Type | Elektronisk komponent , elektronisk kredsløb |
---|
Materialer | Silicium , galliumarsenid , doteringsmiddel ( in ) , aluminium , kobber |
---|---|
Sammensat af | Die , integreret kredsløbspakke ( in ) |
Dateret | 1958 |
---|
Det integrerede kredsløb ( IC ), også kaldet elektronisk chip , er en elektronisk komponent , der er baseret på en halvleder , der gengiver en eller flere, elektroniske funktioner mere eller mindre komplekse, ofte integrere flere typer basale elektroniske komponenter i et reduceret volumen (på en lille plade), hvilket gør kredsløbet let at implementere.
Der er en meget bred vifte af disse komponenter opdelt i to brede kategorier: analog og digital .
I 1958 opfandt den amerikanske Jack Kilby det første integrerede kredsløb og lagde således grundlaget for moderne computerhardware . Jack Kilby, der lige var kommet ind i virksomheden, gjorde opdagelsen, mens hans kolleger nyder en ferie arrangeret af Texas Instruments . På det tidspunkt havde Kilby simpelthen forbundet forskellige transistorer sammen ved at koble dem i hånden. Det vil kun tage et par måneder derefter at bevæge sig fra prototypen scenen til masseproduktion af silicium -chips , der indeholder flere transistorer. Disse sæt transistorer, der er sammenkoblet i mikroskopiske kredsløb i den samme blok, tillod realisering af minder såvel som logiske og aritmetiske enheder . Dette revolutionerende koncept koncentreret i et utroligt lille volumen, et maksimalt antal logiske funktioner, som det udvendige tilgås til via forbindelser fordelt ved periferien af kredsløbet. Patentet blev endelig tildelt Texas Instrument i 1964. Denne opdagelse gav Kilby en Nobelpris i fysik i 2000 , mens sidstnævnte stadig var i bestyrelsen for Texas Instruments og havde mere end 60 patenter i hans navn.
Minuteman II- ballistiske missilprogram har været afgørende for den økonomiske udvikling i den integrerede kredsløbsindustri. Det er det første objekt produceret i serie, der inkorporerede en computer designet fra dem ( D-37C fra Autonetics), det var også den eneste forbruger af denne type computer fra 1962 til 1967. Computeren omfattede kredsløb fremstillet af Texas Instruments af typer DTL og DL. Den eneste anden computer, der brugte denne teknologi, var den, der var designet til at kontrollere Apollo-missionerne , en computer, der havde lignende begrænsninger med hensyn til masse og pålidelighed.
De enkleste analoge integrerede kredsløb kan være enkle transistorer indkapslet ved siden af hinanden uden forbindelse mellem dem, op til komplekse samlinger, der kan kombinere alle de funktioner, der kræves til betjening af en enhed, hvor den er den eneste komponent.
De operationelle forstærkere er af gennemsnitlige kompleksitetsrepræsentanter for denne store familie, hvor vi også finder komponenter reserveret til elektronisk højfrekvens og telekommunikation . Mange analoge applikationer er baseret på operationelle forstærkere.
De simpleste digitale integrerede kredsløb er logiske gates ( og , eller og ikke ), den mere komplekse er de mikroprocessorer og mere tætte er de erindringer . Der er mange integrerede kredsløb dedikeret til specifikke applikationer (eller ASIC til applikationsspecifikt integreret kredsløb ), især til signalbehandling ( billedbehandling , videokomprimering osv.) Vi taler derefter om en digital signalprocessor (eller DSP til Digital Signal Processor ). En vigtig familie af integrerede kredsløb er programmerbare logiske komponenter ( FPGA , CPLD ). Disse komponenter føres til at erstatte enkle logiske porte på grund af deres høje integrationstæthed.
Integrerede kredsløb er typisk beskyttet i et hus plastik (undertiden keramisk) rektangulært sort. De "klassiske" integrerede kredsløb er udstyret på 2 modsatte sider med forbindelsesstifter (også kaldet ben eller stifter), der gør det muligt at etablere de elektriske forbindelser med ydersiden af kassen. Disse komponenter er loddet med tin (" loddet " er en misvisende betegnelse) på et trykt kredsløb eller tilstoppet med henblik på adskillelse i understøtninger, der selv er loddet på et trykt kredsløb. Med behovet for miniaturisering er benene reduceret til enkle forbindelsesflader direkte til kabinettet, hvilket muliggør overflademontering af printkortet ( SMD- kasser ).
På sagen kan der udskrives: producentens logo, en reference, der identificerer komponenten, en kode, der svarer til varianter eller revisioner, fremstillingsdatoen (4 AASS-kodede cifre: år og uge). Integrationsforløbet er sådan, at integrerede kredsløb kan blive meget små. Deres størrelse afhænger næppe af sagens kapacitet til at sprede varmen, der produceres af Joule-effekten, og meget ofte af antallet, størrelsen på kredsløbets udgangsben samt deres afstand.
Forskellige typer pakker gør det muligt at tilpasse det integrerede kredsløb til dets destinationsmiljø.
Der findes mange andre typer:
Den matrice er den elementære del, rektangulær form, reproduceres identisk ved anvendelse af en matrice på en siliciumwafer under fremstilling. Det svarer til et integreret kredsløb, som derefter vil blive skåret, og som kaldes en chip, før det indkapsles for at give et komplet integreret kredsløb , klar til at blive monteret på et kort.
Den matrice af et integreret kredsløb omfatter i miniaturiserede former, primært transistorer , dioder , modstande , kondensatorer , mere sjældent spoler , fordi de er vanskeligere at miniaturisere.
Den integration skala definerer antallet af logiske gates pr enhed:
Efternavn | Betyder | Udgivelsesår | Antal transistorer | Antal logiske porte pr. Kasse |
---|---|---|---|---|
SSI | integration i mindre skala | 1964 | 1 til 10 | 1 til 12 |
MSI | mellemstor integration | 1968 | 10 til 500 | 13 til 99 |
LSI | integration i stor skala | 1971 | 500 til 20.000 | 100 til 9.999 |
VLSI | meget stor integration | 1980 | 20.000 til 1.000.000 | 10.000 til 99.999 |
ULSI | ultra storstilet integration | 1984 | 1.000.000 og derover | 100.000 og derover |
Disse forskelle har gradvist mistet deres anvendelighed med den eksponentielle vækst i antallet af porte. I dag repræsenterer flere hundrede millioner transistorer (flere titusinder af millioner porte) en normal figur (for en mikroprocessor eller et avanceret grafisk integreret kredsløb ). For at opnå sådanne integrationsniveauer anvendes et komplekst designflow .
Fremstillingen af et integreret kredsløb er en kompleks proces, hvis tendens er at blive mere og mere kompliceret.
Det grundlæggende råmateriale, der normalt bruges til fremstilling af integrerede kredsløb, er silicium , men andre materialer anvendes undertiden, såsom germanium eller galliumarsenid .
Den silicium anvendes siden opdagelsen af effekten transistor i 1947 af forskere fra Bell Laboratory modtager Nobelprisen i fysik i 1956 for denne opdagelse.
Silicium er en halvleder i sin enkeltform krystallinsk . Dette materiale skal være 99,99% rent.
Først en cylindrisk silicium er bar gjort ved at krystallisere det meget langsomt. Denne stang skæres derefter til brug i form af vafler 100 til 800 um tykke og med op til 300 mm i diameter, kaldet wafer (wafer, på engelsk). En wafer understøtter mange integrerede kredsløb.
Fotolitografi refererer til alle de operationer, som gør det muligt at afgrænse den sideværts forlængelse af materialer på overfladen af en halvleder -substrat , hvis struktur er mere eller mindre todimensional fordi den er baseret på stabling af lag på overfladen af en silicium wafer . Mønstrene bliver efterfølgende de forskellige aktive områder af de elektroniske komponenter (eksempel: kontakt, afløb osv.) Eller krydset mellem disse komponenter. Denne proces er i øjeblikket den mest udbredte.
FremstillingstrinAntallet af faser i fremstillingen af integrerede kredsløb er vokset betydeligt i løbet af de sidste 20 år. Det kan nå flere dusin for visse specialiserede produktioner. Der er dog næsten altid den samme række trin:
De 20 vigtigste producenter af integrerede kredsløb i 2011 og deres markedsandel er ( eksklusive støberier ):
Rang 2011 |
Rang 2010 |
Samfund | Nationalitet / placering | Salg Forretning (Million på $ USD) |
2011/2010 | Andel af markedet |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1 | Intel Corporation (1) | Forenede Stater | 49 685 | + 23,0% | 15,9% |
2 | 2 | Samsung elektronik | Sydkorea | 29,242 | + 3,0% | 9,3% |
3 | 4 | Texas Instruments (2) | Forenede Stater | 14 081 | + 8,4% | 4,5% |
4 | 3 | Toshiba halvledere | Japan | 13 362 | + 2,7% | 4,3% |
5 | 5 | Renesas teknologi | Japan | 11 153 | -6,2% | 3,6% |
6 | 9 | Qualcomm (3) | Forenede Stater | 10.080 | + 39,9% | 3,2% |
7 | 7 | STMikroelektronik | Frankrig Italien | 9.792 | -5,4% | 3,1% |
8 | 6 | Hynix | Sydkorea | 8 911 | -14,2% | 2,8% |
9 | 8 | Micron Technology | Forenede Stater | 7 344 | -17,3% | 2,3% |
10 | 10 | Broadcom | Forenede Stater | 7.153 | + 7,0% | 2,3% |
11 | 12 | Avancerede mikroenheder | Forenede Stater | 6,483 | + 2,2% | 2,1% |
12 | 13 | Infineon Technologies | Tyskland | 5.403 | -14,5% | 1,7% |
13 | 14 | Sony | Japan | 5 153 | -1,4% | 1,6% |
14 | 16 | Freescale Semiconductor | Forenede Stater | 4.465 | + 2,5% | 1,4% |
15 | 11 | Elpida-hukommelse | Japan | 3 854 | -40,2% | 1,2% |
16 | 17 | NXP | Holland | 3.838 | -4,7% | 1,2% |
17 | 20 | NVIDIA | Forenede Stater | 3.672 | + 14,9% | 1,2% |
18 | 18 | Marvell Technology Group | Forenede Stater | 3.448 | -4,4% | 1,1% |
19 | 26 | ON Semiconductor (4) | Forenede Stater | 3423 | + 49,4% | 1,1% |
20 | 15 | Panasonic Corporation | Japan | 3 365 | -32,0% | 1,1% |
Top 20 | 203.907 | 3,5% | 65,2% | |||
Alle andre virksomheder | 108,882 | -1,1% | 34,8% | |||
TOTAL | 312 789 | 1,9% | 100,0% |
Kilde: IHS iSuppli 2011
Bemærkninger:
De vigtigste producenter af integrerede kredsløb i Frankrig er:
Det kræver en betydelig mængde råmateriale at fremstille en chip: den økologiske rygsæk (som repræsenterer den mængde råmaterialer, der er nødvendig for at fremstille produktet) med en elektronisk chip på 0,09 g på 20 kg .
“Selv inden for virksomheder, der producerer både analoge og digitale produkter ...”