Circuit intégré

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Puces de mémoire avec une fenêtre de vitre de cuarzo que permet son effacé moyennant lumière ultravioleta.

Un circuit intégré(CI), est un comprimé petit de matériel semiconductor, de quelques millimètres cadrés de zone, sur celle qui se fabriquent des circuits électroniques généralement moyennant fotolitografía et qu'est protégée dedans d'un encapsulado de plastique ou céramique. L'encapsulado possède des conductrices espèces appropriés pour faire connexion entre le comprimé et un circuit imprimé.

Introduction

thumb|right|Photographie de Geoffrey Dummer dans les 1950s. En avril de 1949, l'ingénieur allemand Werner Jacobi (Siemens AG) complète la première sollicitude de patente pour des circuits intégrés (CI) avec dispositifs amplificadores de semiconductores. Jacobi A réalisé une typique application industrielle pour sa patente, laquelle n'a pas été enregistrée.

Plus tard, l'intégration de circuits a été conceptualizada par le scientifique de radars Geoffrey W.À. Dummer (1909-2002), Qu'était en train de travailler pour la Royal Radar Establishment du Ministère de Défense Britannique, à la fin du décennie des 1940s et principes des 1950s.

Le premier CI a été développé en 1958 par l'ingénieur Jack Kilby (1923-2005) peu de mois après y avoir été embauché par la signature Texas Instruments. Il s'agissait d'un dispositif de germanio qu'intégrait six transistores dans une même base semiconductorà pour former un oscilador de roulement de phase.

Dans l'an 2000 Kilby a été galardonado avec la Prix Nobel de Physicienne par la contribution de son invention au développement de la technologie de l'information.

Les circuits intégrés se trouvent en tous les appareils électroniques modernes, comme des automobiles, téléviseurs, reproducteurs de CD, reproducteurs de Mp3, téléphones mobiles, etc.

Le développement des circuits intégrés a été possible grâce à des découvertes expérimentales qu'ont démontré que les semiconductorest ils peuvent réaliser quelques des fonctions des soupapes de vide.

L'intégration de grandes quantités de diminutos transistores en des petites puces a été une énorme avance sur l'assemblage manuel des tuyaux de vide (soupapes) et fabrication de circuits en utilisant composants discrets.

La capacité de production massive de circuits intégrés, son confiabilidad et la facilité de leur agréger complexité, est imposé l'estandarización des circuits intégrés au lieu de de les créations en utilisant transistores discrets qu'ont bientôt laissé obsolètes aux soupapes ou des tuyaux de vide.

Ils existent deux avantages importants qu'ils ont les circuits intégrés sur les circuits conventionnels bâtis avec des composants discrets: son bas coût et son grand rendement. Le bas coût est en raison de que les CI sont fabriqués en étant imprimés comme une seule pièce par fotolitografía à partir d'une oblea de silicium, en permettant la production en chaîne de grandes quantités avec une taxe de défauts très basse. Le grand rendement se doit à que, en raison de la miniaturización de tous ses composants, la consommation d'énergie est considérablement moindre, à des égales conditions de fonctionnement.

Avances dans les circuits intégrés

Les avances qui ont fait possible le circuit intégré ont été, fondamentalement, les développements dans la fabrication de dispositifs semiconductores à intervenus du siècle XX et les découvertes expérimentales qui ont montré que ces dispositifs pouvaient remplacer les fonctions des soupapes ou tuyaux de vide,que se sont revenus vite obsolètes au ne pouvoir concourir avec la petite taille, la consommation d'énergie modéré, les temps de conmutación minimes, la confiabilidad, la capacité de production en masse et la versatilité des CI.

Entre les circuits intégrés plus devancés se trouvent les microprocesadorest, qu'ils contrôlent tout depuis computadoras jusqu'à des téléphones mobiles et des fours micro-ondes. Les puces de mémoires digitales sont une autre famille de circuits intégrés que sont d'importance cruciale pour la moderne société de l'information. Alors que le coût de dessiner et développer un circuit intégré complexe est assez grand, lorsqu'il se répartit entre des millions d'unités de production le coût individuel des CIs par le général se réduit au minimum. L'efficacité des CI est grande en raison de que la petite taille des puces permet des courtes connexions qu'ils permettent l'utilisation de logique de bas consommation (comme est le cas de CMOS) en des grandes vitesses de conmutación.

Avec la démarche des ans, les CI sont constamment en basculant à des tailles plus petits avec meilleurs caractéristiques, en permettant que majeure quantité de circuits soient empaquetados dans chaque puce (voyez-vous la loi de Moore). En même temps que la taille se comprime, pratiquement tout il s'améliore (le coût et la consommation d'énergie ils diminuent à la fois qu'il augmente la vitesse). Bien que ces gains sont apparemment pour l'utilisateur final, existe une féroce concurrence entre les fabricants pour utiliser geometrías de plus en plus maigres. Ce procès, et l'attendu procès dans les prochains ans, est très bien décrit par l'International Technology Roadmap for Semiconductors, ou ITRS.

Popularité des CI

Seul est passé moyen siècle depuis qu'il s'a entamé son développement et les circuits intégrés ils se sont presque revenu omniprésents. ComputadoraS, téléphones mobiles et autres applications digitales sont maintenant des parts inextricables des sociétés modernes. La informaticienne, les communications, la manufactura et les systèmes de transport, en comprenant Internet, tous dépennent de l'existence des circuits intégrés. En fait, beaucoup d'estudiosos pensent que la révolution digitale causée par les circuits intégrés est un des événements les plus significatifs de l'histoire de l'humanité.

Types

Existent trois types de circuits intégrés:

Circuits monolíticos: ils Sont fabriqués en un seul monocristal, habituellement de silicium, mais aussi existent en germanio, arseniuro de galio, silicium-germanio, etc.
Circuits híbridos de cape fine: ils Sont très similaires aux circuits monolíticos, mais, en plus, contiennent des composants difficiles de fabriquer avec technologie monolítica. Beaucoup de conversores À/D et conversores D/À s'ont fabriqués en technologie híbrida jusqu'à ce que les progrès dans la technologie ont permis fabriquer résistances précis.
Circuits híbridos de cape grosse: ils S'écartent assez des circuits monolíticos. ils en fait ont l'habitude de contenir des circuits monolíticos sans cápsula (dis), transistorest, diodos, etc, sur un sustrato dieléctrico, interconectados avec des pistes conductrices. Les résistances se déposent par serigrafía et s'ajustent en leur faisant cours avec laser. Tout cela s'encapsula, autant en cápsulas plastiques comme métalliques, en dépenant de la dissipation de puissance que précisent. En beaucoup de cas, la cápsula n'est pas "moldeada", mais qu'il simplement consiste à une resina epoxi que protège le circuit. Dans le marché ils se trouvent des circuits híbridos pour des modules de RF, sources d'alimentation, circuits d'allumé pour automobile, etc.

Classement

en Répondant au niveau de intégration - nombre de composants - les circuits intégrés ils se classent en:

SSI (Small Scale Integration) petit niveau: de 10 à 100 transistorest
MSI (Medium Scale Integration) moyen: 101 à 1.000 transistores
LSI (Large Scale Integration) grand: 1.001 à 10.000 transistores
VLSI (Very Large Scale Integration) très grand: 10.001 à 100.000 transistores
ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grand: 100.001 à 1.000.000 transistores
GLSI (Giga Large Scale Integration) giga Grand: mais d'un million de transistores

En ce qui concerne les fonctions intégrées, les circuits se classent en deux grands groupes:

Circuits intégrés analogiques.

Ils peuvent figurer depuis simples transistores encapsulados ensemble, sans union entre ils, jusqu'à des dispositifs complets comme amplificadorest, osciladorest ou même récepteurs de radio complets.

Circuits intégrés digitaux.

Ils peuvent être depuis basique portes logiques (Et, Ou, NE) jusqu'aux plus compliqués microprocesadorest ou microcontroladorest.

Ceux-ci sont dessinés et fabriqués pour accomplir une fonction spécifique dedans d'un système. En général, la fabrication des CI est complexe puisqu'ils ont un grand intégration de composants dans un espace très réduit de sorte qu'arrivent à être microscópicos. Pourtant, ils permettent des grandes simplifications avec respecto les anciens circuits, outre un montage un plus rapide.

Limitations des circuits intégrés

Existent certains limite physiques et économiques au développement des circuits intégrés. Basiquement, ils sont des barrières qu'ils se vont en éloignant à l'améliorer la technologie, mais ils ne disparaissent pas. Les principales sont:

Dissipation de puissance-Évacuation de la chaleur

Les circuits électriques ils dissipent puissance. Lorsque le nombre de composants intégrés dans un volume donné grandit, les exigences en ce qui concerne dissipation de cette puissance, aussi grandissent, en échauffant le sustrato et en dégradant le comportement du dispositif. En plus, en beaucoup de cas il est un système de realimentación positive, de sorte que combien majeure soit la température, plus courante ils conduisent, phénomène qui s'a l'habitude d'il appeler "embalamiento thermique" et, que sinon il s'évite, il arrive à détruire le dispositif. Les amplificadores de audio et les régulateurs de tension sont proclives à ce phénomène, par ce que ont l'habitude d'incorporer des protections thermiques.

Les circuits de puissance, évidemment, sont ceux qui plus énergie ils doivent dissiper. Pour cela son cápsula contient des parts métalliques, en contact avec la part inférieure de la puce, qu'ils servent de conduit thermique pour transférer la chaleur de la puce au disipador ou à l'environnement. La réduction de resistividad thermique de ce conduit, ainsi que des nouvelles cápsulas de composés de silicona, permettent des majeures dissipations avec cápsulas plus petites.

Les circuits digitaux résolvent le problème en réduisant la tension d'alimentation et en utilisant technologies de bas consommation, comme CMOS. Quand même dans les circuits avec plus de densité d'intégration et élevées vitesses, la dissipation est un des majeurs problèmes, en s'arrivant à utiliser experimentalmente certains types de criostatos. Précisément la grande resistividad thermique du arseniuro de galio est son talon d'Achille pour réaliser circuits digitaux avec il.

Capacités et autoinducciones parasites

Cet effet se rapporte principalement aux connexions électriques entre la puce, la cápsula et le circuit où va montée, en limitant sa fréquence de fonctionnement. Avec des comprimés plus petites il se réduit la capacité et l'autoinducción d'elles. Dans les circuits digitaux excitadores de bus, générateurs de montre, etc, est importante maintenir l'impedancia des lignes et, encore plus, dans les circuits de radio et de micro-ondes.

Limites dans les composants

Les composants disponibles pour intégrer ont certaines limitations, qu'ils diffèrent des de ses contreparties discrètes.

Résistances. Ils sont indésirables par préciser une grande quantité de surface. C'est pour cela qu'ils seulement s'usent des valeurs réduites et en des technologies MOS s'éliminent presque totalement.
Condensadores. ils seulement sont des possibles valeurs très réduits et à côte de beaucoup de surface. Comme exemple, en l'amplificador operacional μÀ741, le condensador de stabilisation vient occuper une chambre de la puce.
Bobinas. Ils s'usent comunmente en des circuits de radiofrecuencia, en étant híbridos beaucoup de fois. En général ils ne s'intégrent pas.

Densité d'intégration

Pendant le procès de fabrication des circuits intégrés ils se vont en accumulant les défauts, de sorte que vrai nombre de composants du circuit final ne fonctionnent pas correctement. Lorsque la puce intégre un nombre majeur de composants, ces composants defectuosos diminuent la proportion de puces fonctionnelles. Il est c'est pour cela que qu'en circuits de mémoires, par exemple, où ils existent des millions de transistores, se fabriquent plus de nécessaires, de sorte qu'il se peut varier l'interconexión finale pour obtenir l'organisation précisée.

Voyez-vous aussi

Tu raccordes externes

Documentation sur Jack Kilby et sa découverte dans la page web de l'entreprise Texas Instruments.

Commons

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