Mikropiiri
Mikropiiri eli integroitu piiri (, IC) on elektroniikan puolijohdekomponentti, johon on integroitu suuri määrä aktiivisia (transistorit, diodit) ja usein myös passiivisia (vastus, kondensaattori) elektronisia komponentteja.
Tyypillisiä mikropiirejä ovat erilaiset vahvistimet, digitaalipiirit (mm. suorittimet ja mikroprosessorit), elektroniset muistit, ja sovelluskohtaiset mikropiirit, jotka on suunniteltu tiettyyn tarkoitukseen yhden laitevalmistajan tarpeisiin, esimerkiksi kännykän keskeiseksi osaksi.
Mikropiirit perustuvat puolijohdeilmiöön, transistoriin.
Nykyaikaisen mikropiirin aktiivisen osan koko on muutamasta neliömillimetristä muutamiin neliösenttimetreihin. Transistorien määrä niissä vaihtelee pienten mikrokontrollerien muutamista tuhansista aina modernien prosessoreiden useampaan miljardiin kappaleeseen.
Edellä mainitun aktiivisen elektronisen osan lisäksi mikropiiri sisältää koteloinnin ja liitosjohtimet eli pinnit, joilla se liitetään esimerkiksi piiri- tai emolevyyn. Mikropiirin ja piirilevyn väliin voidaan kytkeä mikropiirikanta, jolloin mikropiiri on helposti irrotettavissa. Useimpien yleisten pienten kaksirivisten (DIL) mikropiirien liitosjohtimien välinen etäisyys toisistaan on tuuman kymmenesosa eli 2,54 mm tai sen kerrannainen, rivien välinen etäisyys on 7,62 mm. Nykyisin piirit kiinnitetään piirilevyyn usein pintaliitostekniikalla juotosnystyjen avulla.
Geoffrey Dummer oli keksinyt mikropiirien konseptin, jota hän esitteli vuonna 1952. Keksintö ei kuitenkaan johtanut rahoitukseen tai valmistukseen.
12. syyskuuta vuonna 1958 Texas Instrumentsin Jack Kilby esitteli samalle sirulle integroituja vastuksia ja transistoria. Sirulla esiteltiin pienentämisen konseptia toteuttamalla integroitu oskillaattori.
Vuonna 1959 Fairchild Semiconductor kehitti valmistusmenetelmän Robert Noycen patentin pohjalta.
Ensimmäiset mikropiirit valmistettiin 1960-luvun alussa. Ne sisälsivät vain muutaman transistorin.
Kilbyn patenttihakemus jätettiin aikaisemmin kuin Noycen, mutta myönnettiin myöhemmin. Tämä johti oikeustaisteluun, jonka tuloksena mikropiirien valmistajat joutuivat maksamaan sekä Fairchild Semiconductorille että Texas Instrumentsille.
Mikropiirit valmistetaan lähes tasomaisina tuotteina alhaalta-ylös periaatteella ja kerros- ja monivaiheprosessina, massatuotantona ja hyvin valokuvausta muistuttavasti. Tuotanto on pitkälle automatisoitua. Valmistusprosessin tärkeimmät vaiheet ovat:
Näitä vaiheita toistetaan, kunnes haluttu rakenne on saavutettu.
Lopuksi valmis piikiekko muutetaan komponenteiksi:
Massatuotanto tarkoittaa, että yhdelle aiholle (15-30 cm:n halkaisijainen piikiekko) tehdään satoja mikropiirejä kerralla. Jokaisen mikropiirin jokaisen transistorin tietty kerros syntyy samalla prosessilla.
Mikropiirien kehitystä kuvaa muun muassa yhteen mikropiiriin sisältyvien transistorien määrä. Nämä sukupolvet ovat:
Muita merkittäviä vaiheita mikropiirien historiassa ovat olleet suurnopeuksiset mikropiirit (VHSIC; Very High Speed IC) 1980- luvulla ja galliumarsenidimikropiirit. Jälkimmäisillä mikropiirien nopeusalue on nostettu useisiin gigahertseihin.
1980-luvulta lähtien yksi kehityssuunta on ollut myös ohjelmoitavat logiikkapiirit kuten FPGA-piirit, joiden sisältämien yleiskäyttöisten logiikkaelementtien toiminnallisuus ja niiden väliset kytkennät voidaan ohjelmoida uudelleen. Tämän ansiosta ohjelmoitavalla logiikkapiirillä voi toteuttaa teoriassa minkä tahansa toiminnon siinä missä normaalin mikropiirin toiminnallisuutta ei voi muuttaa valmistuksen jälkeen.
Mikropiirit ovat korvanneet niitä edeltäneet erilliset puolijohdetransistorit, jotka taas ovat korvanneet niitä edeltäneet elektroniputket. Jokainen em. vaihe on merkinnyt:
Nykyaikaisen mikropiirin ja maailman ensimmäinen yleistietokone, 1940- luvun ENIAC:n vertailu antaa kuvaa muutoksen suuruudesta:
Mikropiirit ovat mahdollistaneet yhä monimutkaisempien elektronisten laitteiden tekemisen. Mikropiirien kehitys on muun muassa tietokoneiden, PC:iden ja kännyköiden takana. Kehitys on merkinnyt myös teknisen älykkyyden radikaalia, vallankumouksellista kasvua. Tekninen älykkyys mitattuna tietokoneen teho kertaa tietokoneiden määrä on noin 840 000-kertaistunut maailmassa vuodesta 1960 vuoteen 2000.