur:
- Taban Malzemesi: integrated circuit (IC) genellikle silikon (Si) levhalarını taban malzemesi olarak kullanır. Bu malzeme, akımı etkin bir şekilde kontrol edebilen iyi yarı iletken özelliklere sahiptir. Silikon plakanın boyutu ve kalınlığı, yonganın tasarımında hayati öneme sahiptir ve yonganın performansını ve üretim sürecini etkiler.
- Yarı İletken Malzemeler: Silikonun yanı sıra, modern integrated circuit (IC) germanyum (Ge), galyum arsenit (GaAs) gibi diğer yarı iletken malzemeler de kullanılabilir. Bu malzemeler, belirli uygulamalarda daha iyi performans sağlar.
- Devre Kablo Düzeneği: Integrated Circuit (IC) içindeki devreler, farklı elektronik bileşenlerin (transistör, direnç, kondansatör gibi) metal tellerle birbirine bağlanmasıyla oluşturulur. Devre kablo düzeneğinde genellikle alüminyum veya bakır kullanılır; bu malzemeler,integrated circuit (IC) içinde karmaşık devre ağları oluşturarak sinyal iletimi görevini yerine getirir.
- Mantık Kapıları ve İşlevsel Birimler: Integrated Circuit (IC) temel yapı birimleri, mantık kapıları (örneğin ve kapısı, veya kapısı, değil kapısı vb.) ve çeşitli işlevsel birimlerdir (örneğin toplayıcı, çarpıcı, bellek vb.). Bu temel birimler birbirleriyle uyumlu çalışarak daha karmaşık hesaplama ve mantık işleme görevlerini yerine getirir.
- Paketleme integrated circuit (IC) tamamlandıktan sonra, kullanımı kolay bir forma paketlenir. Paketleme, sadece iç devreyi korumakla kalmaz, aynı zamanda dış cihazlarla bağlantı arayüzü de sağlar. Yaygın olarak kullanılan paketleme türleri arasında DIP (Çift Sıralı Dikey Paketi), SOIC (Küçük Boyutlu Entegre Paketi) ve QFN (Pinsiz Paketi) bulunur.
Çiplerin İşlevi ve Özellikleri
- Veri işleme çipleri, karmaşık hesaplama ve veri işleme görevlerini yerine getirebilir. Mikroişlemciler ve mikrodenetleyiciler en yaygın türlerdir ve bilgisayarlar, akıllı telefonlar ve gömülü sistemlerde yaygın olarak kullanılır.
- Kontrol fonksiyonlu çipler, diğer elektronik bileşenlerin çalışmasını kontrol edebilir. Örneğin, mikrodenetleyiciler genellikle ev aletleri, otomobiller ve endüstriyel ekipmanlarda kullanılır ve cihazların çalışmasını izlemek ve kontrol etmekten sorumludur.
- Depolama işlevli yongalar (RAM ve ROM gibi) veri ve programları depolamak için kullanılır. RAM, verileri geçici olarak depolamak için kullanılırken, ROM ise donanım yazılımını ve sistem önyükleme programlarını kalıcı olarak depolamak için kullanılır.
- Sinyal işleme dijital sinyal işlemcileri (DSP), ses, video ve diğer sinyalleri işlemek için özel olarak tasarlanmıştır ve ses ekipmanları, görüntü işleme ve iletişim sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.
- İletişim yongaları, Bluetooth, Wi-Fi ve mobil iletişim dahil olmak üzere kablosuz iletişimde kilit bir rol oynar. Verilerin kodlanması, kodunun çözülmesi ve iletilmesinden sorumludurlar.
- Algılama ve Ölçüm Sensör yongaları, ortamdaki değişiklikleri (sıcaklık, nem, ışık gibi) algılamak ve bu bilgileri diğer cihazların kullanımı için elektrik sinyallerine dönüştürmek amacıyla kullanılır.
- Güç Yönetimi Güç yönetimi yongaları, güç kaynağını düzenlemek ve dağıtmaktan sorumludur; cihazların farklı çalışma durumlarında enerji verimliliğini ve kararlılığını sağlar.
- Güvenlik İşlevleri Güvenlik yongaları, verileri şifrelemek ve şifresini çözmek için kullanılır; cihaz ve kullanıcı bilgilerinin güvenliğini korur; ödeme sistemleri ve kimlik doğrulamada yaygın olarak kullanılır.
- Bağlantı Yongaları, çeşitli arayüzler (USB, HDMI, Ethernet vb.) sağlayarak cihazların diğer cihazlara veya ağlara bağlanmasını ve veri alışverişi ile iletişimi gerçekleştirmesini sağlar.
- Gömülü Uygulamalar: Birçok yonga, otomotiv, tıbbi cihazlar, akıllı ev gibi alanlarda belirli işlevler ve hizmetler sunmak üzere gömülü sistemlerin bir parçası olarak tasarlanmıştır.
Yarı iletken mikro cihazlar olan entegre devre, karmaşık ve hassas bir iç yapıya sahiptir. Silikon yonga üzerine, yarı iletken malzemeler, devre kablolaması, mantık kapıları ve işlevsel birimlerin ustaca birleştirilmesiyle yüksek düzeyde entegre elektronik işlevler gerçekleştirilir. Bu mikro cihazlar, veri işleme, kontrol, depolama, sinyal işleme, iletişim, algılama ve ölçüm, güç yönetimi, güvenlik işlevleri ve bağlantı açısından kilit bir rol oynamakla kalmaz, aynı zamanda çeşitli gömülü uygulamalarda belirli hizmetler ve işlevler de sunar.
Entegre devre paketleme teknolojisi de aynı derecede önemlidir; bu teknoloji sadece iç devreleri korumakla kalmaz, aynı zamanda harici cihazlarla bağlantı için bir arayüz sağlar. Yaygın paketleme türleri arasında DIP, SOIC, QFN vb. bulunur.Integrated circuit teknolojisinin sürekli ilerlemesiyle birlikte, sektör yüksek hassasiyet ve yüksek entegrasyon yönünde gelişmektedir. Çin entegre devre sektörü, iç yapısının optimizasyonunu yaşamakta, tasarım aşaması hızla büyümekte ve üretim aşaması güçlü seyrini sürdürmektedir.
