מיקרואלקטרוניקה
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
מיקרואלקטרוניקה היא תחום באלקטרוניקה, העוסק בתכנון ובייצור מעגלים אלקטרוניים מזעריים. מעגלים אלקטרוניים הינם מעגלים חשמליים העובדים בזרמים ומתחים נמוכים ונקראים גם מעגלי זרם חלש.
תוכן עניינים |
[עריכה] היסטוריה
תחילתו של תחום המיקרואלקטרוניקה בהמצאת הטרנזיסטור, שהחליף את שפופרות הריק ששימשו עד אז בתעשיית האלקטרוניקה. הטרנזיסטור התבסס על שימוש בחומרים הנקראים מוליכים למחצה, בעלי תכונות הולכה הנעות בין חומרים מוליכים לבין חומרים מבודדים. ניתן לקבוע תכונות אלו בזמן תהליך הייצור ולשלוט עליהן (עד למידה מסוימת) בזמן הפעלת המעגל.
מידותיו המזעריות של הטרנזיסטור איפשרו הקטנה משמעותית בגודלם הפיזי של מעגלים חשמליים שהיו בשימוש אז. כמו כן, התפתחו שיטות הייצור של הטרנזיסטור לכדי שיטות של ייצור המוני (mass production) בעלות נמוכה. כתוצאה מכך, הפך הטרנזיסטור לרכיב זול ונפוץ מאד, מה שאפשר תכנון וייצור של מעגלים אלקטרוניים מורכבים ומסובכים יותר ויותר, המתבססים על מספר גדל והולך של טרנזיסטורים.
פריצת הדרך הבאה בתור, הייתה התפתחות תהליכי הייצור, לכדי תהליכים המאפשרים לחבר מספר טרנזיסטורים ביחד עם רכיבים נוספים, כגון דיודות, קבלים ונגדים, למעגל אלקטרוני מזערי על גבי הפרוסה של המוליך למחצה שממנו מיוצר הטרנזיסטור. מעגלים אלה נקראו מעגלים משולבים (Integrated Circuits או בקיצור IC).
המעגלים המשולבים הראשונים היו מעגלים פשוטים יחסים, המונים עשרות עד מאות אחדות של טרנזיסטורים. מעגלים אלה נקראים כיום Small Scale Integrated Circuits או בקיצור SSI. עם התפתחות תעשיית המיקרואלקטרוניקה, גודלם הפיסי של הטרנזיסטורים הלך וקטן, בעוד שהמעגלים המיוצרים בשיטה זו (הנקראים גם רכיבים) הלכו והתרחבו וכללו מספר גדל והולך של טרנזיסטורים. כיום, רכיב מיקרואלקטרוניקה יחיד, כדוגמת מעבד, יכול להכיל מאות מיליוני טרנזיסטורים. רכיב כזה נקרא Very Large Scale Integrated Circuit או בקיצור VLSI. התפתחות כלי תכנון ממוחשבים (Computer Aided Design או בקיצור CAD), מאפשרת בתחילת המאה ה- 21 שילוב של מספר מעבדים (CPUs) והתקני מולטימדיה (לדוגמה, כרטיס קול וכרטיס מסך) ו/או התקנים אחרים על אותו רכיב VLSI.
בתחילת המאה ה-21, מדברים החוקרים על חומרים פלסטיים שישמשו כמוליך למחצה, אשר בתהליכי הדפסה יעוצבו להתקנים חשמלים או התקנים פולטי-אור. אלה, מן הסתם , לא יחליפו את הסיליקון בזמן הקרוב אלא יוסיפו תכונות וישומים נוספים כמו מסכים גמישים.
[עריכה] בישראל
בארץ היסטוריה של מיקרו-אלקטרוניקה קשורה למרכז הדרכה ומחקר אשר הוקם בשנת 1979 בטכניון על ידי פרופ'י.קדרון ופרופ' א.בר-לב
[עריכה] תהליך הייצור
תהליכי ייצור של רכיבי מוליכים למחצה מתבסס על מגוון רחב של תהליכים כימיים ואחרים, ביניהם פוטוליתוגרפיה, השתלות יונים ועיכול כימי המקנים לחומר תכונות שונות באזורים שונים שלו.
רוב הייצור הסדרתי כיום מתבסס על שימוש בפרוסות של סיליקון גבישי (wafers). בתום תהליך הייצור, מכילה כל פרוסה כזו מאות או אף אלפים של רכיבים זהים, שצורתם בדרך כלל מרובעת. רכיבים אלה מופרדים בתום התהליך על ידי חיתוך הפרוסה לאורך ולרוחב. כל מרובע כזה, המכיל רכיב אחד, נקרא die (באנגלית מטריצה או קוביה).
הרכיבי שהופרדו מהפרוסה עוברים תהליך שנקרא זיווד, שבסופו כל רכיב ארוז בתוך אריזה מחומר פלסטי או קרמי, שממנו נשלחים מוליכים לצורך חיבור הרכיב לתוך המעגל האלקטרוני. הרכיב הארוז נקרא שבב (Chip) והוא משמש להרכבת מעגלים מודפסים.
[עריכה] שימושים
רוב הטכנולוגיה הסובבת אותנו כיום מתבססת על המיקרואלקטרוניקה:
- המחשבים בנויים ברובם מרכיבים מיקרואלקטרוניים, גם החלקים המכניים, כגון דיסק קשיח, או האופטיים, כגון המסך, נשלטים על ידי רכיבים מיקרואלקטרוניים.
- בקרים רבים העוזרים לנו בחיינו היום יומים, הנמצאים במכונת כביסה וכלי רכב בנויים רובם ככולם כהתקנים מיקרואלקטרוניים.
- כל עולם הבידור הדיגיטלי, נגני MP3, טלפונים סלולריים, DVD, מצלמות דיגיטליות ורבים אחרים בנויים מהתקנים מיקרואלקטרוניים.
מעבר לשימושים אלה של המיקרואלקטרוניקה, משמשת הטכנולוגיה גם למימוש רכיבים המשלבים אלקטרוניקה עם תחומים שונים אחרים. כיום ניתן למצוא ישומים מחקריים ומסחריים בהם, על גבי הפרוסות, מומשו:
- רכיבים אלקטרו-אופטיים, לצרכי שידור וקליטה בתקשורת אופטית על קווי הסיבים האופטיים המאפשרים מהירויות תקשורת אדירות אך גם עבור דברים פשוטים יותר כמו שלט רחוק.
- רכיבים מיקרו-מכניים - רכיבים מכניים זעירים כמו למשל מערך מקבילי של מראות זעירות מתכווננות שמשמש למקרני וידאו, חיישנים שונים הממוקמים במדפסות הזרקת דיו, גלגלי כלי רכב (בהם הם מודדים לחץ אויר) ובמכשירים למדידת לחץ דם.
- רכיבים ביולוגיים (למשל לזיהוי DNA או אחוז חמצן בדם).
| חשמל | |
| מושגי יסוד | שדה חשמלי | מתח חשמלי | זרם חשמלי | התנגדות ומוליכות | עכבה | הספק | קיבול חשמלי | השראות | זרם ישר | זרם חילופין | חוק אוהם | מעגל חשמלי |
| רכיבים בסיסים | מוליך | מבודד | מקור מתח | מקור זרם | סוללה | נגד | קבל | משרן | שנאי | מתג |
| מכשירי מדידה | אוסצילוסקופ | אמפרמטר | אוהם-מטר | גלוונומטר | וולטמטר | רב מודד | מגר | מד השראות | מד קיבול |
| אלקטרוניקה | מוליך למחצה | דיודה | טרנזיסטור | טריודה | מעגל משולב | מעגל מודפס | שפופרת ריק | מיקרואלקטרוניקה |
| יחידות מידה | וולט | אמפר | פאראד | אוהם | ואט | קולון | הנרי | סימנס |
| זרם חזק | גנרטור חשמלי | מנוע חשמלי | תחנת כוח | מערכת חלוקה |
| בטיחות בחשמל | התחשמלות | לוח חשמל | ממסר פחת | הארקה | קצר חשמלי |
