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एकीकृत सर्किट

एक एकीकृत सर्किट (आईसी) एक अर्धचालक चिप है जो कैपेसिटर, डायोड, ट्रांजिस्टर और प्रतिरोधक जैसे कई छोटे घटकों को ले जाता है।इन छोटे घटकों का उपयोग डिजिटल या एनालॉग तकनीक की मदद से डेटा की गणना और भंडारण के लिए किया जाता है।आप IC को एक छोटी चिप के रूप में सोच सकते हैं जिसका उपयोग पूर्ण, विश्वसनीय सर्किट के रूप में किया जा सकता है।एक एकीकृत सर्किट एक काउंटर, ऑसिलेटर, एम्पलीफायर, लॉजिक गेट, टाइमर, कंप्यूटर मेमोरी या यहां तक ​​कि माइक्रोप्रोसेसर भी हो सकता है।

आईसी को आज के सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का मूलभूत निर्माण खंड माना जाता है।इसका नाम एक पतली, सिलिकॉन निर्मित अर्धचालक सामग्री में एम्बेडेड कई परस्पर जुड़े घटकों की एक प्रणाली का सुझाव देता है।

इंटीग्रेटेड सर्किट का इतिहास 

एकीकृत सर्किट के पीछे की तकनीक की शुरुआत 1950 में संयुक्त राज्य अमेरिका में रॉबर्ट नॉयस और जैक किल्बी द्वारा की गई थी।अमेरिकी वायु सेना इस नए आविष्कार का पहला उपभोक्ता था।जैक किल्बी ने लघु आईसी के आविष्कार के लिए 2000 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीता।

किल्बी के डिज़ाइन की शुरुआत के 1.5 साल बाद, रॉबर्ट नॉयस ने एकीकृत सर्किट का अपना संस्करण पेश किया।उनके मॉडल ने किल्बी के उपकरण में कई व्यावहारिक मुद्दों को हल किया।नॉयस ने अपने मॉडल के लिए सिलिकॉन का भी उपयोग किया, जबकि जैक किल्बी ने जर्मेनियम का उपयोग किया। 

रॉबर्ट नॉयस और जैक किल्बी दोनों को एकीकृत सर्किट में उनके योगदान के लिए अमेरिकी पेटेंट मिला।वे कई वर्षों तक कानूनी मुद्दों से जूझते रहे।अंततः, नॉयस और किल्बी दोनों कंपनियों ने अपने आविष्कारों को क्रॉस-लाइसेंस देने और उन्हें एक विशाल वैश्विक बाजार में पेश करने का निर्णय लिया।

इंटीग्रेटेड सर्किट के प्रकार

इंटीग्रेटेड सर्किट दो प्रकार के होते हैं.ये हैं:

1. एनालॉग आईसी

एनालॉग आईसी में लगातार परिवर्तनशील आउटपुट होता है, जो उन्हें मिलने वाले सिग्नल पर निर्भर करता है।सिद्धांत रूप में, ऐसे आईसी असीमित संख्या में राज्य प्राप्त कर सकते हैं।इस प्रकार के आईसी में, मूवमेंट का आउटपुट स्तर सिग्नल के इनपुट स्तर का एक रैखिक कार्य होता है।

रैखिक आईसी रेडियो-फ़्रीक्वेंसी (आरएफ) और ऑडियो-फ़्रीक्वेंसी (एएफ) एम्पलीफायर के रूप में कार्य कर सकते हैं।ऑपरेशनल एम्पलीफायर (ऑप-एम्प) वह उपकरण है जिसका उपयोग आमतौर पर यहां किया जाता है।इसके अलावा, तापमान सेंसर एक अन्य सामान्य अनुप्रयोग है।सिग्नल एक निश्चित मूल्य तक पहुंचने पर लीनियर आईसी विभिन्न उपकरणों को चालू और बंद कर सकता है।आप इस तकनीक को ओवन, हीटर और एयर कंडीशनर में पा सकते हैं। 

2. डिजिटल आईसी 

ये एनालॉग आईसी से अलग हैं।वे सिग्नल स्तरों की एक स्थिर सीमा पर काम नहीं करते हैं।इसके बजाय, वे कुछ पूर्व-निर्धारित स्तरों पर काम करते हैं।डिजिटल आईसी मूल रूप से लॉजिक गेट्स की मदद से काम करते हैं।लॉजिक गेट बाइनरी डेटा का उपयोग करते हैं।बाइनरी डेटा में सिग्नल के केवल दो स्तर होते हैं जिन्हें निम्न (तर्क 0) और उच्च (तर्क 1) के रूप में जाना जाता है।

डिजिटल आईसी का उपयोग कंप्यूटर, मॉडेम आदि जैसे अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में किया जाता है।

इंटीग्रेटेड सर्किट लोकप्रिय क्यों हैं?

लगभग 30 साल पहले आविष्कार होने के बावजूद, एकीकृत सर्किट का उपयोग अभी भी कई अनुप्रयोगों में किया जाता है।आइए उनकी लोकप्रियता के लिए जिम्मेदार कुछ तत्वों पर चर्चा करें: 

1. स्केलेबिलिटी 

कुछ साल पहले, सेमीकंडक्टर उद्योग का राजस्व अविश्वसनीय 350 बिलियन अमरीकी डालर तक पहुंच गया था।इंटेल का यहां सबसे बड़ा योगदान था।अन्य खिलाड़ी भी थे और इनमें से अधिकांश डिजिटल बाज़ार से संबंधित थे।यदि आप आंकड़ों पर नजर डालें तो पाएंगे कि सेमीकंडक्टर उद्योग द्वारा उत्पन्न 80 प्रतिशत बिक्री इसी बाजार से हुई थी।

इस सफलता में इंटीग्रेटेड सर्किट ने बड़ी भूमिका निभाई है.आप देखिए, सेमीकंडक्टर उद्योग के शोधकर्ताओं ने एकीकृत सर्किट, इसके अनुप्रयोगों और इसकी विशिष्टताओं का विश्लेषण किया और इसे बढ़ाया।

अब तक आविष्कार किए गए पहले आईसी में केवल कुछ ट्रांजिस्टर थे - विशिष्ट रूप से 5।और अब हमने इंटेल के 18-कोर ज़ीऑन को कुल 5.5 बिलियन ट्रांजिस्टर के साथ देखा है।इसके अलावा, आईबीएम के स्टोरेज कंट्रोलर के पास 2015 में 480 एमबी एल4 कैश के साथ 7.1 बिलियन ट्रांजिस्टर थे।

इस स्केलेबिलिटी ने इंटीग्रेटेड सर्किट की प्रचलित लोकप्रियता में एक बड़ी भूमिका निभाई है।

2. लागत

आईसी की लागत पर कई बहसें हुई हैं।पिछले कुछ वर्षों में, आईसी की वास्तविक कीमत के बारे में भी गलत धारणा रही है।इसके पीछे कारण यह है कि आईसी अब एक साधारण अवधारणा नहीं रह गई है।प्रौद्योगिकी बहुत तेज़ गति से आगे बढ़ रही है, और चिप डिजाइनरों को आईसी की लागत की गणना करते समय इस गति को बनाए रखना चाहिए।

कुछ साल पहले, आईसी की लागत की गणना सिलिकॉन डाई पर निर्भर करती थी।उस समय, चिप की लागत का अनुमान आसानी से डाई के आकार से निर्धारित किया जा सकता था।जबकि सिलिकॉन अभी भी उनकी गणना में एक प्राथमिक तत्व है, विशेषज्ञों को आईसी लागत की गणना करते समय अन्य घटकों पर भी विचार करने की आवश्यकता है।

अब तक, विशेषज्ञों ने आईसी की अंतिम लागत निर्धारित करने के लिए एक काफी सरल समीकरण तैयार किया है:

अंतिम आईसी लागत = पैकेज लागत + परीक्षण लागत + डाई लागत + शिपिंग लागत

यह समीकरण उन सभी आवश्यक तत्वों पर विचार करता है जो चिप के निर्माण में बहुत बड़ी भूमिका निभाते हैं।इसके अलावा, कुछ अन्य कारक भी हो सकते हैं जिन पर विचार किया जा सकता है।आईसी लागत का अनुमान लगाते समय ध्यान में रखने वाली सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि उत्पादन प्रक्रिया के दौरान कई कारणों से कीमत भिन्न हो सकती है।

साथ ही, विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान लिए गए किसी भी तकनीकी निर्णय का परियोजना की लागत पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है।

3. विश्वसनीयता

एकीकृत सर्किट का उत्पादन एक बहुत ही संवेदनशील कार्य है क्योंकि इसमें सभी प्रणालियों को लाखों चक्रों के दौरान लगातार काम करने की आवश्यकता होती है।बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र, अत्यधिक तापमान और अन्य परिचालन स्थितियाँ सभी आईसी संचालन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

हालाँकि, सही ढंग से नियंत्रित उच्च-तनाव परीक्षण के उपयोग से इनमें से अधिकांश समस्याएं समाप्त हो जाती हैं।यह कोई नया विफलता तंत्र प्रदान नहीं करता है, जिससे एकीकृत सर्किट की विश्वसनीयता बढ़ जाती है।हम उच्च तनावों के उपयोग के माध्यम से अपेक्षाकृत कम समय में विफलता वितरण भी निर्धारित कर सकते हैं।

ये सभी पहलू यह सुनिश्चित करने में मदद करते हैं कि एक एकीकृत सर्किट ठीक से काम करने में सक्षम है।

इसके अलावा, एकीकृत सर्किट के व्यवहार को निर्धारित करने के लिए यहां कुछ विशेषताएं दी गई हैं:

तापमान

तापमान में भारी अंतर हो सकता है, जिससे आईसी का उत्पादन बेहद मुश्किल हो जाएगा।

वोल्टेज।

उपकरण नाममात्र वोल्टेज पर काम करते हैं जो थोड़ा भिन्न हो सकता है।

प्रक्रिया

उपकरणों के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया विविधताएं थ्रेशोल्ड वोल्टेज और चैनल की लंबाई हैं।प्रक्रिया भिन्नता को इस प्रकार वर्गीकृत किया गया है:

• बहुत बहुत
• वेफर टू वेफर
• मरने के लिए मरो

इंटीग्रेटेड सर्किट पैकेज

पैकेज एक एकीकृत सर्किट के डाई को लपेटता है, जिससे हमारे लिए इससे जुड़ना आसान हो जाता है।डाई पर प्रत्येक बाहरी कनेक्शन सोने के तार के एक छोटे टुकड़े के साथ पैकेज पर एक पिन से जुड़ा हुआ है।पिन बाहर निकलने वाले टर्मिनल हैं जो चांदी के रंग के होते हैं।वे चिप के अन्य हिस्सों से जुड़ने के लिए सर्किट से गुजरते हैं।ये अत्यधिक आवश्यक हैं क्योंकि ये सर्किट के चारों ओर घूमते हैं और तारों और सर्किट के बाकी घटकों से जुड़ते हैं।

कई अलग-अलग प्रकार के पैकेज हैं जिनका उपयोग यहां किया जा सकता है।उन सभी में अद्वितीय माउंटिंग प्रकार, अद्वितीय आयाम और पिन संख्याएं हैं।आइए देखें कि यह कैसे काम करता है।

पिन गिनती

सभी एकीकृत सर्किट ध्रुवीकृत हैं, और प्रत्येक पिन कार्य और स्थान दोनों के संदर्भ में भिन्न है।इसका मतलब है कि पैकेज को सभी पिनों को एक दूसरे से इंगित करने और अलग करने की आवश्यकता है।अधिकांश आईसी पहला पिन दिखाने के लिए या तो एक बिंदु या एक पायदान का उपयोग करते हैं।

एक बार जब आप पहले पिन के स्थान की पहचान कर लेते हैं, तो जैसे-जैसे आप सर्किट के चारों ओर वामावर्त जाते हैं, बाकी पिन नंबर एक क्रम में बढ़ते जाते हैं।

बढ़ते

माउंटिंग पैकेज प्रकार की अनूठी विशेषताओं में से एक है।सभी पैकेजों को दो माउंटिंग श्रेणियों में से एक के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है: सतह-माउंट (एसएमडी या एसएमटी) या थ्रू-होल (पीटीएच)।थ्रू-होल पैकेज के साथ काम करना बहुत आसान है क्योंकि वे बड़े होते हैं।इन्हें सर्किट के एक तरफ फिक्स करने और दूसरी तरफ सोल्डर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

सरफेस-माउंट पैकेज छोटे से लेकर छोटे आकार तक विभिन्न आकारों में आते हैं।वे बॉक्स के एक तरफ लगे होते हैं और सतह पर सोल्डर होते हैं।इस पैकेज के पिन या तो चिप के लंबवत होते हैं, किनारे से बाहर की ओर निकले होते हैं, या कभी-कभी चिप के आधार पर एक मैट्रिक्स में सेट होते हैं।सरफेस-माउंट के रूप में एकीकृत सर्किट को भी असेंबल करने के लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है।

दोहरी इन-लाइन

डुअल इन-लाइन पैकेज (डीआईपी) सबसे आम पैकेजों में से एक है।यह एक प्रकार का थ्रू-होल आईसी पैकेज है।इन छोटे चिप्स में एक काले, प्लास्टिक, आयताकार आवास से लंबवत रूप से फैली हुई पिन की दो समानांतर पंक्तियाँ होती हैं।

पिनों के बीच लगभग 2.54 मिमी का अंतर होता है - ब्रेडबोर्ड और कुछ अन्य प्रोटोटाइप बोर्डों में फिट होने के लिए एक आदर्श मानक।पिन संख्या के आधार पर, डीआईपी पैकेज का समग्र आयाम 4 से 64 तक भिन्न हो सकता है।

पिनों की प्रत्येक पंक्ति के बीच का क्षेत्र डीआईपी आईसी को ब्रेडबोर्ड के केंद्र क्षेत्र को ओवरलैप करने में सक्षम बनाने के लिए रखा गया है।यह सुनिश्चित करता है कि पिनों की अपनी पंक्ति हो और वे छोटी न हों।

छोटे रूपरेखा

छोटे-आउटलाइन एकीकृत सर्किट पैकेज या एसओआईसी सतह-माउंट के समान हैं।यह एक DIP पर लगे सभी पिनों को मोड़कर और नीचे सिकोड़कर बनाया जाता है।आप इन पैकेजों को स्थिर हाथ और यहां तक ​​कि बंद आंख से भी इकट्ठा कर सकते हैं - यह इतना आसान है!

क्वाड फ्लैट

क्वाड फ़्लैट पैकेज चारों दिशाओं में पिन फैलाते हैं।क्वाड फ्लैट आईसी में पिनों की कुल संख्या एक तरफ आठ पिन (कुल 32) से लेकर एक तरफ सत्तर पिन (कुल 300+) तक कहीं भी भिन्न हो सकती है।इन पिनों के बीच लगभग 0.4 मिमी से 1 मिमी की जगह होती है।क्वाड फ्लैट पैकेज के छोटे वेरिएंट में लो-प्रोफाइल (एलक्यूएफपी), पतले (टीक्यूएफपी), और बहुत पतले (वीक्यूएफपी) पैकेज शामिल हैं।

बॉल ग्रिड सारणियाँ

बॉल ग्रिड एरेज़ या बीजीए सबसे उन्नत आईसी पैकेज हैं।ये अविश्वसनीय रूप से जटिल, छोटे पैकेज हैं जहां एकीकृत सर्किट के आधार पर दो-आयामी ग्रिड में सोल्डर की छोटी गेंदें स्थापित की जाती हैं।कभी-कभी विशेषज्ञ सोल्डर बॉल्स को सीधे डाई से जोड़ देते हैं!

बॉल ग्रिड एरेज़ पैकेज का उपयोग अक्सर रास्पबेरी पाई या पीसीडुइनो जैसे उन्नत माइक्रोप्रोसेसरों के लिए किया जाता है।