تصغير دوائر الاستحواذ: اكتشاف اللعبة للأجهزة الإلكترونية من الجيل التالي في عام 2025!

جدول المحتويات

الملخص التنفيذي: 2025 وثورة التصغير
الحالة الحالية للدوائر الاستحواذ: تقنيات القياس والتقنيات الرائدة
العوامل الرئيسية: ما الذي يدفع التصغير في دوائر الاستحواذ؟
التحديات الحرجة: التغلب على حواجز الهندسة والتصنيع
الابتكارات في المواد وعمليات التصنيع
توقعات السوق 2025–2030: توقعات النمو وفرص العائدات
الغوص العميق في القطاع: الأجهزة الطبية، إنترنت الأشياء، التطبيقات السيارات والطيران
اللاعبون الرئيسيون والتعاون الاستراتيجي (المصادر: ti.com، analog.com، ieee.org)
الاتجاهات واللوائح التنظيمية التي تشكل التصغير (المصادر: ieee.org، asme.org)
المستقبل: التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المدمرة التي يجب مراقبتها
المصادر والمراجع

الملخص التنفيذي: 2025 وثورة التصغير

تعد سنة 2025 نقطة محورية في تطور هندسة تصغير دوائر الاستحواذ، مع تقدم كبير يعيد تعريف حدود تكامل المستشعرات، ودقة البيانات، وحجم الأجهزة عبر العديد من القطاعات. مدفوعًا بالطلب المتزايد على الإلكترونيات المدمجة وذات الكفاءة في استهلاك الطاقة في الأجهزة القابلة للارتداء، والتشخيصات الطبية، وإنترنت الأشياء الصناعية، والأنظمة الذاتية، يقوم القادة في الصناعة والمبتكرون بتسريع وتيرة التصغير من خلال استغلال مواد جديدة، وتعبئة متطورة، وتقنيات التكامل غير المتجانسة.

المفتاح في هذه الثورة هو انتشار حلول نظام في الحزمة (SiP) وتقنيات التكامل ثلاثي الأبعاد، التي تسمح بتكديس وتعبئة المكونات التناظرية، والمحولات التناظرية-رقمية، ووحدات التحكم الدقيقة في أشكال أصغر بشكل متزايد مع تقليل خسائر الأداء. على سبيل المثال، Texas Instruments Incorporated تواصل دفع التقدم في دوائر الاستحواذ التناظرية المصغرة من خلال تقنيات تعبئة الشرائح على مستوى الرقاقة (WCSP) وحلول الواجهة التناظرية المدمجة، مما يسهل استحواذ البيانات للأجهزة المحمولة والقابلة للزرع.

وفي الوقت نفسه، تمكّن اعتماد عقد CMOS المتقدمة (حتى 5 نانومتر وأقل) من قبل شركات مثل شركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات (TSMC) من تحقيق كثافة تكامل غير مسبوقة لدوائر الاستحواذ. يسمح تصغير الترانزستورات بوجود محولات تناظرية-رقمية عالية السرعة، ومضخمات منخفضة الضوضاء، وكتل معالجة الإشارات الرقمية في حلول شريحة واحدة، مما يقلل بشكل كبير من الأبعاد السلبية والاستهلاك الكهربائي.

تشهد القطاعات الطبية والبيوألكترونية زيادة في دوائر الاستحواذ ASIC ذات عدد القنوات العالي المصغرة. على سبيل المثال، تقدم Intan Technologies حلول رقاقة ميكروية تدعم استحواذ بيانات عصبية وإلكتروديات كبيرة النطاق مع أحجام مناسبة للاستخدام في زرعات طبية والأجهزة القابلة للارتداء، مما يمكّن من نماذج جديدة في مراقبة الصحة المستمرة وواجهات الدماغ مع الكمبيوتر.

مع التطلع إلى السنوات القليلة القادمة، من المتوقع أن تتسارع trajectory التصغير مع اعتماد مواد جديدة مثل السليكون الألمانيوم ونيتريد الغاليوم لتضخيم الواجهة ومعالجة الإشارات، مما يعد بمزيد من التخفيضات في الحجم واستهلاك الطاقة بينما يحسن الاستجابة الترددية. تشير الطرق الصناعية أيضًا إلى استخدام أكبر للتكامل غير المتجانس، حيث يتم تعبئة مستشعرات MEMS، ومكونات RF، ودوائر الاستحواذ على ركيزة واحدة. شركات مثل STMicroelectronics في طليعة ذلك، وتتقدم في تقنيات التكامل المتعدد والمساحة على مستوى الرقاقة لنماذج الاستشعار من الجيل التالي.

باختصار، تمثل سنة 2025 لحظة فارقة في هندسة تصغير دوائر الاستحواذ، مع استثمار قوي في الصناعة واختراقات تقنية تهيئ الساحة لمزيد من التقدم العميق في السنوات القادمة.

الحالة الحالية للدوائر الاستحواذ: تقنيات القياس والتقنيات الرائدة

تعد دوائر الاستحواذ، الأساسية لتحويل الإشارات التناظرية إلى بيانات رقمية في المستشعرات والأنظمة الإلكترونية الحديثة، تشهد تصغيرًا سريعًا، مما يحول كل من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية. في عام 2025، التركيز ينصب على تقليل الحجم واستهلاك الطاقة مع الحفاظ على دقة عالية وعرض نطاق ترددي. هناك عدة تقنيات قياس وشركات رائدة تشكل هذا المشهد.

في صميم جهود التصغير توجد محولات تناظرية-رقمية (ADCs) متقدمة ودارات أمامية منخفضة الضوضاء. Analog Devices, Inc. أصدرت AD4134، وهو ADC بتقنية سيغما دلتا بقدرة منخفضة، عالية الدقة، مع حزمة LFCSP مدمجة تستهدف وحدات الاستشعار الطبية والصناعية، مما يوضح كيف أن الابتكارات في التكامل والتعبئة تخفض حجم الدوائر. وبالمثل، تواصل Texas Instruments دفع الحدود باستخدام محولات التسجيل التقريبية المتتالية (SAR)، والتي تتميز بحزم WQFN الصغيرة للغاية ومضخمات قابلة للبرمجة مدمجة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في التطبيقات المحمولة والمحدودة المساحة.

يُعد استخدام عقد عمليات CMOS المتقدمة ممكنًا رئيسيًا للتصغير. تدمج STMicroelectronics دوائر استحواذ البيانات عالية الأداء ضمن خط ميكروكنترولات STM32، مستفيدة من تقنيات العمليات 40 نانومتر و28 نانومتر لجمع استحواذ الإشارات، والمعالجة الرقمية، والاتصال اللاسلكي ضمن أحجام صغيرة – وهو أمر حاسم للأجهزة القابلة للارتداء وأجهزة إنترنت الأشياء الطرفية. تقدم NXP Semiconductors دوائر استحواذ كثيفة لمستشعرات رادار السيارات والأتمتة الصناعية، مع التركيز على حلول نظام في الحزمة (SiP) ونظام على شريحة (SoC) لتقليل الإلكترونيات المطلوبة لجمع بيانات متعددة القنوات.

تتطور أيضًا تعبئة أشباه الموصلات. استثمرت Infineon Technologies في حلول تعبئة الشرائح على مستوى الرقاقة (WLCSP) وتقنيات الشرائح المدمجة، مما يمكّن دوائر الاستحواذ من التثبيت مباشرة على الركائز أو داخلها، مما يقلل من الارتفاع والمساحة على اللوحة. في القطاع الطبي، تتعاون Medtronic وغيرها من الشركات المصنعة للأجهزة مع شركات أشباه الموصلات لتطوير دوائر الاستحواذ ASIC مخصصة للتشخيصات القابلة للزرع والمرتدية، حيث يكون التصغير أمرًا بالغ الأهمية.

Looking ahead, the next few years will see continued convergence of acquisition circuitry with wireless and AI accelerators—particularly for edge AI and health monitoring—pushed by market leaders and rising startups. As process nodes approach single-digit nanometers and heterogeneous integration matures, the acquisition circuitry miniaturization trend is poised to further accelerate, setting new benchmarks for power, size, and system intelligence integration across industries.

العوامل الرئيسية: ما الذي يدفع التصغير في دوائر الاستحواذ؟

استمرار تصغير دوائر الاستحواذ—التي تشمل واجهات تناظرية، محولات البيانات، ومكونات توجيه الإشارات—يتسارع في عام 2025، مدفوعًا بقوى متعددة عبر قطاعات المستهلكين والصناعة والرعاية الصحية. في مقدمة ذلك، الطلب المتزايد على الإلكترونيات عالية الأداء وذات الحجم الصغير في تطبيقات مثل الأجهزة القابلة للارتداء، مستشعرات IoT، والمركبات الذاتية. الدفع نحو تقليص حجم الشكل يدعمه تقدم في عقد أشباه الموصلات؛ على سبيل المثال، قد قامت Texas Instruments وAnalog Devices بإطلاق أسر جديدة من المحولات التناظرية-رقمية (ADCs) ومضخمات منخفضة الضوضاء (LNAs) باستخدام تقنيات CMOS وBiCMOS أدنى من 65 نانومتر، مما يمكّن من كثافات تكامل أعلى واستهلاك طاقة أقل لكل قناة.

عامل رئيسي آخر هو انتشار أنظمة متعددة القنوات وأجهزة استشعار متعددة. تتطلب منصات القيادة الذاتية الحديثة، على سبيل المثال، العشرات من قنوات استحواذ الإشارات عالية السرعة المعبأة في مساحات محدودة. تعرض الإصدارات الأخيرة من NXP Semiconductors وInfineon Technologies دوائر واجهة مستشعر متكاملة للغاية تجمع بين استحواذ الإشارات، الرقمنة، والمعالجة المسبقة في شريحة واحدة، مما يقلل بشكل كبير من مساحة PCB ويعقد النظام. وبالمثل، يقوم مبتكرو الأجهزة الطبية مثل Medtronic بنشر وحدات استحواذ مصغرة في أنظمة قابلة للزرع والارتداء، حيث تكون قيود حجم اللوحة والطاقة أمرًا حاسمًا.

من المحركات الأخرى هو زيادة التطبيقات المستندة إلى الذكاء الاصطناعي الطرفي وتعلم الآلة، والتي تحتاج إلى استحواذ بيانات عالي الدقة وفي الوقت الحقيقي في نقاط نهاية صغيرة وموزعة. تقوم شركات مثل STMicroelectronics وMicrochip Technology بدمج كتل استحواذ متقدمة ومكونات تناظرية قابلة للبرمجة مباشرة ضمن الميكروكونترولرات ونظم على الشريحة، مما يسهل تكامل مسار الإشارة وتقليل حجم النظام الإجمالي.

إنه مع التطلع، من المتوقع حدوث مزيد من التصغير مع اعتماد تقنيات التعبئة المتقدمة مثل التعبئة على مستوى الشرائح المدمجة (WLCSP) والتكامل ثلاثي الأبعاد. TSMC وAmkor Technology تقومان بتوسيع محفظتهما لدعم التكامل متعدد الشرائح ذات الكثافة العالية لوظائف التناظرية والمختلطة. سيمكن ذلك من إنشاء دوائر استحواذ أكثر كثافة وكفاءة في استهلاك الطاقة، والتي تعتبر ضرورية للجيل التالي من الأجهزة الذكية المتصلة. مع تلاقي هذه المحركات، تظل التوقعات لتصغير دوائر الاستحواذ قوية، مع استمرار الابتكار في تشكيل مشهد الإلكترونيات لسنوات قادمة.

التحديات الحرجة: التغلب على حواجز الهندسة والتصنيع

يدفع الاتجاه نحو تصغير دوائر الاستحواذ—الذي يعد أساسيًا للإلكترونيات من الجيل التالي، والأجهزة الطبية، ومستشعرات IoT—واجه تحديات هندسية وتصنيعية حاسمة في عام 2025 وفي المستقبل القريب. تكمن المشكلة الرئيسية في الحاجة إلى دمج وظائف استحواذ الإشارات المتزايدة التعقيد ضمن أحجام أصغر بشكل متزايد، دون المساس بدقة الإشارة، وكفاءة الطاقة، أو إمكانية التصنيع.

تعد واحدة من الحواجز الرئيسية هي توسيع نطاق المحولات التناظرية-رقمية (ADCs) ومكبرات الصوت الأمامية، التي غالبًا ما تكون أداؤها محدودًا بالضوضاء الحرارية، والقدرة السلبية، والتداخل مع تقليل حجم الخصائص. على سبيل المثال، Texas Instruments قد نشرت ملاحظات تقنية تتعلق بزيادة القابلية للتأثر بالضوضاء وتأثيرات التخطيط في وحدات ADC دقيقة، وهو تحدٍ يزداد مع انخفاض الأجهزة تحت عقد 28 نانومتر.

تعد إدارة الحرارة عقبة حرجة حيث ترتفع كثافات الطاقة في الدوائر المصغرة. تفيد Infineon Technologies أن التبديد الفعال للحرارة على مستوى الشريحة والتعبئة أصبح الآن عاملًا محددًا للأنظمة السريعة الاستحواذ، متطلبًا ابتكارات في كل من المواد ومعمارية التعبئة. هذه مسألة خاصة في القطاعات السيارات والصناعية، حيث تعظم البيئات القاسية القلق بشأن الموثوقية.

تعد تعقيد التوصيل تحديًا آخر، حيث يجب الحفاظ على سلامة الإشارة عبر قنوات الإدخال/الإخراج المعبأة بكثافة. تسلط STMicroelectronics الضوء على التقدم في الثقوب الموصلة بين السيليكون (TSVs) والتكامل متعدد الشرائح، لكنها تشير إلى أن العائد الإنتاجي والموثوقية على المدى الطويل لا تزال مصدر قلق، خاصةً بالنسبة لحزم الشرائح على مستوى الرقاقة.

علاوة على ذلك، مع تزايد إمكانية تضمين الدوائر المصغرة في الأجهزة القابلة للارتداء والزرع الطبية، تصبح التوافق البيولوجي والعملية التي تستخدم طاقة منخفضة للغاية أمرًا بالغ الأهمية. طورت Medtronic شرائح استحواذ ASIC مخصصة للأجهزة القابلة للزراعة، لكن الشركة تشير إلى أن البحث المستمر مطلوب لتحقيق توازن بين الحجم، حصاد الطاقة، ومتطلبات تنظيمية صارمة.

مع النظر إلى المستقبل، فإن الآفاق للتغلب على هذه التحديات واعدة ولكنها تتطلب حلولًا متعددة التخصصات. تستثمر الشركات الرائدة في أشباه الموصلات (مثل السليكون الألمانيوم، وGaN)، والتكامل ثلاثي الأبعاد، والتصميم الآلي المدعوم بالذكاء الاصطناعي لتحسين التخطيطات من حيث الأداء وقابلية التصنيع. ستكون التعاون بين مصانع المعالجة، ومختصي التعبئة، وموحدي الأنظمة أمرًا حاسمًا. مع زيادة الطلب العالمي على أنظمة الاستحواذ kleinere، وأكثر ذكاءً، وأكثر موثوقية، من المتوقع أن نرى السنوات القليلة القادمة عمليات تكرار سريعة واختراقات، على الرغم من التحديات المستمرة في العائد، والتكلفة، والموائمة.

الابتكارات في المواد وعمليات التصنيع

تعد دوائر الاستحواذ—الأنظمة الإلكترونية المسؤولة عن التقاط الإشارات التناظرية وتحويلها إلى بيانات رقمية—قد شهدت تقدمًا كبيرًا في التصغير، وذلك بفضل الابتكارات في المواد وعمليات التصنيع. مع دخول عام 2025، يشهد هذا القطاع تلاقيًَا بين توسيع نطاق أشباه الموصلات، التكامل غير المتجانس، والمواد الجديدة في الركائز لتحقيق دوائر استحواص أصغر، وأكثر كفاءة، وأعلى أداء عبر تطبيقات مثل الأجهزة الطبية، ومستشعرات الصناعية، والجيل الجديد من إنترنت الأشياء.

يعد التحسين المستمر لتقنية CMOS محركًا رئيسيًا. لا تزال شركات مثل TSMC وIntel تصنع في حبوب أقل من 5 نانومتر، حيث تدخل عقد 3 نانومتر في الإنتاج الضخم، والأبحاث تتقدم نحو 2 نانومتر وما بعده. تتيح هذه العقد الأكثر دقة الحصول على تكامل أكثر كثافة للمحولات التناظرية-رقمية (ADCs)، والمضخمات، والدوائر الأمامية، مما يقلل بشكل كبير من حجم الشرائح بينما يحسن كفاءة الطاقة—وهو مطلب أساسي لأنظمة الاستحواذ البيولوجية القابلة للارتداء والزرع.

ويعد اعتماد المواد الجديدة أمرًا حاسمًا أيضًا. على سبيل المثال، تقوم Samsung Electronics بتطبيق مواد القنوات ذات الحركة العالية، مثل السليكون الألمانيوم (SiGe) وثنائي الحلقات المعدنية الانتقالية، لتعزيز حركة الحامل وتقليل تيار التسرب في الواجهات التناظرية. تمكّن هذه المواد دوائر الاستحواذ لتعمل عند فولتات أقل مع أداء ضوضاء محسّن، وهو أمر حاسم لاكتشاف إشارات البيولوجية الحساسة واستحواذ البيانات الصناعية عالية السرعة.

تعمل التكامل غير المتجانس والتعبئة المتقدمة على ثورة التصغير بطريقة إضافية. قامت Amkor Technology وASE Group بتسويق التعبئة 2.5D و3D التي تسمح بتكديس الشرائح الخاصة بدوائر الاستحواذ مع وحدات الذاكرة والمعالجة في أحجام مضغوطة للغاية. يكتسب التعبئة على مستوى الرقاقة (FOWLP) زخمًا، مما يمكّن من اتصالات أكثر دقة وحلول نظام في الحزمة (SoP) التي تعمل على تبسيط تكامل دوائر الاستحواذ في الأجهزة الصغيرة مثل المستشعرات الذكية والشاشات القابلة للزرع.

تتجه النظرة المستقبلية للسنوات القادمة إلى استمرار الاستثمارات في الركائز المرنة والقابلة للتوافق البيولوجي، مثل البولي إيميد وباريلين C، التي تسهل تصنيع دوائر استحواذ فائقة الرقة للأجهزة القابلة للارتداء والابتلاع. تقوم شركات مثل DuPont بتطوير مواد دوائر مرنة تتحمل ظروف قاسية وتسمح بأشكال جديدة من الأجهزة. من المتوقع أن تنجح هذه التقدمات في تسريع نشر أنظمة استحواذ عالية الكثافة وغير مزعجة في الرعاية الصحية والمراقبة البيئية.

باختصار، فإن تقاطع المواد الجديدة، وتوسيع نطاق أشباه الموصلات، والتعبئة المبتكرة يدفعان تصغير دوائر الاستحواذ، مع وعد السنوات المقبلة بأن تكون الأنظمة أكثر تكاملاً، وكفاءة، وتنوعًا لمجموعة واسعة من التطبيقات الناشئة.

توقعات السوق 2025–2030: توقعات النمو وفرص العائدات

من المتوقع أن يشهد السوق العالمية لهندسة تصغير دوائر الاستحواذ نموًا قويًا بين عامي 2025 و2030، مدفوعاً بالطلب المتزايد على الإلكترونيات المدمجة وعالية الأداء في قطاعات مثل الأجهزة الطبية، السيارات، الاتصالات، والطيران. مع انتشار إنترنت الأشياء، وأجهزة مراقبة الصحة القابلة للارتداء، والأنظمة الذاتية، فإن الشركات المصنعة للمعدات الأصلية (OEMs) تعطي الأولوية لدوائر استحواذ بيانات مصغرة لإتاحة أجهزة أصغر وأكثر خفة وكفاءة في استهلاك الطاقة.

تسارع هذا الاتجاه مؤخرًا بفضل التقدم في تقنيات أشباه الموصلات—بما في ذلك تكامل الشرائح ثلاثية الأبعاد، والتعبئة المتقدمة، وهياكل نظام على شريحة (SoC)—وقد أطلقت شركات تصنيع الشرائح الرائدة مثل Texas Instruments وAnalog Devices محولات أمامية تناظرية صغيرة جداً (AFEs) ومحولات بيانات عالية الكثافة، والتي تعد مكونات أساسية في أنظمة الاستحواذ المصغرة للتطبيقات الطبية والصناعية. تعالج هذه الابتكارات التحدي المتمثل في دمج وظائف أكثر ضمن مساحة لوحة محدودة مع الحفاظ على الدقة وانخفاض استهلاك الطاقة.

يعتبر قطاع التكنولوجيا الطبية هو القطاع الأساسي الذي يغذي النمو. يعتمد تصغير أجهزة الاستشعار البيولوجية القابلة للارتداء والزرع، ومراقبات ECG/EKG، وأجهزة التصوير المحمولة بشكل كبير على دوائر الاستحواذ الصغيرة والصامتة والموفرة للطاقة. تستثمر شركات مثل Medtronic في الجيل التالي من الأجهزة القابلة للزرع، المدعوم من شرائح تناظرية مختلطة صغيرة تمكِّن من استحواذ بيانات صحية في الزمن الحقيقي وبدون أسلاك. وبالمثل، يقوم مصنّعو السيارات بدمج أنظمة المساعدة المتقدمة للسائقين (ADAS) وحلول الرصد داخل الكابينة باستخدام واجهات مستشعرات مصغرة من الموردين مثل NXP Semiconductors.

ومع النظرة المستقبلية، من المتوقع أن يستفيد السوق من زيادة اعتماد حلول التعبئة المتقدمة مثل التعبئة على مستوى الشرائح المدمجة (WLCSP) والتكامل غير المتجانس، التي يتم تعزيزها بواسطة رواد الصناعة مثل Amkor Technology. هذه التقنيات تسمح بتحقيق كثافة أكبر وتكامل وظيفي أكبر، مما يفسح المجال لمزيد من التخفيض في حجم الجهاز وتحسين الأداء.

من المتوقع أن ينمو قطاع هندسة تصغير دوائر الاستحواذ بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) في الأطراف الأعلى من أرقام فردية مرتفعة، مع توقعات وصول العائدات إلى عدة مليارات من الدولارات على مستوى العالم بحلول نهاية العقد. سيكون النمو قويًا بشكل خاص في منطقة آسيا والمحيط الهادئ، حيث تقوم المصانع الرائدة ومصنعي الإلكترونيات باستثمارات قوية في قدرات التعبئة والاختبار من الجيل التالي. مع تسارع الطلب على الأجهزة الذكية والمتصلة والمحمولة، تظل توقعات هندسة تصغير دوائر الاستحواذ إيجابية للغاية، مع توقع استمرار الابتكار في فتح فرص جديدة للعوائد عبر صناعات متنوعة.

الغوص العميق في القطاع: الأجهزة الطبية، إنترنت الأشياء، التطبيقات السيارات والطيران

يعد تصغير دوائر الاستحواذ اتجاهًا هندسيًا حيويًا عبر قطاعات مثل الأجهزة الطبية، إنترنت الأشياء، السيارات، والطيران، مما يدفع قدرات المنتجات التحويلية لعام 2025 وما بعده. يشمل هذا التصغير الواجهات التناظرية، والمحولات التناظرية-رقمية، وتوجيه الإشارات، والإلكترونيات المتعلقة بمواجهة المستشعرات، وكلها ضرورية لالتقاط بيانات دقيقة في أشكال متقلصة.

في قطاع الأجهزة الطبية، تساهم دوائر الاستحواذ المصغرة في تطور أجهزة مراقبة الصحة القابلة للارتداء والزرع. تشمل التطورات الأخيرة تعزيز نظام على شريحة (SoC) بواجهات أمامية مدمجة مع التشغيل اللاسلكي وكفاءة للطاقة منخفضة للغاية. على سبيل المثال، قد وسعت Texas Instruments محفظتها من الواجهات التناظرية المتكاملة الطبية، مما يمكّن الأجهزة مثل لاصقات ECG المحمولة من العمل لمدة أيام بتقنيات أقل من السنتيمتر. وبالمثل، تواصل Medtronic ابتكار أجهزة مراقبة قلبية زرعية مصغرة من خلال استخدام دوائر الاستحواذ ذات الفقد المنخفض وتقنيات الاتصال اللاسلكي.

في مجال إنترنت الأشياء، تعد كفاءة استهلاك الطاقة وتقليل الحجم من الأولويات. تقوم شركات مثل Analog Devices بإدخال شرائح استحواذ إشارة من الجيل التالي التي تستهلك طاقة أقل من الميلي وبتحجم أقل من 2×2 ملم، مما يسهل دمج أجهزة الاستشعار في الركائز المرنة والأقمشة القابلة للارتداء. تميل الاتجاهات نحو حلول استشعار + استحواذ في شريحة واحدة، كما يتضح من STMicroelectronics مع شرائح الاستشعار المدمجة التي تضم استحواذ البيانات، المعالجة الرقمية، والتواصل في شريحة واحدة.

يمكن القول إن صناعة السيارات هي واحدة من الصناعات الأكثر تعقيدًا حيث تلعب دورًا حيويًا. تعد دوائر الاستحواذ المصغرة حيوية في أنظمة المساعدة المتقدمة للسائقين (ADAS)، والليدار، والرصد داخل المقصورة. قامت NXP Semiconductors بتقديم وحدات ADC وAFEs من الدرجة المتطورة المصغرة صممت لتحمل اهتزاز وظروف حرارة شديدة، مع الحفاظ على سرعة عالية، واستحواذ إشارة منخفضة الضوضاء لوحدات الرادار والتصوير. تمكّن هذه الإنجازات من بناء بنى استشعار موزعة وأماكن مستشعرات أصغر وأكثر انضغاطًا في جميع أنحاء السيارات.

في تطبيقات الطيران، حيث تكون الوزن، والحجم، والموثوقية على المحك، تعد دوائر الاستحواذ المصغرة ضرورية للأنظمة الإلكترونية الموزعة وحمولات الأقمار الصناعية. تقوم شركات Renesas Electronics وMicrochip Technology بتطوير دوائر استحواذ صلبة من الإشعاع وصغيرة الحجم مخصصة للفضاء والطائرات، مما يمكّن من تكوين مصفوفات حساسة كثيفة في الأقمار الصناعية والطائرات بدون طيار.

مع التطلع إلى المستقبل، من المتوقع حدوث مزيد من التقدم بين عامي 2025 و2028 بسبب عمليات جديدة في أشباه الموصلات (مثل 22 نانومتر وأقل)، والتكامل ثلاثي الأبعاد، والتعبئة المتقدمة. ستمكّن هذه العمليات من تحقيق مزيد من الكثافة الوظيفية الأعلى، واستهلاك الطاقة الأدنى، وتحسين التوافق مع الموجات الكهرومغناطيسية. من المتوقع أن يسهل تلاقي التصغير مع معالجة الذكاء الاصطناعي في النهاية أكبر وأذكى وأكثر كفاءة في تصميم حلول الاستحواذ عبر جميع القطاعات.

اللاعبون الرئيسيون والتعاون الاستراتيجي (المصادر: ti.com، analog.com، ieee.org)

مع زيادة الطلب على أنظمة استحواذ بيانات مدمجة وعالية الأداء—التي تحركها التطبيقات في الأجهزة الطبية، والأتمتة الصناعية، والذكاء الاصطناعي الطرفي—تتسارع الشركات الكبرى في مجال التصغير لتسريع الابتكار وإقامة شراكات استراتيجية. بحلول عام 2025، تشكل جهود الشركات المثبتة، والشركات الناشئة بدون مصانع، والشراكات عبر القطاعات مشهد الصناعة.

تعتبر Texas Instruments (TI) في طليعة هذا المجال، مستفيدة من محفظتها الواسعة من الحلول التناظرية وعمليات CMOS المتقدمة لدفع حدود التصغير. تُظهر إصدار أحدث محولات التناظرية-رقمية (ADCs) ووحدات الواجهة، مثل ADS127L11، تقليلًا كبيرًا في الحجم واستهلاك الطاقة دون المساس بالدقة، مما يمكّن من دمجها في أنظمة محمولة وقابلة للارتداء. يتيح تركيز TI على تقنيات نظام في الحزمة (SiP) تكاملًا أكثر إحكامًا لتصفية البيانات واستحواذها وتحويلها في حجم مُقلص واحد. تسهم الشراكات الاستراتيجية مع مصنعي الأجهزة الطبية ومصنعي الروبوتات في تسريع تبني هذه الوحدات المصغرة في المنصات من الجيل التالي Texas Instruments.

تواصل Analog Devices دفع الابتكار من خلال تقنيات العزل الرقمية والتعبئة الميكروية الخاصة بها. في عام 2025، وسّعت Analog Devices تعاونها مع الشركات الرائدة في مجال الأتمتة الصناعية لتطوير دوائر استحواذ كمية صغيرة وعالية السرعة للاستخدام في وحدات تحكم الحافة والمستشعرات الذكية. يُعد AD4000-سلسلة المحولات التناظرية وسلاسل الإشارة المدمجة نموذجًا لتصوير الأداء العالي مع أحجام صغيرة، مما يدعم غالبًا دمج المستشعرات المتقدمة ومعالجة الذكاء الاصطناعي على الحافة. من المتوقع أن تؤدي الشراكة الاستراتيجية مع مزودي حلول IoT الرئيسيين إلى إنتاج رقائق الاستحواذ فائقة الصغر وذات كفاءة في استهلاك الطاقة لشبكات الاستشعار الموزعة خلال السنوات القليلة القادمة Analog Devices.

يتجلى التعاون الواسع عبر الصناعة من خلال المنظمات المعيارية مثل IEEE. لعبت جمعية IEEE للاستشعار والقياس دورًا حيويًا في توحيد الواجهات والتوافق للعمل على دوائر الاستحواذ المصغرة، مما يعزز التوافق عبر البائعين ويسرع نمو النظام البيئي. في الآونة الأخيرة، ركزت مجموعات العمل IEEE على توضيح البروتوكولات والأساليب الاختبارية للدوائر الاستحواذ المرئية المستهدفة لمجالات الرعاية الصحية والـ IoT. يضمن هذا المحافظة أن التقدم في التصغير يترجم إلى حلول عملية ومعتمدة على نطاق واسع IEEE.

مع النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تسهم المشاريع المشتركة بين قادة أشباه الموصلات، ومصنعي المستشعرات، وصناعات المستخدمين النهائيين في دفع مزيد من الاختراعات في تدوير الشرائح، والتكامل غير المتجانس، والتعبئة المتقدمة—مثل البيئات المصغرة المخصصة للتصوير المرئي في بيانات عصر البيانات الجديد.

الاتجاهات واللوائح التنظيمية التي تشكل التصغير (المصادر: ieee.org، asme.org)

يتطور المشهد التنظيمي لتصغير دوائر الاستحواذ بسرعة حيث تدفع تقدم الهندسة حدود حجم الجهاز والتكامل والأداء. في عام 2025، تركز الهيئات المتخصصة والمنظمات المهنية بشكل متزايد على ضمان أن الأنظمة الإلكترونية المصغرة—مثل تلك المستخدمة في الأجهزة الطبية، والطيران، ومستشعرات IoT الصناعية—تفي بمتطلبات الدقة والأمان والتوافق الصارمة.

كانت IEEE في طليعة توحيد المنهجيات التصميم والاختبار الإلكترونية. تم تحديث سلسلة IEEE 1149 لمعايير الفحص والاختبار المدمجة—التي تم تطويرها في الأصل للـ PCBs الكبيرة—لعلاج تحديات الدوائر المصغرة والمركبة بشدة حيث يصبح الاختبار الديناميكي غير عملي. تركز مجموعات العمل IEEE الجديدة حاليًا على بروتوكولات الشرائح، وتكديس الدوائر 2.5D/3D، والتعبئة المتقدمة، وجميعها ضرورية لـدوائر الاستحواذ المصغرة في الأجهزة الطرفية.

في وقت نفسه، يقوم ASME بتوسيع معاييره المتعلقة بالموثوقية الميكانيكية والحرارية للأنظمة الدقيقة. في 2024-2025، أصدرت ASME توجيهات جديدة للاستخدام في إدارة الحرارة والإجهاد الميكانيكي في الأنظمة الميكروإلكترو ميكانيكية (MEMS) والوحدات الاستشعارية المتقدمة—التي تُستخدم بشكل شائع في دوائر الاستحواذ المصغرة. من المتوقع أن تؤثر هذه الإرشادات على الإلمام بالموافقات التنظيمية، لا سيما بالنسبة للتطبيقات الحرجة في مجال الرعاية الصحية والطيران حيث لا يُعتبر فشل الأجهزة خيارًا.

تزداد تشديد اللوائح البيئية والسلامة أيضًا، خاصةً في الاتحاد الأوروبي وأمريكا الشمالية. يجب أن تتوافق دوائر الاستحواذ المصغرة الآن مع أحدث توجيهات RoHS وREACH، مما يدفع الشركات المصنعة إلى اعتماد مواد بديلة وعمليات تجميع صديقة للبيئة. لجنة تقييم البيئة IEEE تتعاون بنشاط مع الصناعة لتطوير مقاييس جديدة لتحليل دورة الحياة للمكونات الإلكترونية المصغرة، ومن المتوقع إصدار مسودات المعايير بحلول أواخر عام 2025.

التوافق: يعد التطوير المستمر من IEEE لمعايير التواصل اللاسلكي المنخفض الطاقة (مثل IEEE 802.15.4 لشبكات المستشعرات) ضروريًا لضمان إمكانية دمج دوائر الاستحواذ المصغرة بسلاسة في الأنظمة الأكبر دون تداخل كهرومغناطيسي أو عدم تطابق البروتوكول.
الموثوقية: من المحتمل أن تؤدي تركيز ASME على الاختبار الحياتي المعجل وتحليل الفشل للأنظمة الصغيرة إلى متطلبات شهادة أكثر صرامة لموردي الأجهزة على مدى السنوات القليلة القادمة.

مع التطلع إلى الأمام، من المتوقع أن يشكل تلاقي المعايير الميكانيكية والإلكترونية والبيئية نموذجًا آخر في تصغير دوائر الاستحواذ. من المتوقع أن يتم تعزيز التواؤم التنظيمي والتوافق الدولي—لا سيما بين IEEE وASME—لتسريع اعتماد الأنظمة المتطورة المدمجة عبر الأسواق العالمية حتى عام 2027.

المستقبل: التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المدمرة التي يجب مراقبتها

يتوقع أن يتسارع تصغير دوائر الاستحواذ بسرعة إلى عام 2025 وما بعده، بدافع من تقدم في تصنيع أشباه الموصلات، والتكامل غير المتجانس، وتصميم نظام على شريحة (SoC). الطلب المستمر على وحدات الاستشعار وتجميع البيانات الأكثر تكاملاً وذات الكفاءة العالية يمتد عبر قطاعات مثل الأجهزة الطبية، والمركبات الذاتية، والبنية التحتية اللاسلكية من الجيل التالي.

الكثير من هذه التقدمات تستند إلى الابتكارات في التعبئة المتقدمة، بما في ذلك التعبئة على مستوى الرقاقة (WLCSP) والتكديس ثلاثي الأبعاد. تتقدم شركة Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited (TSMC) تقنيات 3DFabric التي تتيح التكامل الرأسي للدوائر التناظرية والرقمية واللاسلكية، مما يقلل من أطوال الاتصالات ويقلل بشكل أكبر من أبعاد دوائر الاستحواذ. من المتوقع أن تتوسع هذه الأساليب إلى اعتماد تجاري أوسع خلال الفترة من 2025 إلى 2027، مما يسهل تطوير وحدات أكثر قدرات ووصغر حجمها لتطبيقات IoT والأجهزة الطبية القابلة للزرع وتطبيقات الطيران.

في المجال البيولوجي، تستفيد شركات مثل Medtronic plc من دوائر الاستحواذ المصغرة لتطوير مستشعرات ومحفزات قابلة للزرع بحجم صغير جدًا. من المتوقع أن تشهد السنوات المقبلة اختراقات جديدة في الدمج بين استحواذ البيانات، والاتصال عن بعد، وإدارة الطاقة في الزرعات الصغيرة تحت المليمترات، مما يوسع الإمكانيات في مراقبة المرضى وتحفيز الأعصاب.

مع النظر إلى المستقبل، يمثل تلاقي معالجة الذكاء الاصطناعي والتقنيات الخارجية اتجاهًا مدمراً يجب متابعته. تتعاون NVIDIA Corporation مع الشركاء في أشباه الموصلات لدمج معاجلات الذكاء الاصطناعي مباشرة بجانب دوائر الاستحواذ، مما يقلل من اختناقات نقل البيانات ويمكن من التحليلات الفورية ضمن أشكال مختصرة للغاية. مع اقتراب عقد التصنيع من نطاق 3 نانومتر وما بعده، ومع نضوج تكامل الشرائح والتكامل الكهربية، يُتوقع أن يظل تصغير دوائر الاستحواذ محفزًا أساسيًا للابتكارات المتدمرة عبر الصناعات.