Tip | Componentă electronică , circuit electronic |
---|
Materiale | Siliciu , arsenid de galiu , dopant ( in ) , aluminiu , cupru |
---|---|
Compus din | Matriță , pachet de circuite integrate ( în ) |
Datat | 1958 |
---|
Circuitul integrat ( IC ), numit și cip electronic , este o componentă electronică , bazată pe un semiconductor , care reproduce una sau mai multe funcții electronice mai mult sau mai puțin complexe, care adesea integrează mai multe tipuri de componente electronice de bază în un volum redus (pe o placă mică), făcând circuitul ușor de implementat.
Există o foarte mare varietate a acestor componente împărțite în două mari categorii: analogice și digitale .
În 1958 , americanul Jack Kilby a inventat primul circuit integrat, punând astfel bazele hardware-ului modern al computerului . Jack Kilby, care tocmai se alăturase companiei, a făcut descoperirea în timp ce colegii săi se bucurau de o vacanță organizată de Texas Instruments . La acea vreme, Kilby conectase pur și simplu diferiți tranzistori, conectându-i manual. Va dura doar câteva luni după aceea pentru a trece de la stadiul prototipului la producția în masă a cipurilor de siliciu care conțin mai mulți tranzistori. Aceste seturi de tranzistoare interconectate în circuite microscopice din același bloc, au permis realizarea amintirilor , precum și a unităților logice și aritmetice . Acest concept revoluționar s-a concentrat într-un volum incredibil de mic, un maxim de funcții logice, la care exteriorul a accesat prin conexiuni distribuite la periferia circuitului. Brevetul de invenție a fost în cele din urmă acordat Texas instrument în 1964. Această descoperire a câștigat Kilby un premiu Nobel în fizică în 2000 , în timp ce acesta din urmă a fost încă de pe placa de Texas Instruments și a avut loc mai mult de 60 de brevete în numele său.
Programul de rachete balistice Minuteman II a fost esențial pentru dezvoltarea economică a industriei circuitelor integrate. Este primul obiect produs în serie care a încorporat un computer conceput din acestea ( D-37C de la Autonetics), a fost, de asemenea, singurul consumator de acest tip de computer din 1962 până în 1967. Computerul a inclus circuite fabricate de Texas Instruments de tipuri DTL și DL. Singurul alt computer care a folosit această tehnologie a fost cel conceput pentru a controla misiunile Apollo , un computer care avea constrângeri similare în ceea ce privește masa și fiabilitatea.
Cele mai simple circuite integrate analogice pot fi tranzistoare simple încapsulate unul lângă celălalt fără conexiune între ele, până la ansambluri complexe care pot combina toate funcțiile necesare pentru funcționarea unui dispozitiv din care este singura componentă.
Cele amplificatoarele operaționale sunt din reprezentanți medii de complexitate a acestei mari familii în cazul în care vom găsi , de asemenea , componente electronice rezervate pentru înaltă frecvență și de telecomunicații . Multe aplicații analogice se bazează pe amplificatoare operaționale.
Cele mai simple circuite integrate digitale sunt porți logice ( și , sau și nu ), mai complexe sunt microprocesoare și mai dense sunt amintiri . Există multe circuite integrate dedicate aplicațiilor specifice (sau ASIC pentru aplicații specifice circuitului integrat ), în special pentru procesarea semnalului ( procesarea imaginii , compresia video etc.), atunci vorbim despre un procesor de semnal digital (sau DSP pentru procesorul de semnal digital ). O familie importantă de circuite integrate este cea a componentelor logice programabile ( FPGA , CPLD ). Aceste componente sunt conduse să înlocuiască porțile logice simple datorită densității lor mari de integrare.
Circuitele integrate sunt de obicei protejate într-o carcasă din plastic dreptunghiular (uneori ceramică) dreptunghiular negru. Circuitele integrate „clasice” sunt echipate pe 2 laturi opuse cu pini de conectare (numiți și picioare sau pini) care permit stabilirea conexiunilor electrice cu exteriorul carcasei. Aceste componente sunt lipite cu staniu („ lipit ” fiind un nume greșit) pe un circuit imprimat sau conectate, în scopul dezasamblării, în suporturi care sunt ele însele lipite pe un circuit imprimat. Având nevoie de miniaturizare, pinii au fost reduși la suprafețe simple de conectare direct la carcasă, permițând montarea pe suprafață a plăcii cu circuite imprimate (carcase SMD ).
Pe carcasă se poate imprima: sigla producătorului, o referință care identifică componenta, un cod corespunzător variantelor sau revizuirilor, data fabricației (4 cifre codate AASS: an și săptămână). Progresul integrării este astfel încât circuitele integrate pot deveni foarte mici. Mărimea lor depinde cu greu de capacitatea carcasei de a disipa căldura produsă de efectul Joule și, foarte des de numărul, dimensiunea pinilor de ieșire ai circuitului, precum și distanța acestora.
Diferitele tipuri de pachete fac posibilă adaptarea circuitului integrat la mediul său de destinație.
Există multe alte tipuri:
Matrița este partea elementară, în formă dreptunghiulară, reproducerea identică folosind o matriță pe o plachetă de siliciu în timpul fabricației. Corespunde unui circuit integrat care va fi apoi tăiat și care va fi numit chip înainte de a fi încapsulat pentru a da un circuit integrat complet, gata pentru a fi montat pe un card.
Matrița de un circuit integrat cuprinde, în forme miniaturizat, în principal , tranzistori , diode , rezistențe , condensatori , mai rar inductoare , deoarece acestea sunt mai greu de miniaturizat.
Integrarea la scară definește numărul de porți logice pe unitate:
Numele de familie | Sens | Anul lansării | Număr de tranzistoare | Numărul de porți logice pe cutie |
---|---|---|---|---|
SSI | integrare la scară mică | 1964 | 1 la 10 | 1 la 12 |
MSI | integrare la scară medie | 1968 | 10 la 500 | 13 la 99 |
LSI | integrare pe scară largă | 1971 | 500 - 20.000 | 100 - 9.999 |
VLSI | integrare la scară foarte mare | 1980 | 20.000 la 1.000.000 | 10.000 - 99.999 |
ULSI | integrare la scară largă | 1984 | 1.000.000 și peste | 100.000 și peste |
Aceste distincții și-au pierdut treptat utilitatea odată cu creșterea exponențială a numărului de porți. Astăzi, câteva sute de milioane de tranzistoare (câteva zeci de milioane de porți) reprezintă o cifră normală (pentru un microprocesor sau un circuit grafic de înaltă calitate). Pentru a atinge astfel de niveluri de integrări, se folosește un flux complex de proiectare .
Fabricarea unui circuit integrat este un proces complex a cărui tendință este de a deveni din ce în ce mai complicată.
Materia primă de bază utilizată de obicei pentru fabricarea circuitelor integrate este siliciu , cu toate acestea, alte materiale sunt uneori utilizate, cum ar fi germaniu sau arsenidă de galiu .
Siliciu este utilizat de la descoperirea efectului tranzistorului în 1947 de către cercetătorii de la Bell Laboratory au primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1956 pentru această descoperire.
Siliciul este un semiconductor sub forma sa cristalină . Acest material trebuie să fie pur 99,99%.
În primul rând, se realizează o bară cilindrică de siliciu cristalizând-o foarte lent. Această bară este apoi tăiată pentru a fi utilizată sub formă de napolitane cu grosimea de 100 până la 800 μm și având un diametru de până la 300 mm , numită wafer (wafer, în engleză). O placă va sprijini multe circuite integrate.
Fotolitografia se referă la toate operațiile care fac posibilă delimitarea extensiei laterale a materialelor pe suprafața unui substrat semiconductor, a cărui structură este mai mult sau mai puțin bidimensională, deoarece se bazează pe stivuirea straturilor pe suprafața unui siliciu napolitane . Modelele vor deveni ulterior diferitele zone active ale componentelor electronice (exemplu: contact, golire etc.) sau joncțiunile dintre aceste componente. Acest proces este în prezent cel mai răspândit.
Etape de fabricațieNumărul de etape în fabricarea circuitelor integrate a crescut considerabil în ultimii 20 de ani. Poate ajunge la câteva zeci pentru anumite producții specializate. Cu toate acestea, există aproape întotdeauna aceeași serie de pași:
Cei mai importanți 20 de producători de circuite integrate din 2011 și cota lor de piață sunt ( turnătorii excluse):
Clasamentul 2011 |
Clasamentul 2010 |
Societate | Naționalitate / locație | Afaceri de vânzări (milioane de dolari USD) |
2011/2010 | Cota de piață |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1 | Intel Corporation (1) | Statele Unite | 49 685 | + 23,0% | 15,9% |
2 | 2 | Samsung electronic | Coreea de Sud | 29.242 | + 3,0% | 9,3% |
3 | 4 | Texas Instruments (2) | Statele Unite | 14 081 | + 8,4% | 4,5% |
4 | 3 | Toshiba Semiconductors | Japonia | 13 362 | + 2,7% | 4,3% |
5 | 5 | Tehnologia Renesas | Japonia | 11 153 | -6,2% | 3,6% |
6 | 9 | Qualcomm (3) | Statele Unite | 10.080 | + 39,9% | 3,2% |
7 | 7 | STMicroelectronics | Franța Italia | 9.792 | -5,4% | 3,1% |
8 | 6 | Hynix | Coreea de Sud | 8 911 | -14,2% | 2,8% |
9 | 8 | Tehnologie Micron | Statele Unite | 7 344 | -17,3% | 2,3% |
10 | 10 | Broadcom | Statele Unite | 7.153 | + 7,0% | 2,3% |
11 | 12 | Microaparate avansate | Statele Unite | 6.483 | + 2,2% | 2,1% |
12 | 13 | Infineon Technologies | Germania | 5.403 | -14,5% | 1,7% |
13 | 14 | Sony | Japonia | 5 153 | -1,4% | 1,6% |
14 | 16 | Freescale Semiconductor | Statele Unite | 4.465 | + 2,5% | 1,4% |
15 | 11 | Memoria Elpida | Japonia | 3 854 | -40,2% | 1,2% |
16 | 17 | NXP | Olanda | 3.838 | -4,7% | 1,2% |
17 | 20 | NVIDIA | Statele Unite | 3.672 | + 14,9% | 1,2% |
18 | 18 | Marvell Technology Group | Statele Unite | 3,448 | -4,4% | 1,1% |
19 | 26 | ON Semiconductor (4) | Statele Unite | 3423 | + 49,4% | 1,1% |
20 | 15 | Panasonic Corporation | Japonia | 3 365 | -32,0% | 1,1% |
Top 20 | 203.907 | 3,5% | 65,2% | |||
Toate celelalte companii | 108.882 | -1,1% | 34,8% | |||
TOTAL | 312 789 | 1,9% | 100,0% |
Sursa: IHS iSuppli 2011
Note:
Principalele companii de producție de circuite integrate prezente în Franța sunt:
Este nevoie de o cantitate considerabilă de materie primă pentru a fabrica un cip: rucsacul ecologic (care reprezintă cantitatea de materii prime necesare fabricării produsului) cu un cip electronic de 0,09 g de 20 kg .
„Chiar și în cadrul companiilor care produc atât produse analogice, cât și digitale ...”