מעגל משולב

מעגל משולב (לעיתים מכונה: שְׁבָב, ג'וק או צִ'יפּ, באנגלית: integrated circuit או IC), הוא מעגל חשמלי הממוזער עד למיקרונים ואף לעשרות ננומטרים, ומכיל בתוכו רכיבים אלקטרוניים רבים המבוססים על חומרים מוליכים למחצה, שמספרם יכול לנוע בין עשרות שבבים לוגיים פשוטים ועד לכמה מאות מיליונים כמו במעבדים מתקדמים.
המעגל המשולב הומצא על ידי ג'ק קילבי ב-1958 אשר זיכה אותו בפרס נובל לפיזיקה בשנת 2000 והאיץ את מהפיכת המזעור האלקטרוני שהחלה עם הופעת הטרנזיסטור כעשור לפני כן. למעגלים משולבים יתרונות רבים, כגון הממדים הקטנים, יעילות גבוהה והאפשרות לייצור המוני.
כיום, לאחר חצי מאה מאז הופעתם, חדרו השבבים לכל תחומי החיים. הם מהווים חלק חשוב ממכשירים אלקטרוניים רבים, כדוגמת מחשבים, טלפונים סלולריים ואף מוצרי צריכה ביתיים המכילים בתוכם מעגלים משולבים.

היסטוריה

הרעיון של מעגל משולב הוצע לראשונה בשנת 1952 על ידי מהנדס בשם ג'פרי דאמר שעבד ב"חברה המלכותית לאותות ורדארים" בבריטניה. אך רעיונותיו נראו בזמנו לא מציאותיים, לכן לא הצליח להשיג מימון ממשלתי או פרטי. 
המעגלים המשולבים הראשונים נוצרו בנפרד על ידי ג'ק קילבי בשנת 1959 (המעגל הראשון הזה כלל רק טרנזיסטור אחד ומספר מרכיבים אחרים על פרוסת גרמניום) ורוברט נוייס בשנת 1961 (זהו הצ'יפ הראשון שהיה עשוי צורן). 
הדור הראשון של מעגלים משולבים כלל עשרות בודדות של טרנזיסטורים, ולכן כונה SSI (Small-Scale Integration). מעגלים מדור זה היוו גורם חיוני במחשבים ששימשו את תוכנית אפולו. הביקוש הרב וההשקעות הממשלתיות הביאו להתפתחותה של טכנולוגיית המעגל המשולב ולירידה דרסטית במחירים של המעגלים - במהלך 3 שנים, מ־1960 עד 1963, ירד מחירו של מעגל בודד מ־1000 דולר עד 25 דולר.
השלבים הבאים בהתפתחותם של מעגלים משולבים היו MSI ‏(Medium-Scale Integration) בסוף שנות ה־60, הדור של מעגלים שכללו מאות טרנזיסטורים, ו־LSI (Large-Scale Integration) באמצע שנות ה־70, שלב שבו המעגלים היו מורכבים מעשרות אלפי רכיבים. בשנת 1971 יצרה אינטל את המיקרו-מעבד הראשון, Intel 4004, אשר כלל 2,300 טרנזיסטורים.
השלב הסופי בתהליך ההתפתחות של מעגלים משולבים, משנות ה־80 ועד ימינו, הוא VLSI ‏(Very-Large-Scale Integration). 
מאז, נעשו מספר ניסיונות להגדיל את מורכבותם של מעגלים משולבים. בשנות ה־80 המאוחרות מספר מהנדסים ניסו ליישם את טכניקת WSI ‏(Wafer-Scale Integration), כלומר, לשלב על פלטה אחת את כל הרכיבים של המחשב. אומנם ניסיונות אלה נכשלו, אך הם היוו בסיס לגישת ה-SOC (System-on-a-chip). לפי גישה זו, רכיבים שונים שנוצרו בנפרד וחוברו בעזרת מעגל מודפס, עתה מעוצבים על אותו השבב שכולל מרכיבים שונים.

סיווג ומורכבות

מעגלים משולבים מתחלקים למעגלים אנלוגיים, דיגיטליים ומעורבים (mixed signal), ויכולים לכלול מאחד עד מיליוני התקנים אלקטרוניים, כגון שערים לוגיים, פליפ פלופים ועוד. מגמת העלייה במורכבות המעגלים מתוארת בחוק מור, אשר גירסתו המודרנית קובעת כי כמות הרכיבים האלקטרוניים במעגל משולב מכפילה את עצמה כל 18 חודשים.

התפתחויות נוספות

בשנות ה-80 הופיעו מעגלים משולבים הניתנים לתכנות (FPGA) - כלומר, מעגלים אשר התפקידים הלוגיים שלהם יכולים להיקבע על ידי המשתמש, ולא על ידי מייצר המעגל.
הטכניקות המשוכללות, המשמשות לייצור מעגלים משולבים, קיבלו שימוש חדש בטכנולוגיית ה-MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), טכנולוגיה של יצירת מכונות מזעריות. ההתקנים המיוצרים בטכנולוגיה זו, בגודל מיקרומטרים ספורים ועד מילימטרים ספורים, נמצאים בימינו בשימוש צבאי ומסחרי רחב - למשל, במדפסות הזרקת דיו, מדי לחץ ותאוצה, מכשירי ניווט ועוד. MEMS, אשר עם הזמן מקטינה את ממדיה, מהווה, לדעת הרבים, שער לננוטכנולוגיה העתידית.
בשנת 1998, הושתל לראשונה שבב תת-עורי בבן אדם, כחלק מהניסוי השבב שימש לפתיחת דלתות והדלקת אורות.

הגנה משפטית

בשנת 1999 חוקק בישראל חוק להגנת מעגלים משולבים שבו ניתנת הגנה למעגלים משולבים. החוק אוסר על העתקה של טופוגרפיה תלת-ממדית של מעגל משולב, ובלבד שמדובר בטופוגרפיה מקורית, ללא הסכמת בעליה. זכות בלעדית זו קיימת למשך עשר שנים מיום תחילת ההפצה המסחרית של מעגלים הכוללים את הטופוגרפיה, או אם הטופוגרפיה נוצרה חמש שנים ויותר לפני ההפצה המסחרית, למשך חמש עשרה שנה מיום יצירתה.