مصنوعات کی خصوصیات

 دستاویزات اور میڈیا

ماحولیاتی اور برآمدی درجہ بندی

 انٹیگریٹڈ سرکٹس

ایک انٹیگریٹڈ سرکٹ (IC) ایک سیمی کنڈکٹر چپ ہے جس میں بہت سے چھوٹے اجزاء جیسے capacitors، diodes، transistors اور Resistors ہوتے ہیں۔ان چھوٹے اجزاء کو ڈیجیٹل یا اینالاگ ٹیکنالوجی کی مدد سے ڈیٹا کا حساب لگانے اور ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔آپ آئی سی کو ایک چھوٹی چپ کے طور پر سوچ سکتے ہیں جسے ایک مکمل، قابل اعتماد سرکٹ کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ایک مربوط سرکٹس ایک کاؤنٹر، آسکیلیٹر، یمپلیفائر، لاجک گیٹ، ٹائمر، کمپیوٹر میموری، یا مائکرو پروسیسر بھی ہوسکتے ہیں۔

ایک IC کو آج کے تمام الیکٹرانک آلات کا بنیادی تعمیراتی بلاک سمجھا جاتا ہے۔اس کا نام ایک پتلی، سلکان سے بنے سیمی کنڈکٹر مواد میں سرایت کرنے والے متعدد باہم جڑے ہوئے اجزاء کا ایک نظام تجویز کرتا ہے۔

انٹیگریٹڈ سرکٹس کی تاریخ

مربوط سرکٹس کے پیچھے کی ٹیکنالوجی کو ابتدائی طور پر 1950 میں ریاستہائے متحدہ امریکہ میں رابرٹ نوائس اور جیک کِلبی نے متعارف کرایا تھا۔امریکی فضائیہ اس نئی ایجاد کی پہلی صارف تھی۔جیک کِلبی نے 2000 میں مائیٹورائزڈ آئی سی کی ایجاد پر فزکس کا نوبل انعام جیتا۔

Kilby کے ڈیزائن کے تعارف کے 1.5 سال بعد، رابرٹ نوائس نے انٹیگریٹڈ سرکٹ کا اپنا ورژن متعارف کرایا۔اس کے ماڈل نے کِلبی کے آلے میں کئی عملی مسائل کو حل کیا۔نوائس نے اپنے ماڈل کے لیے سلیکون کا بھی استعمال کیا جبکہ جیک کِلبی نے جرمینیم کا استعمال کیا۔

رابرٹ نوائس اور جیک کِلبی دونوں کو انٹیگریٹڈ سرکٹس میں شراکت کے لیے امریکی پیٹنٹ ملے۔وہ کئی سالوں تک قانونی مسائل سے لڑتے رہے۔آخر کار، Noyce اور Kilby دونوں کمپنیوں نے اپنی ایجادات کو کراس لائسنس دینے اور انہیں ایک بہت بڑی عالمی مارکیٹ میں متعارف کرانے کا فیصلہ کیا۔

انٹیگریٹڈ سرکٹس کی اقسام

انٹیگریٹڈ سرکٹس کی دو قسمیں ہیں۔یہ ہیں:

1. اینالاگ ICs

اینالاگ ICs میں مسلسل تبدیل ہونے والا آؤٹ پٹ ہوتا ہے، اس پر منحصر ہوتا ہے کہ وہ جو سگنل حاصل کر رہے ہیں۔نظریہ میں، اس طرح کے آئی سی لامحدود تعداد میں ریاستیں حاصل کر سکتے ہیں۔اس قسم کے آئی سی میں، نقل و حرکت کا آؤٹ پٹ لیول سگنل کے ان پٹ لیول کا ایک لکیری فنکشن ہوتا ہے۔

لکیری ICs ریڈیو فریکوئنسی (RF) اور آڈیو فریکوئنسی (AF) یمپلیفائر کے طور پر کام کر سکتے ہیں۔آپریشنل ایمپلیفائر (op-amp) وہ آلہ ہے جو عام طور پر یہاں استعمال ہوتا ہے۔اس کے علاوہ، درجہ حرارت سینسر ایک اور عام ایپلی کیشن ہے۔ایک بار جب سگنل کسی خاص قدر تک پہنچ جاتا ہے تو لکیری ICs مختلف آلات کو آن اور آف کر سکتے ہیں۔آپ کو یہ ٹیکنالوجی اوون، ہیٹر اور ایئر کنڈیشنرز میں مل سکتی ہے۔

2. ڈیجیٹل آئی سی

 یہ اینالاگ آئی سی سے مختلف ہیں۔وہ سگنل کی سطح کی مستقل حد پر کام نہیں کرتے ہیں۔اس کے بجائے، وہ کچھ پہلے سے طے شدہ سطحوں پر کام کرتے ہیں۔ڈیجیٹل آئی سی بنیادی طور پر لاجک گیٹس کی مدد سے کام کرتے ہیں۔منطق کے دروازے بائنری ڈیٹا استعمال کرتے ہیں۔بائنری ڈیٹا میں سگنلز کی صرف دو سطحیں ہیں جنہیں کم (منطق 0) اور اعلی (منطق 1) کہا جاتا ہے۔

ڈیجیٹل آئی سی کا استعمال وسیع پیمانے پر ایپلی کیشنز جیسے کمپیوٹر، موڈیم وغیرہ میں کیا جاتا ہے۔

انٹیگریٹڈ سرکٹس کیوں مقبول ہیں؟

تقریباً 30 سال پہلے ایجاد ہونے کے باوجود، مربوط سرکٹس اب بھی متعدد ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں۔آئیے ان کی مقبولیت کے ذمہ دار چند عناصر پر بات کرتے ہیں:

1. توسیع پذیری

کچھ سال پہلے، سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی آمدنی ناقابل یقین حد تک 350 بلین USD تک پہنچ گئی۔انٹیل یہاں سب سے بڑا تعاون کرنے والا تھا۔دوسرے کھلاڑی بھی تھے، اور ان میں سے زیادہ تر کا تعلق ڈیجیٹل مارکیٹ سے تھا۔اگر آپ نمبروں پر نظر ڈالیں تو آپ دیکھیں گے کہ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی طرف سے 80 فیصد سیلز اسی مارکیٹ سے ہوتی ہیں۔

انٹیگریٹڈ سرکٹس نے اس کامیابی میں بڑا کردار ادا کیا ہے۔آپ نے دیکھا، سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کے محققین نے انٹیگریٹڈ سرکٹ، اس کی ایپلی کیشنز، اور اس کی خصوصیات کا تجزیہ کیا اور اسے بڑھا دیا۔

اب تک کی ایجاد کردہ پہلی آئی سی میں صرف چند ٹرانزسٹر تھے – 5 مخصوص ہونے کے لیے۔اور اب ہم نے Intel کا 18-core Xeon دیکھا ہے جس میں کل 5.5 بلین ٹرانجسٹر ہیں۔مزید برآں، IBM کے سٹوریج کنٹرولر کے پاس 2015 میں 480 MB L4 کیشے کے ساتھ 7.1 بلین ٹرانجسٹر تھے۔

اس اسکیل ایبلٹی نے انٹیگریٹڈ سرکٹس کی مقبولیت میں بڑا کردار ادا کیا ہے۔

2. لاگت

آئی سی کی قیمت پر کئی بحثیں ہوئی ہیں۔کئی سالوں سے، آئی سی کی اصل قیمت کے بارے میں بھی غلط فہمی پائی جاتی رہی ہے۔اس کے پیچھے وجہ یہ ہے کہ آئی سی اب کوئی سادہ تصور نہیں ہے۔ٹیکنالوجی بہت تیز رفتاری سے آگے بڑھ رہی ہے، اور چپ ڈیزائنرز کو IC کی لاگت کا حساب لگاتے وقت اس رفتار کو برقرار رکھنا چاہیے۔

کچھ سال پہلے، آئی سی کے لیے لاگت کا حساب سیلیکون ڈائی پر انحصار کیا جاتا تھا۔اس وقت، ایک چپ کی لاگت کا تخمینہ آسانی سے ڈائی سائز سے لگایا جا سکتا تھا۔جبکہ سلکان اب بھی ان کے حسابات میں ایک بنیادی عنصر ہے، ماہرین کو IC لاگت کا حساب لگاتے وقت دوسرے اجزاء پر بھی غور کرنے کی ضرورت ہے۔

اب تک، ماہرین نے IC کی حتمی قیمت کا تعین کرنے کے لیے کافی آسان مساوات کا تخمینہ لگایا ہے:

حتمی IC لاگت = پیکیج لاگت + ٹیسٹ لاگت + مرنے کی قیمت + شپنگ لاگت

یہ مساوات ان تمام ضروری عناصر پر غور کرتی ہے جو چپ کی تیاری میں بہت بڑا کردار ادا کرتے ہیں۔اس کے علاوہ، کچھ اور عوامل ہوسکتے ہیں جن پر غور کیا جاسکتا ہے۔IC لاگت کا تخمینہ لگاتے وقت ذہن میں رکھنے کی سب سے اہم بات یہ ہے کہ پیداوار کے عمل کے دوران قیمت متعدد وجوہات کی بناء پر مختلف ہو سکتی ہے۔

نیز، مینوفیکچرنگ کے عمل کے دوران لیے گئے کسی بھی تکنیکی فیصلے کا پروجیکٹ کی لاگت پر اہم اثر پڑ سکتا ہے۔

3. وشوسنییتا

انٹیگریٹڈ سرکٹس کی تیاری ایک انتہائی حساس کام ہے کیونکہ اس کے لیے تمام سسٹمز کو لاکھوں چکروں کے دوران مسلسل کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔بیرونی برقی مقناطیسی میدان، انتہائی درجہ حرارت، اور دیگر آپریٹنگ حالات سبھی IC آپریشن میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔

تاہم، ان میں سے زیادہ تر مسائل کو صحیح طریقے سے کنٹرول شدہ ہائی اسٹریس ٹیسٹنگ کے استعمال سے ختم کر دیا جاتا ہے۔یہ کوئی نیا ناکامی میکانزم فراہم نہیں کرتا ہے، مربوط سرکٹس کی وشوسنییتا کو بڑھاتا ہے۔ہم زیادہ دباؤ کے استعمال کے ذریعے نسبتاً کم وقت میں ناکامی کی تقسیم کا تعین بھی کر سکتے ہیں۔

یہ تمام پہلو اس بات کو یقینی بنانے میں مدد کرتے ہیں کہ ایک مربوط سرکٹ صحیح طریقے سے کام کرنے کے قابل ہے۔

مزید برآں، مربوط سرکٹس کے رویے کا تعین کرنے کے لیے یہاں کچھ خصوصیات ہیں:

درجہ حرارت

درجہ حرارت کافی حد تک مختلف ہو سکتا ہے، جس سے IC کی پیداوار انتہائی مشکل ہو جاتی ہے۔

وولٹیج.

آلات برائے نام وولٹیج پر کام کرتے ہیں جو قدرے مختلف ہو سکتے ہیں۔

عمل

آلات کے لیے استعمال ہونے والے عمل کی سب سے اہم تغیرات تھریشولڈ وولٹیج اور چینل کی لمبائی ہیں۔عمل کی مختلف حالتوں کو درجہ بندی کیا گیا ہے:

• بہت سے لاٹ
• ویفر سے ویفر
• مرنا مرنا

انٹیگریٹڈ سرکٹ پیکجز

پیکج ایک مربوط سرکٹ کی ڈائی کو سمیٹتا ہے، جس سے ہمارے لیے اس سے جڑنا آسان ہوجاتا ہے۔ڈائی پر ہر بیرونی کنکشن کو سونے کے تار کے ایک چھوٹے سے ٹکڑے سے پیکیج پر ایک پن سے جوڑا جاتا ہے۔پن ایکسٹروڈنگ ٹرمینلز ہیں جو سلور رنگ کے ہیں۔وہ چپ کے دوسرے حصوں سے جڑنے کے لیے سرکٹ سے گزرتے ہیں۔یہ انتہائی ضروری ہیں کیونکہ یہ سرکٹ کے گرد گھومتے ہیں اور تاروں اور سرکٹ کے باقی اجزاء سے جڑ جاتے ہیں۔

یہاں کئی طرح کے پیکجز استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ان سب میں منفرد بڑھتے ہوئے اقسام، منفرد طول و عرض، اور پن شمار ہوتے ہیں۔آئیے ایک نظر ڈالتے ہیں کہ یہ کیسے کام کرتا ہے۔

پن گنتی

تمام مربوط سرکٹس پولرائزڈ ہیں، اور ہر پن فنکشن اور مقام دونوں کے لحاظ سے مختلف ہے۔اس کا مطلب ہے کہ پیکیج کو تمام پنوں کو ایک دوسرے سے اشارہ کرنے اور الگ کرنے کی ضرورت ہے۔زیادہ تر IC پہلے پن کو دکھانے کے لیے یا تو ڈاٹ یا نشان کا استعمال کرتے ہیں۔

ایک بار جب آپ پہلی پن کے مقام کی شناخت کر لیتے ہیں، تو باقی پن نمبر ایک ترتیب میں بڑھ جاتے ہیں جب آپ سرکٹ کے گرد گھڑی کی سمت جاتے ہیں۔

چڑھنا

ماؤنٹنگ پیکیج کی قسم کی منفرد خصوصیات میں سے ایک ہے۔تمام پیکجوں کو دو بڑھتے ہوئے زمروں میں سے ایک کے مطابق درجہ بندی کیا جاسکتا ہے: سطحی ماؤنٹ (SMD یا SMT) یا سوراخ کے ذریعے (PTH)۔تھرو ہول پیکجز کے ساتھ کام کرنا بہت آسان ہے کیونکہ وہ بڑے ہیں۔وہ ایک سرکٹ کے ایک طرف طے کرنے اور دوسرے میں سولڈر کرنے کے لئے ڈیزائن کیے گئے ہیں۔

سرفیس ماؤنٹ پیکجز مختلف سائز میں آتے ہیں، چھوٹے سے چھوٹے تک۔وہ باکس کے ایک طرف فکس ہوتے ہیں اور سطح پر سولڈرڈ ہوتے ہیں۔اس پیکج کے پن یا تو چپ پر کھڑے ہوتے ہیں، سائیڈ سے نچوڑے جاتے ہیں، یا کبھی کبھی چپ کی بنیاد پر میٹرکس میں سیٹ ہوتے ہیں۔سطحی ماؤنٹ کی شکل میں مربوط سرکٹس کو بھی جمع کرنے کے لیے خصوصی آلات کی ضرورت ہوتی ہے۔

دوہری ان لائن

ڈوئل ان لائن پیکیج (DIP) سب سے عام پیکجوں میں سے ایک ہے۔یہ ہول آئی سی پیکج کی ایک قسم ہے۔ان چھوٹے چپس میں پنوں کی دو متوازی قطاریں ہوتی ہیں جو عمودی طور پر سیاہ، پلاسٹک، مستطیل ہاؤسنگ سے باہر ہوتی ہیں۔

پنوں کے درمیان تقریباً 2.54 ملی میٹر کا فاصلہ ہے – ایک معیاری جو کہ بریڈ بورڈز اور چند دیگر پروٹو ٹائپنگ بورڈز میں فٹ ہونے کے لیے بہترین ہے۔پن کی گنتی پر منحصر ہے، DIP پیکج کے مجموعی طول و عرض 4 سے 64 تک مختلف ہو سکتے ہیں۔

پنوں کی ہر قطار کے درمیان کا علاقہ DIP ICs کو بریڈ بورڈ کے مرکز کے علاقے کو اوورلیپ کرنے کے قابل بنانے کے لیے رکھا گیا ہے۔یہ یقینی بناتا ہے کہ پنوں کی اپنی قطار ہے اور چھوٹی نہیں ہے۔

چھوٹی آؤٹ لائن

چھوٹے آؤٹ لائن انٹیگریٹڈ سرکٹ پیکجز یا SOIC سطحی ماؤنٹ کی طرح ہیں۔یہ تمام پنوں کو ایک DIP پر موڑنے اور اسے نیچے سکڑ کر بنایا جاتا ہے۔آپ ان پیکجوں کو مستحکم ہاتھ اور بند آنکھ سے بھی جمع کر سکتے ہیں – یہ اتنا آسان ہے!

کواڈ فلیٹ

کواڈ فلیٹ پیکجز پنوں کو چاروں سمتوں میں دکھاتے ہیں۔کواڈ فلیٹ IC میں پنوں کی کل تعداد ایک طرف کے آٹھ پنوں (کل 32) سے لے کر ایک طرف کے ستر پنوں (کل 300+) تک کہیں بھی مختلف ہو سکتی ہے۔ان پنوں کے درمیان تقریباً 0.4 ملی میٹر سے 1 ملی میٹر کی جگہ ہوتی ہے۔کواڈ فلیٹ پیکیج کی چھوٹی شکلیں کم پروفائل (LQFP)، پتلی (TQFP)، اور بہت پتلی (VQFP) پیکجوں پر مشتمل ہوتی ہیں۔

بال گرڈ اریے۔

بال گرڈ اری یا بی جی اے آس پاس کے سب سے جدید آئی سی پیکجز ہیں۔یہ ناقابل یقین حد تک پیچیدہ، چھوٹے پیکجز ہیں جہاں انٹیگریٹڈ سرکٹ کی بنیاد پر دو جہتی گرڈ میں ٹانکے کی چھوٹی چھوٹی گیندیں لگائی جاتی ہیں۔بعض اوقات ماہرین سولڈر بالز کو ڈائی سے جوڑ دیتے ہیں!

بال گرڈ اری پیکجز اکثر جدید مائیکرو پروسیسرز کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں، جیسے Raspberry Pi یا pcDuino۔