Modelo | Componente eletrônico , circuito eletrônico |
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Materiais | Silício , arsenieto de gálio , dopante ( in ) , alumínio , cobre |
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Composto de | Matriz , pacote de circuito integrado ( in ) |
Datado | 1958 |
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O circuito integrado ( IC ), também chamado de chip eletrônico , é um componente eletrônico , baseado em um semicondutor , reproduzindo uma ou mais funções eletrônicas mais ou menos complexas, muitas vezes integrando vários tipos de componentes eletrônicos básicos em um volume reduzido (em uma pequena placa), facilitando a execução do circuito.
Existe uma grande variedade desses componentes divididos em duas grandes categorias: analógico e digital .
Em 1958 , o americano Jack Kilby inventou o primeiro circuito integrado, lançando assim as bases para o hardware de computador moderno. Jack Kilby, que acabara de ingressar na empresa, fez a descoberta enquanto seus colegas aproveitavam as férias organizadas pela Texas Instruments . Na época, Kilby tinha simplesmente conectado diferentes transistores conectando- os manualmente. Levará apenas alguns meses para passar do estágio de protótipo para a produção em massa de chips de silício contendo vários transistores. Esses conjuntos de transistores interligados em circuitos microscópicos no mesmo bloco, permitiam a realização de memórias , além de unidades lógicas e aritméticas . Este conceito revolucionário concentrou em um volume incrivelmente pequeno, um máximo de funções lógicas, às quais o exterior acessava através de conexões distribuídas na periferia do circuito. A patente foi finalmente concedida à Texas Instrument em 1964. Essa descoberta rendeu a Kilby o Prêmio Nobel de Física em 2000 , enquanto o último ainda fazia parte do conselho da Texas Instruments e detinha mais de 60 patentes em seu nome.
O programa de mísseis balísticos Minuteman II foi essencial para o desenvolvimento econômico da indústria de circuitos integrados. É o primeiro objeto produzido em série que incorpora um computador desenhado a partir deles (o D-37C da Autonetics), também foi o único consumidor deste tipo de computador de 1962 a 1967. O computador incluía circuitos fabricados pela Texas Instruments de tipos DTL e DL. O único outro computador que usava essa tecnologia era aquele projetado para controlar as missões Apollo , um computador que tinha restrições semelhantes em termos de massa e confiabilidade.
Os circuitos integrados analógicos mais simples podem ser simples transistores encapsulados um ao lado do outro sem conexão entre eles, até conjuntos complexos que podem combinar todas as funções necessárias para o funcionamento de um dispositivo do qual é o único componente.
Os amplificadores operacionais são de média complexidade representantes desta grande família onde também encontramos componentes reservados para alta freqüência eletrônica e telecomunicações . Muitas aplicações analógicas são baseadas em amplificadores operacionais.
Os circuitos integrados digitais mais simples são as portas lógicas ( and , or and not ), mais complexos são os microprocessadores e mais densas são as memórias . Existem muitos circuitos integrados dedicados a aplicativos específicos (ou ASIC para circuito integrado específico de aplicativo ), em particular para processamento de sinal ( processamento de imagem , compressão de vídeo , etc.), então falamos de um processador de sinal digital (ou DSP para processador de sinal digital ) Uma importante família de circuitos integrados é a de componentes lógicos programáveis ( FPGA , CPLD ). Esses componentes são levados a substituir portas lógicas simples por causa de sua alta densidade de integração.
Os circuitos integrados são normalmente protegidos em um invólucro de plástico (às vezes de cerâmica) preto retangular. Os circuitos integrados "clássicos" são equipados em 2 lados opostos com pinos de conexão (também chamados de pernas ou pinos) que permitem estabelecer as conexões elétricas com o exterior da caixa. Esses componentes são soldados com estanho (" soldado " é um termo impróprio) em um circuito impresso , ou plugados, para fins de desmontagem, em suportes que são eles próprios soldados em um circuito impresso. Com a necessidade de miniaturização, os pinos foram reduzidos a simples superfícies de conexão diretamente à caixa, permitindo a montagem na superfície da placa de circuito impresso (caixas SMD ).
Na caixa podem ser impressos: o logotipo do fabricante, uma referência que identifica o componente, um código correspondente a variantes ou revisões, a data de fabricação (4 dígitos codificados AASS: ano e semana). O progresso da integração é tal que os circuitos integrados podem se tornar muito pequenos. Seu tamanho dificilmente depende da capacidade do case em dissipar o calor produzido pelo efeito Joule e, muitas vezes, do número, do tamanho dos pinos de saída do circuito bem como de seu espaçamento.
Diferentes tipos de pacotes permitem adaptar o circuito integrado ao ambiente de destino.
Existem muitos outros tipos:
A matriz é a parte elementar, de forma retangular, reproduzida de forma idêntica usando uma matriz em um wafer de silício durante a fabricação. Corresponde a um circuito integrado que será cortado e que será chamado de chip antes de ser encapsulado para dar um circuito integrado completo, pronto para ser montado em um cartão.
A matriz de um circuito integrado compreende, em formas miniaturizadas, principalmente transistores , diodos , resistores , capacitores , mais raramente indutores , porque são mais difíceis de miniaturizar.
A integração da escala define o número de portas lógicas por unidade:
Sobrenome | Significado | Ano de lançamento | Número de transistores | Número de portas lógicas por caixa |
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SSI | integração em pequena escala | 1964 | 1 a 10 | 1 a 12 |
MSI | integração de média escala | 1968 | 10 a 500 | 13 a 99 |
LSI | integração em grande escala | 1971 | 500 a 20.000 | 100 a 9.999 |
VLSI | integração em larga escala | 1980 | 20.000 a 1.000.000 | 10.000 a 99.999 |
ULSI | integração em larga escala | 1984 | 1.000.000 e mais | 100.000 e mais |
Essas distinções foram perdendo gradativamente sua utilidade com o crescimento exponencial do número de portas. Hoje, várias centenas de milhões de transistores (várias dezenas de milhões de portas) representam uma figura normal (para um microprocessador ou um circuito integrado gráfico de última geração ). Para atingir esses níveis de integração, um fluxo de projeto complexo é usado.
A fabricação de um circuito integrado é um processo complexo cuja tendência é se tornar cada vez mais complicada.
A matéria-prima básica normalmente usada para fabricar circuitos integrados é o silício , porém, às vezes são usados outros materiais, como germânio ou arseneto de gálio .
O silício é usado desde a descoberta do transistor de efeito em 1947 por pesquisadores do Laboratório Bell que receberam o Prêmio Nobel de Física em 1956 por essa descoberta.
O silício é um semicondutor em sua forma cristalina única . Este material deve ser 99,99% puro.
Primeiro, uma barra de silício cilíndrica é feita cristalizando-a muito lentamente. Essa barra é então cortada para ser utilizada na forma de wafers de 100 a 800 μm de espessura e de até 300 mm de diâmetro, denominada wafer (wafer, em inglês). Um wafer suportará muitos circuitos integrados.
A fotolitografia refere-se a todas as operações que permitem delimitar a extensão lateral de materiais na superfície de um substrato semicondutor, cuja estrutura é mais ou menos bidimensional porque se baseia no empilhamento de camadas na superfície de um silício. wafer . Os padrões serão posteriormente as diferentes áreas ativas dos componentes eletrônicos (exemplo: contato, dreno, etc.) ou as junções entre esses componentes. Esse processo é atualmente o mais difundido.
Etapas de fabricaçãoO número de etapas na fabricação de circuitos integrados cresceu consideravelmente nos últimos 20 anos. Pode chegar a várias dezenas para certas produções especializadas. No entanto, quase sempre há a mesma série de etapas:
Os 20 fabricantes mais importantes de circuitos integrados em 2011 e sua participação no mercado são ( excluídas as fundições ):
Classificação 2011 |
Rank 2010 |
Sociedade | Nacionalidade / localização | Negócios de vendas (milhões de $ USD) |
2011/2010 | Participação de mercado |
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1 | 1 | Intel Corporation (1) | Estados Unidos | 49 685 | + 23,0% | 15,9% |
2 | 2 | Eletrônicos samsung | Coreia do Sul | 29.242 | + 3,0% | 9,3% |
3 | 4 | Texas Instruments (2) | Estados Unidos | 14 081 | + 8,4% | 4,5% |
4 | 3 | Toshiba Semiconductors | Japão | 13 362 | + 2,7% | 4,3% |
5 | 5 | Tecnologia Renesas | Japão | 11 153 | -6,2% | 3,6% |
6 | 9 | Qualcomm (3) | Estados Unidos | 10.080 | + 39,9% | 3,2% |
7 | 7 | STMicroelectronics | França itália | 9.792 | -5,4% | 3,1% |
8 | 6 | Hynix | Coreia do Sul | 8 911 | -14,2% | 2,8% |
9 | 8 | Tecnologia Micron | Estados Unidos | 7 344 | -17,3% | 2,3% |
10 | 10 | Broadcom | Estados Unidos | 7.153 | + 7,0% | 2,3% |
11 | 12 | Micro dispositivos avançados | Estados Unidos | 6.483 | + 2,2% | 2,1% |
12 | 13 | Infineon Technologies | Alemanha | 5.403 | -14,5% | 1,7% |
13 | 14 | Sony | Japão | 5 153 | -1,4% | 1,6% |
14 | 16 | Freescale Semiconductor | Estados Unidos | 4.465 | + 2,5% | 1,4% |
15 | 11 | Memória Elpida | Japão | 3 854 | -40,2% | 1,2% |
16 | 17 | NXP | Países Baixos | 3.838 | -4,7% | 1,2% |
17 | 20 | NVIDIA | Estados Unidos | 3.672 | + 14,9% | 1,2% |
18 | 18 | Marvell Technology Group | Estados Unidos | 3.448 | -4,4% | 1,1% |
19 | 26 | Semicondutor ON (4) | Estados Unidos | 3423 | + 49,4% | 1,1% |
20 | 15 | Panasonic Corporation | Japão | 3 365 | -32,0% | 1,1% |
20 principais | 203.907 | 3,5% | 65,2% | |||
Todas as outras empresas | 108.882 | -1,1% | 34,8% | |||
TOTAL | 312 789 | 1,9% | 100,0% |
Fonte: IHS iSuppli 2011
Notas:
As principais empresas produtoras de circuitos integrados presentes na França são:
É necessária uma quantidade considerável de matéria-prima para fabricar um chip: a mochila ecológica (que representa a quantidade de matéria-prima necessária para a fabricação do produto) com um chip eletrônico de 0,09 g de 20 kg .
“Mesmo dentro de empresas que produzem produtos analógicos e digitais ...”