Tipo | Componente electrónico , circuito electrónico |
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Materiales | Silicio , arseniuro de galio , dopante ( en ) , de aluminio , de cobre |
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Compuesto de | Die , paquete de circuito integrado ( en ) |
Con fecha de | 1958 |
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El circuito integrado ( IC ), también llamado chip electrónico , es un componente electrónico , basado en un semiconductor , que reproduce una o más funciones electrónicas más o menos complejas, a menudo integrando varios tipos de componentes electrónicos básicos en un volumen reducido (en un plato pequeño), lo que facilita la implementación del circuito.
Existe una variedad muy amplia de estos componentes divididos en dos amplias categorías: analógicos y digitales .
En 1958 , el estadounidense Jack Kilby inventó el primer circuito integrado, sentando así las bases del hardware informático moderno. Jack Kilby, que acababa de unirse a la empresa, hizo el descubrimiento mientras sus colegas disfrutaban de unas vacaciones organizadas por Texas Instruments . En ese momento, Kilby simplemente había conectado diferentes transistores conectándolos a mano. A partir de entonces, solo tomará unos meses pasar de la etapa de prototipo a la producción en masa de chips de silicio que contienen varios transistores. Estos conjuntos de transistores interconectados en circuitos microscópicos en un mismo bloque, permitían la realización de memorias , así como unidades lógicas y aritméticas . Este concepto revolucionario concentra en un volumen increíblemente pequeño, un máximo de funciones lógicas, a las que se accede desde el exterior a través de conexiones distribuidas en la periferia del circuito. La patente fue finalmente otorgada a Texas Instrument en 1964. Este descubrimiento le valió a Kilby un Premio Nobel de Física en 2000 , mientras que este último todavía estaba en el directorio de Texas Instruments y tenía más de 60 patentes a su nombre.
El programa de misiles balísticos Minuteman II ha sido esencial para el desarrollo económico de la industria de circuitos integrados. Es el primer objeto producido en serie que incorporó una computadora diseñada a partir de ellos (la D-37C de Autonetics), además fue el único consumidor de este tipo de computadora desde 1962 hasta 1967. La computadora incluía circuitos fabricados por Texas Instruments de tipos DTL y DL. La única otra computadora que utilizó esta tecnología fue la diseñada para controlar las misiones Apollo , una computadora que tenía limitaciones similares en términos de masa y confiabilidad.
Los circuitos integrados analógicos más simples pueden ser simples transistores encapsulados uno al lado del otro sin conexión entre ellos, hasta complejos ensamblajes que pueden combinar todas las funciones requeridas para el funcionamiento de un dispositivo del que es el único componente.
Los amplificadores operacionales son de mediana complejidad representantes de esta gran familia donde también encontramos componentes reservados para alta frecuencia electrónica y telecomunicaciones . Muchas aplicaciones analógicas se basan en amplificadores operacionales.
Los más simples circuitos integrados digitales son puertas lógicas ( y , o y no ), el más complejo son los microprocesadores y los más densos son los recuerdos . Hay muchos circuitos integrados dedicados a aplicaciones específicas (o ASIC para circuitos integrados específicos de la aplicación ), en particular para el procesamiento de señales ( procesamiento de imágenes , compresión de video , etc.) luego hablamos de un procesador de señal digital (o DSP para Procesador de señal digital). ). Una familia importante de circuitos integrados es la de componentes lógicos programables ( FPGA , CPLD ). Estos componentes reemplazan las puertas lógicas simples debido a su alta densidad de integración.
Los circuitos integrados suelen estar protegidos en una carcasa de plástico (a veces cerámica) rectangular de color negro. Los circuitos integrados "clásicos" están equipados en 2 lados opuestos con clavijas de conexión (también llamadas patas o clavijas) que permiten establecer las conexiones eléctricas con el exterior de la caja. Estos componentes se sueldan con estaño (" soldado " es un nombre inapropiado) en un circuito impreso , o se conectan, para fines de desmontaje, en soportes que están soldados a su vez en un circuito impreso. Con la necesidad de miniaturización, los pines se han reducido a superficies de conexión simples directamente a la caja, lo que permite el montaje en superficie de la placa de circuito impreso (cajas SMD ).
En el estuche se puede imprimir: el logo del fabricante, una referencia que identifica el componente, un código correspondiente a variantes o revisiones, la fecha de fabricación (4 dígitos codificados AASS: año y semana). El progreso de la integración es tal que los circuitos integrados pueden volverse muy pequeños. Su tamaño apenas depende de la capacidad de la carcasa para disipar el calor producido por el efecto Joule y, muy a menudo, del número, del tamaño de los pines de salida del circuito así como de su espaciado.
Diferentes tipos de paquetes permiten adaptar el circuito integrado a su entorno de destino.
Existen muchos otros tipos:
El troquel es la parte elemental, de forma rectangular, reproducida de forma idéntica mediante un troquel sobre una oblea de silicio durante la fabricación. Corresponde a un circuito integrado que luego se cortará y que se denominará chip antes de encapsularlo para dar un circuito integrado completo, listo para ser montado en una tarjeta.
La matriz de un circuito integrado comprende, en formas miniaturizadas, principalmente transistores , diodos , resistencias , condensadores , más raramente inductores , porque son más difíciles de miniaturizar.
La integración de la escala define el número de puertas lógicas por unidad:
apellido | Significado | Año de lanzamiento | Numero de transistores | Número de puertas lógicas por caja |
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SSI | integración a pequeña escala | 1964 | 1 hasta 10 | 1 hasta 12 |
MSI | integración a mediana escala | 1968 | 10 hasta 500 | 13 hasta 99 |
LSI | integración a gran escala | 1971 | 500 hasta 20.000 | 100 hasta 9999 |
VLSI | integración a muy gran escala | 1980 | 20.000 hasta 1.000.000 | 10,000 hasta 99,999 |
ULSI | integración a ultra gran escala | 1984 | 1,000,000 y más | 100.000 y más |
Estas distinciones han perdido gradualmente su utilidad con el crecimiento exponencial del número de puertas. Hoy en día, varios cientos de millones de transistores (varias decenas de millones de puertas) representan una cifra normal (para un microprocesador o un circuito integrado de gráficos de alta gama). Para lograr tales niveles de integraciones, se utiliza un flujo de diseño complejo.
La fabricación de un circuito integrado es un proceso complejo cuya tendencia es a complicarse cada vez más.
La materia prima básica que se suele utilizar para fabricar circuitos integrados es el silicio , sin embargo, en ocasiones se utilizan otros materiales, como el germanio o el arseniuro de galio .
El silicio se utiliza desde el descubrimiento del transistor de efecto en 1947 por investigadores del Laboratorio Bell que recibieron el Premio Nobel de Física en 1956 por este descubrimiento.
El silicio es un semiconductor cristalino en su forma única . Este material debe tener una pureza del 99,99%.
Primero, se hace una barra de silicona cilíndrica cristalizándola muy lentamente. Luego, esta barra se corta para ser utilizada en forma de obleas de 100 a 800 μm de espesor y hasta 300 mm de diámetro, llamadas obleas (wafer, en inglés). Una oblea admitirá muchos circuitos integrados.
La fotolitografía se refiere a todas las operaciones que permiten delimitar la extensión lateral de materiales sobre la superficie de un sustrato semiconductor, cuya estructura es más o menos bidimensional porque se basa en el apilamiento de capas sobre la superficie de un silicio. oblea . Los patrones se convertirán posteriormente en las diferentes áreas activas de los componentes electrónicos (ejemplo: contacto, drenaje, etc.) o las uniones entre estos componentes. Este proceso es actualmente el más extendido.
Pasos de fabricaciónEl número de etapas en la fabricación de circuitos integrados ha crecido considerablemente durante los últimos 20 años. Puede llegar a varias decenas para determinadas producciones especializadas. Sin embargo, casi siempre hay la misma serie de pasos:
Los 20 fabricantes más importantes de circuitos integrados en 2011 y su cuota de mercado son ( excluidas las fundiciones ):
Puesto 2011 |
Puesto 2010 |
Sociedad | Nacionalidad / ubicación | Negocio de ventas (millones de $ USD) |
2011/2010 | Cuota de mercado |
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1 | 1 | Corporación Intel (1) | Estados Unidos | 49 685 | + 23,0% | 15,9% |
2 | 2 | Samsung Electronics | Corea del Sur | 29,242 | + 3,0% | 9,3% |
3 | 4 | Instrumentos de Texas (2) | Estados Unidos | 14 081 | + 8,4% | 4,5% |
4 | 3 | Semiconductores Toshiba | Japón | 13 362 | + 2,7% | 4,3% |
5 | 5 | Tecnología Renesas | Japón | 11 153 | -6,2% | 3,6% |
6 | 9 | Qualcomm (3) | Estados Unidos | 10.080 | + 39,9% | 3,2% |
7 | 7 | STMicroelectronics | Francia Italia | 9,792 | -5,4% | 3,1% |
8 | 6 | Hynix | Corea del Sur | 8 911 | -14,2% | 2,8% |
9 | 8 | Tecnología Micron | Estados Unidos | 7 344 | -17,3% | 2,3% |
10 | 10 | Broadcom | Estados Unidos | 7.153 | + 7,0% | 2,3% |
11 | 12 | Micro dispositivos avanzados | Estados Unidos | 6.483 | + 2,2% | 2,1% |
12 | 13 | Infineon Technologies | Alemania | 5.403 | -14,5% | 1,7% |
13 | 14 | Sony | Japón | 5 153 | -1,4% | 1,6% |
14 | dieciséis | Semiconductor Freescale | Estados Unidos | 4.465 | + 2,5% | 1,4% |
15 | 11 | Memoria Elpida | Japón | 3 854 | -40,2% | 1,2% |
dieciséis | 17 | NXP | Países Bajos | 3.838 | -4,7% | 1,2% |
17 | 20 | NVIDIA | Estados Unidos | 3.672 | + 14,9% | 1,2% |
18 | 18 | Grupo de tecnología Marvell | Estados Unidos | 3,448 | -4,4% | 1,1% |
19 | 26 | EN Semiconductor (4) | Estados Unidos | 3423 | + 49,4% | 1,1% |
20 | 15 | Panasonic Corporation | Japón | 3 365 | -32,0% | 1,1% |
Top 20 | 203,907 | 3,5% | 65,2% | |||
Todas las demás empresas | 108,882 | -1,1% | 34,8% | |||
TOTAL | 312 789 | 1,9% | 100,0% |
Fuente: IHS iSuppli 2011
Notas:
Las principales empresas productoras de circuitos integrados presentes en Francia son:
Se necesita una cantidad considerable de materia prima para fabricar un chip: la mochila ecológica (que representa la cantidad de materia prima necesaria para fabricar el producto) con un chip electrónico de 0,09 g de 20 kg .
"Incluso dentro de las empresas que producen productos tanto analógicos como digitales ..."