集積回路：それらは何ですか、印刷されたものとの違いなど

たくさん 集積回路、チップ、マイクロチップ、IC（集積回路）またはCI（集積回路）、またはあなたがそれらを呼びたいものは何でも、それらは現在のレベルへの技術の進歩を可能にした一種の電子回路です。 本発明がなければ、コンピューティングと電気通信はおそらくそれらが何であるかではなく、電子デバイスと電気デバイスは非常に異なるでしょう。

サイズが小さく、どこにでもあるにもかかわらず、これらの集積回路は隠れています 発見する大きな驚き。 ここでは、これらについてさらに詳しく知ることができます 電子部品...

集積回路とは何ですか？

たくさん 集積回路は半導体のパッドです カプセル化され、記録された電子回路が含まれています。 それらが属するロジックファミリに応じて、これらの回路はさまざまな小型化された電子部品で構成されます。 たとえば、ダイオード、トランジスタ、抵抗、コンデンサなどがあります。

それらのおかげで開発することが可能になりました 現代の電子機器 そして、彼らが可能にする素晴らしい統合を考えれば、新しい時代を始めましょう。 実際、今日の最先端のチップのいくつかは、わずか数ミリメートル四方のダイに最大数十億個のトランジスタを統合することができます。

チップの歴史

最初、電子機器はラフを使い始めました 真空バルブ 従来の電球に似ています。 これらのバルブは大きく、非常に非効率的で、非常に熱くなり、壊れやすいため、バルブを備えていたコンピューターやその他の機器が機能し続けるように、バルブを交換する必要がありました。

En 1947年にトランジスタが発明されました、古いバルブに取って代わり、電子機器にも革命をもたらす一片。 彼のおかげで、バルブよりもはるかに耐性があり、効率的で、高速なソリッドステートデバイスを手に入れることができました。 しかし、これらの要素のいくつかを単一のシリコンチップに統合できると考える人もいました。 これが歴史上最初の集積回路の作成方法です。

時間の経過とともに、ソリッドステートエレクトロニクスは進化し、コンポーネントのサイズを縮小し、コストを削減しました。 50年代後半、テキサスインスツルメンツの発明者は ジャック・キルビー、彼は、半導体チップと、さまざまな部品を織り交ぜた配線を作成することにしました。 これは歴史上最初のチップとなり、彼はノーベル賞を受賞しました。

ほぼ並行して、 ロバート・ノイス当時、フェアチャイルドセミコンダクター（後にインテルの創設者のXNUMX人）の従業員である彼も同様のデバイスを開発しましたが、キルビーのものよりも大きな利点があります。 Noyceは、今日の集積回路に取って代わられるアイデアを作成しました。 この技術は平面と呼ばれ、キルビーのメサ技術よりも優れていました。

それ以来、それは止まっていません 進化 これらのコンポーネントの改善。 コストは急落し、燃費とサイズも同様に、パフォーマンスとパフォーマンスは劇的に向上しました。 他のセクターはこれほど進化しておらず、他のセクターは人類にこれほど大きな影響を与えていません...

それらはどのように作られていますか？

の手順 集積回路の製造 非常に複雑です。 ただし、ビデオで見られるように、人々がそれらがどのように行われるかを理解できるように、それはいくつかのより簡単なステップに要約することができます。

ここで試してみます 設計手順を要約する それは何千もの記事を与えるので、深く行き過ぎずに可能な限り最高です：

1. 電子回路を作成する必要があるアプリケーションであるニーズの一部になりましょう。
2. 設計チームは、チップが持つべき特性と仕様の概要を担当します。
3. その後、このチップが設計されている機能を開発する論理設計が達成されるまで、設計は論理ゲートや他のメモリ要素などの使用を開始します。
4. この後、一連のステップを経て、テストとシミュレーションが実行され、ロジックレベルで正しく機能するかどうかが判断されます。また、テストチップでさえ、物理的に機能するかどうかを確認するために製造されます。
5. 設計段階が完了すると、設計された回路のレイアウトから製造用の一連のマスクが作成されます。 シリコンに刻印できるように模様が刻印されています。
6. このパターンは、半導体ウェーハに集積回路を作成するために、ファウンドリまたは工場で使用されます。 これらのウェーハには通常、最大200または300のチップが含まれている場合があります。

これは、設計段階までです。 製造側、我々は持っている：

1. シリコンミネラルは砂または石英から得られます。
2. 超高純度、つまりEGS（Electronic-Grade Silicon）に精製されると、他の業界で使用されているシリコンよりも純度が高くなります。
3. このEGSは、鋳造所に断片の形で到着し、るつぼで溶かされ、種結晶によってチョクラルスキー法を使用して成長させられます。 わかりやすくするために、フェアでの典型的な綿菓子の作り方と似ていますが、スティック（種結晶）とコットン（溶融シリコン）を入れてボリュームを上げていきます。
4. そのステップの終わりに、結果はインゴット、円柱の形をした単結晶シリコン結晶の大きな断片になります。 このバーは非常に薄いウェーハにカットされます。
5. これらのウェーハは、一連のプロセスを経て表面を研磨し、製造開始時に汚染されないようにします。
6. その後、これらのウェーハは、チップを作成するためにいくつかの反復プロセスを経ます。 これらのプロセスは、フォトリソグラフィー、エッチングまたはエッチング、エピタキシャル成長、酸化、イオン注入などの物理化学的タイプのものです。
7. 最後のアイデアは、ウェーハ基板上に電子部品、通常はトランジスタを作成し、次にこれらの部品を相互接続して最下層に論理ゲートを形成する層を追加し、次の層でこれらのゲートを接続して基本ユニット（加算器、次の層の機能ユニット（メモリ、ALU、FPU、...）のレジスタ、...）、そして最後にすべてが相互接続されて、CPUなどの完全な回路が作成されます。 高度なチップでは、最大20のレイヤーが存在する可能性があります。
8. 完了するまでに数か月かかる可能性のあるこれらすべてのプロセスの後、ウェーハごとに数百の等しい回路が得られます。 次のことは、それらをテストして切断することです。つまり、それらを個々のシリコンチップに分割します。
9. それらがルーズダイになったので、チップを保護し、表面の導電性トラックであるパッドを集積回路のピンに接続するカプセル化（DIP、SOIC、PGA、QFPなど）に進みます。 。

明らかに、 すべての集積回路が同じではありません。 ここでは、機能ユニットやCPUなどのより複雑なものについて説明しましたが、555タイマーや4つの論理ゲートを備えたICなどの非常に単純な回路もあります。 それらは数十のコンポーネントしか持たず、金属相互接続のXNUMXつまたは数層でリンクされます...

ICの種類

XNUMXつのタイプだけでなく、いくつかのタイプがあります 集積回路の種類。 あなたが見つけることができる最も顕著なものは次のとおりです：

• デジタル集積回路：それらは非常に人気があり、コンピューターからモバイルデバイス、スマートTVなどの多くの最新デバイスで使用されています。 これらは、デジタルシステムに基づいて動作することを特徴としています。つまり、0と1で、0は低電圧信号、1は高信号です。 これは、彼らが情報をエンコードして動作する方法です。 例としては、PLC、FPGA、メモリ、CPU、GPU、MCUなどがあります。
• アナログ：バイナリ信号に基づくのではなく、この場合は連続信号です 電圧の変数。 このおかげで、フィルタリング、信号拡張、復調、変調などのタスクを実行できます。 もちろん、多くのシステムはアナログ回路とデジタル回路の両方で動作し、 AD / DAコンバーター。 それらは、線形集積回路と無線周波数（RF）のXNUMXつの大きなグループに分けることができます。 例としては、オーディオフィルタリング用のチップ、サウンドアンプ、電磁波用の放射または受信システム、センサーなどがあります。
• ミックスドシグナルIC：名前が示すように、それらは両方の混合物です。 いくつかの例は、アナログ-デジタルまたはデジタル-アナログコンバーター自体、クロック、タイマー、エンコーダー/デコーダーなどの特定のチップである可能性があります。

プリント回路との違い

集積回路をプリント回路と混同しないでください。 それらは両方とも異なるものです。 前者はマイクロチップを指しますが、ご覧のとおり、 プリント回路、 またはPCBそれらは、より大きなプレートに印刷される別のタイプの電子回路です。

ラス diferencias 最も注目すべきものは次のとおりです。

• プリント回路：それらは、誘電体に加えて、スズはんだ付けによってはんだ付けされた、挿入されたさまざまなコンポーネント（コンデンサ、トランジスタ、抵抗器、マイクロチップなど）をリンクする銅トラックなどの導電線のパターンを持つプレートで構成されています接続相互接続の層を分離する材料（基板）。 また、通常、非表面実装（SMD）コンポーネント用のスルーホールまたはビアもあります。 一方、通常、コンポーネントを識別し、メンテナンスを容易にするために、凡例、一連のマーク、文字、および数字があります。 酸化しやすい銅を保護するため、通常は表面処理を施しています。 また、集積回路とは異なり、損傷したコンポーネントを交換したり、相互接続を復元したりして、修理することができます。
• 集積回路それらはサイズが非常に小さく、固体状態であり、大量生産のコストが低い。 PCBとは異なり、これらのコンポーネントと接続は非常に小さいため不可能であるため、これらを修復することはできません。

集積回路はプリント回路の代わりにはならず、またその逆もありません。 どちらにも用途があり、ほとんどの場合、実際のアプリケーションで一緒に使用されます...

最も人気のある集積回路

最後に、多数あります 非常に人気のある集積回路 のような電子プロジェクトの従業員 論理ゲート。 それらは安価で、Amazonや専門の電子機器などの店で簡単に見つけることができます。 たとえば、最も人気のあるものは次のとおりです。

• InterstellarElectronicsの75の人気のあるICキット
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• 人気のNE10タイマーのIC555個.
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