Art | Elektronisches Bauteil , elektronische Schaltung |
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Materialien | Silizium , Galliumarsenid , Dotierstoff ( in ) , Aluminium , Kupfer |
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Zusammengesetzt aus | Chip , integriertes Schaltungspaket ( in ) |
Datiert | 1958 |
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Der integrierte Schaltkreis ( IC ), auch elektronischer Chip genannt , ist ein elektronisches Bauteil auf der Basis eines Halbleiters , das eine oder mehrere elektronische Funktion(en) mehr oder weniger komplex (e) reproduziert und oft mehrere Arten von grundlegenden elektronischen Komponenten integriert ein reduziertes Volumen (auf einer kleinen Platte), wodurch die Schaltung einfach zu implementieren ist.
Es gibt eine sehr große Vielfalt dieser Komponenten, die in zwei große Kategorien unterteilt sind: analog und digital .
In 1958 , der amerikanischen Jack Kilby erfand die erste integrierte Schaltung und damit die Grundlage für die Verlegung von moderner Computer - Hardware . Jack Kilby, der gerade in das Unternehmen eingetreten war, machte die Entdeckung, während seine Kollegen einen von Texas Instruments organisierten Urlaub genossen . Kilby hatte damals einfach verschiedene Transistoren miteinander verbunden, indem er sie von Hand verdrahtete. Es wird nur ein paar Monate dauern , danach von dem bewegen Prototypstadium auf die Massenproduktion von Siliziumchips mit mehreren Transistoren. Diese Sätze von Transistoren, die in mikroskopischen Schaltungen im selben Block miteinander verbunden sind, ermöglichten die Realisierung von Speichern sowie von Logik- und Recheneinheiten . Dieses revolutionäre Konzept konzentrierte in einem unglaublich kleinen Volumen ein Maximum an logischen Funktionen, auf die von außen durch an der Peripherie der Schaltung verteilte Verbindungen zugegriffen werden konnte. Das Patent wurde schließlich im Jahr 1964 nach Texas Instrumente gewährt diese Entdeckung erhalten Kilby einen Nobelpreis in Physik in 2000 , während diese noch auf dem Board of war Texas Instruments und hielt mehr als 60 Patente in seinem Namen.
Das ballistische Flugkörperprogramm Minuteman II war für die wirtschaftliche Entwicklung der Industrie für integrierte Schaltungen von wesentlicher Bedeutung. Es ist das erste in Serie hergestellte Objekt, das einen daraus entwickelten Computer enthielt (den D-37C von Autonetics), und es war auch der einzige Verbraucher dieses Computertyps von 1962 bis 1967. Der Computer enthielt Schaltkreise, die von Texas Instruments vom Typ hergestellt wurden DTL und DL. Der einzige andere Computer, der diese Technologie verwendete, war derjenige, der die Apollo-Missionen steuerte , ein Computer, der ähnliche Einschränkungen in Bezug auf Masse und Zuverlässigkeit hatte.
Die einfachsten analogen integrierten Schaltungen können einfache Transistoren sein, die ohne Verbindung zwischen ihnen gekapselt sind, bis hin zu komplexen Baugruppen, die alle Funktionen vereinen können, die für den Betrieb eines Geräts erforderlich sind, dessen einziger Bestandteil sie ist.
Die Operationsverstärker sind von mittlerer Komplexität Vertreter dieser großen Familie, in der wir auch Komponenten finden, die der elektronischen Hochfrequenz und Telekommunikation vorbehalten sind . Viele analoge Anwendungen basieren auf Operationsverstärkern.
Die einfachsten digitalen integrierten Schaltungen sind Logikgatter ( und , oder und nicht ), je komplexer die Mikroprozessoren und desto dichter die Speicher . Es gibt viele integrierte Schaltkreise für spezifische Anwendungen (oder ASIC für Application-specific integrated circuit ), insbesondere für die Signalverarbeitung ( Bildverarbeitung , Videokompression usw.), wir sprechen dann von einem digitalen Signalprozessor (oder DSP für Digital Signal Processor). ). Eine wichtige Familie integrierter Schaltungen sind die programmierbaren Logikbausteine ( FPGA , CPLD ). Diese Komponenten werden aufgrund ihrer hohen Integrationsdichte dazu geführt, einfache Logikgatter zu ersetzen.
Integrierte Schaltungen werden typischerweise in einem rechteckigen schwarzen Gehäuse aus Kunststoff (manchmal Keramik) geschützt . Die "klassischen" integrierten Schaltkreise sind an 2 gegenüberliegenden Seiten mit Anschlusspins (auch Beine oder Pins genannt) ausgestattet, die es ermöglichen, die elektrischen Verbindungen mit der Außenseite des Gehäuses herzustellen. Diese Komponenten sind verlötet mit Zinn, ( „ gelötet “ wird , um eine falsche Bezeichnung) auf einer gedruckten Schaltung oder eingesteckt ist , zum Zwecke der Demontage, in Trägern, die selbst auf einer gedruckten Schaltung aufgelötet. Im Zuge der Miniaturisierung wurden Pins auf einfache Anschlussflächen direkt am Gehäuse reduziert, was eine Oberflächenmontage der Leiterplatte ( SMD- Gehäuse ) ermöglicht.
Auf dem Gehäuse können aufgedruckt werden: das Logo des Herstellers, eine Referenz, die das Bauteil identifiziert, ein Code für Varianten oder Revisionen, das Herstellungsdatum (4 AASS-codierte Ziffern: Jahr und Woche). Der Integrationsfortschritt ist derart, dass integrierte Schaltungen sehr klein werden können. Ihre Größe hängt kaum von der Kapazität des Gehäuses ab, die durch den Joule-Effekt erzeugte Wärme abzuleiten, und sehr oft von der Anzahl, der Größe der Ausgangspins der Schaltung sowie ihrem Abstand.
Verschiedene Gehäusetypen ermöglichen es, den integrierten Schaltkreis an seine Zielumgebung anzupassen.
Es gibt viele andere Arten:
Der Chip ist das elementare Teil, rechteckig in der Form, das während der Herstellung mit einem Chip auf einem Siliziumwafer identisch reproduziert wird . Sie entspricht einer integrierten Schaltung, die dann geschnitten wird und als Chip bezeichnet wird, bevor sie eingekapselt wird, um eine vollständige integrierte Schaltung zu ergeben , die bereit ist, auf einer Karte montiert zu werden.
Der Chip einer integrierten Schaltung besteht in miniaturisierter Form hauptsächlich aus Transistoren , Dioden , Widerständen , Kondensatoren , seltener aus Induktivitäten , da sie schwieriger zu miniaturisieren sind.
Die Skalenintegration definiert die Anzahl der Logikgatter pro Einheit:
Nachname | Bedeutung | Erscheinungsjahr | Anzahl Transistoren | Anzahl Logikgatter pro Box |
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SSI | kleine Integration | 1964 | 1 bis 10 | 1 bis 12 |
MSI | mittlere Integration | 1968 | 10 bis 500 | 13 bis 99 |
LSI | großflächige Integration | 1971 | 500 bis 20.000 | 100 bis 9.999 |
VLSI | sehr großflächige Integration | 1980 | 20.000 bis 1.000.000 | 10.000 bis 99.999 |
ULSI | Ultragroße Integration | 1984 | 1.000.000 und mehr | 100.000 und mehr |
Diese Unterscheidungen haben mit der exponentiellen Zunahme der Zahl der Tore allmählich ihre Nützlichkeit verloren . Heute stellen mehrere hundert Millionen Transistoren (mehrere zehn Millionen Gates) eine normale Zahl dar (für einen Mikroprozessor oder eine High-End- Grafikschaltung ). Um solche Integrationsgrade zu erreichen, wird ein komplexer Designflow verwendet.
Die Herstellung einer integrierten Schaltung ist ein komplexer Prozess, dessen Tendenz immer komplizierter wird.
Als Grundrohstoff für die Herstellung integrierter Schaltkreise wird üblicherweise Silizium verwendet, manchmal werden jedoch auch andere Materialien wie Germanium oder Galliumarsenid verwendet .
Das Silizium wird seit der Entdeckung des Effekttransistors im Jahr 1947 von Forschern des Bell Laboratory verwendet , die für diese Entdeckung 1956 den Nobelpreis für Physik erhielten.
Silizium ist ein Halbleiter in seiner einzigen Form kristallin . Dieses Material sollte zu 99,99% rein sein.
Zunächst wird ein zylindrischer Siliziumstab Dieser Stab wird dann geschnitten, um in Form von Wafern mit einer Dicke von 100 bis 800 µm und einem Durchmesser von bis zu 300 mm verwendet zu werden, die als Wafer (wafer, auf Englisch) bezeichnet werden. Ein Wafer wird viele integrierte Schaltungen unterstützen.
Photolithographie , um alle Operationen bezieht , die es ermöglichen , die seitliche Ausdehnung von Materialien auf der Oberfläche eines zu begrenzenden Halbleitersubstrat , die Struktur , von denen mehr oder weniger zweidimensionale weil es auf der Stapelung von Schichten auf der Oberfläche eines Basis Silizium Waffel . Die Muster werden anschließend zu den verschiedenen aktiven Bereichen der elektronischen Komponenten (Beispiel: Kontakt, Drain usw.) oder den Verbindungen zwischen diesen Komponenten. Dieses Verfahren ist derzeit am weitesten verbreitet.
HerstellungsschritteDie Zahl der Stufen bei der Herstellung von integrierten Schaltungen ist in den letzten 20 Jahren stark gewachsen. Sie kann für bestimmte spezialisierte Produktionen mehrere Dutzend erreichen. Es gibt jedoch fast immer die gleichen Schritte:
Die 20 wichtigsten Hersteller von integrierten Schaltkreisen im Jahr 2011 und deren Marktanteil sind (ohne Foundries ):
Rang 2011 |
Rang 2010 |
Gesellschaft | Nationalität / Ort | Der Umsatz Geschäft (Millionen von $ USD) |
2011/2010 | Anteil des Markts |
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1 | 1 | Intel Corporation (1) | Vereinigte Staaten | 49 685 | + 23,0 % | 15,9% |
2 | 2 | Samsung-Elektronik | Südkorea | 29.242 | + 3,0% | 9,3% |
3 | 4 | Texas-Instrumente (2) | Vereinigte Staaten | 14 081 | + 8,4 % | 4,5% |
4 | 3 | Toshiba Semiconductors | Japan | 13 362 | + 2,7% | 4,3% |
5 | 5 | Renesas-Technologie | Japan | 11 153 | -6,2% | 3,6% |
6 | 9 | Qualcomm (3) | Vereinigte Staaten | 10.080 | + 39,9% | 3,2% |
7 | 7 | STMicroelectronics | Frankreich Italien | 9.792 | -5,4% | 3,1% |
8 | 6 | Hynix | Südkorea | 8 911 | -14,2% | 2,8% |
9 | 8 | Mikron-Technologie | Vereinigte Staaten | 7 344 | -17,3% | 2,3% |
10 | 10 | Broadcom | Vereinigte Staaten | 7.153 | + 7,0 % | 2,3% |
11 | 12 | moderne Mikrogeräte | Vereinigte Staaten | 6.483 | + 2,2 % | 2,1% |
12 | 13 | Infineon-Technologien | Deutschland | 5.403 | -14,5 % | 1,7 % |
13 | 14 | Sony | Japan | 5 153 | -1,4% | 1,6 % |
14 | 16 | Freescale Semiconductor | Vereinigte Staaten | 4.465 | + 2,5% | 1,4 % |
fünfzehn | 11 | Elpida-Speicher | Japan | 3 854 | -40,2% | 1,2% |
16 | 17 | NXP | Niederlande | 3.838 | -4,7% | 1,2% |
17 | 20 | NVIDIA | Vereinigte Staaten | 3.672 | + 14,9% | 1,2% |
18 | 18 | Marvell Technologiegruppe | Vereinigte Staaten | 3.448 | -4,4% | 1,1% |
19 | 26 | ON Halbleiter (4) | Vereinigte Staaten | 3423 | + 49,4 % | 1,1% |
20 | fünfzehn | Panasonic Corporation | Japan | 3 365 | -32,0% | 1,1% |
Top 20 | 203.907 | 3,5 % | 65,2% | |||
Alle anderen Unternehmen | 108.882 | -1,1% | 34,8% | |||
GESAMT | 312 789 | 1,9% | 100,0% |
Quelle: IHS iSuppli 2011
Anmerkungen:
Die wichtigsten Produktionsfirmen für integrierte Schaltungen in Frankreich sind:
Die Herstellung eines Chips erfordert eine beträchtliche Menge an Rohstoffen: den ökologischen Rucksack (der die Menge an Rohstoffen darstellt, die für die Herstellung des Produkts erforderlich ist) mit einem elektronischen Chip von 0,09 g von 20 kg .
„Selbst innerhalb von Unternehmen, die sowohl analoge als auch digitale Produkte herstellen…“