Qu'est-ce qu'un circuit intégré et quels sont ses types ?

Au milieu du XXe siècle, Jack Kilby et Robert Noyce ont conçu indépendamment l'idée de miniaturiser les composants électroniques. En 1958, Jack Kilby a réussi à créer le premier circuit intégré fonctionnel, marquant ainsi un tournant décisif. Cette innovation a rapidement propulsé la technologie des semi-conducteurs au rang de pierre angulaire du développement national.

Le circuit intégré, communément appelé micro-puce ou puce électronique, est considéré comme l'élément constitutif des appareils électroniques modernes. Cette puce est équipée de composants électroniques miniatures, tels que des résistances, des diodes, des transistors et des condensateurs, disposés de manière complexe sur un matériau semi-conducteur. Cette conception compacte permet de réaliser des fonctionnalités électroniques complexes dans un petit boîtier, ce qui facilite la création d'appareils et de projets efficaces et puissants.

circuit intégré

Type de circuit intégré

Classification par taille de puce

  • SSI : L'intégration à petite échelle définit la phase initiale du développement d'un circuit intégré, avec un nombre limité de composants (3 à 30 portes) au sein d'une puce. L'intégration à petite échelle est utilisée pour la conception de circuits simples tels que les portes logiques de base, les décodeurs et les multiplexeurs.
  • MSI : L'intégration à moyenne échelle, avec une capacité interne de 30 à 300 portes, dote les circuits de capacités telles que les fonctions arithmétiques, le traitement des données et les systèmes de contrôle. L'intégration à moyenne échelle convient aux applications telles que les soustracteurs, les additionneurs et les registres polyvalents.
  • LSI : L'intégration à grande échelle représente une étape importante dans l'évolution des puces électroniques. Une puce LSI peut héberger un sous-système complet (300 à 3000 portes) sur une seule puce. Cela facilite la fabrication d'unités de mémoire de microprocesseurs et de fonctions numériques complexes, contribuant ainsi à divers projets électroniques, notamment des appareils de communication et des ordinateurs.
  • VLSI : Sommet de la technologie des circuits intégrés, la technologie VLSI révolutionne la conception et la fabrication des systèmes électroniques. Elle permet de configurer plus de trois mille portes sur une seule puce. Actuellement, l'industrie de pointe s'appuie fortement sur la technologie VLSI pour les processeurs de signaux avancés, les microcontrôleurs et les circuits intégrés à application spécifique (ASIC).

Classification selon l'épaisseur des copeaux

  • CI à couche mince : Fabriqué en déposant une fine couche de matériau résistif et conducteur sur un substrat à l'aide de techniques telles que la pulvérisation cathodique ou le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), il offre une plus grande précision. Il convient aux projets impliquant des résistances et des condensateurs précis.
  • CI à couche épaisse : Avec des couches déposées plus épaisses, il est plus facile à construire, ce qui le rend plus rentable dans des conditions similaires. Il peut supporter des niveaux de puissance élevés, ce qui le rend plus adapté à des projets tels que les régulateurs de tension et les amplificateurs.
  • CI monolithique : intègre différents composants tels que des résistances, des condensateurs, des transistors et des diodes sur un seul substrat semi-conducteur en silicium. Grâce à l'interconnexion étroite des composants, il améliore les performances, la fiabilité et réduit la consommation d'énergie.
  • CI hybride ou multi-puces : Utilisant des méthodes de câblage ou de flip-chip, il interconnecte plusieurs puces. Les concepteurs peuvent optimiser les capacités des composants individuels en fonction des besoins, ce qui améliore considérablement la personnalisation et la flexibilité du projet.

Classés par fonction de la puce

  • Circuit intégré numérique : Considéré comme l'épine dorsale des systèmes informatiques et de communication modernes, il traite les données binaires et manipule les signaux ayant deux valeurs possibles, 0 et 1. Les exemples incluent les microprocesseurs, les processeurs de signaux numériques et les microcontrôleurs.
  • Circuit intégré analogique : Utilisé pour traiter des signaux continus qui changent progressivement dans le temps. Les amplificateurs opérationnels, les régulateurs de tension et les convertisseurs analogique-numérique (ADC) en sont des exemples.
  • Circuit intégré à signaux mixtes : Combinaison de composants analogiques et numériques sur une seule carte, permettant l'interaction entre le domaine numérique et le domaine réel. Il nécessite un contrôle précis et des applications impliquant une conversion analogique-numérique et numérique-analogique.
  • IC de gestion de l'énergie : Régule et distribue l'énergie au sein des systèmes électroniques, assurant l'efficacité énergétique tout en prolongeant la durée de vie de la batterie. Les exemples incluent les régulateurs de tension, les convertisseurs de puissance et les circuits intégrés de charge de batterie.
  • IC RF : Il constitue le cœur des systèmes de communication sans fil, équipé d'oscillateurs, d'amplificateurs RF, d'émetteurs-récepteurs et de mélangeurs pour traiter les signaux à haute fréquence, favorisant ainsi le développement du Wi-Fi, des smartphones et des systèmes de communication par satellite.
  • Microcontrôleur : Doté d'une mémoire, d'une unité centrale de traitement et d'interfaces d'entrée/sortie, il constitue un système informatique complet adapté aux dispositifs de l'internet des objets, aux systèmes embarqués et aux projets d'automatisation.
  • Mémoire IC : Comprend la mémoire flash, la mémoire vive (RAM), la mémoire morte (ROM) et l'EEPROM, qui fournissent des fonctions de stockage et d'extraction d'informations numériques.
  • Capteur IC : Convertit en signaux électriques des phénomènes physiques réels tels que la température, la lumière, la pression et le mouvement.
  • Circuit intégré à application spécifique (ASIC) : Composants conçus sur mesure pour des applications spécifiques, optimisant les performances et l'efficacité en réduisant les composants inutiles. Couramment utilisés dans les opérations de cryptographie, de traitement d'images et de traitement de signaux.
  • Réseau de portes programmables (FPGA) : Un circuit intégré à usage général utilisé pour exécuter certaines opérations après la fabrication. Le traitement des signaux numériques en est un exemple, Prototypage de PCBet l'accélération matérielle.
  • Système sur puce (SoC) : Intègre diverses fonctions sur une seule puce, telles que la communication, la mémoire, le traitement et les interfaces E/S.
  • Module régulateur de tension (VRM) : Essentielle pour les appareils sensibles, la régulation VRM fournit une tension aux composants électroniques afin de garantir une alimentation électrique efficace et stable.
  • Générateur d'horloge : Produit des signaux temporels précis pour synchroniser les différents composants des systèmes électroniques, un élément essentiel pour maintenir la synchronisation et l'intégrité des données.
  • Pilote d'affichage IC : Configure les données des pixels et les taux de rafraîchissement, contrôlant la fonctionnalité d'affichage d'appareils tels que les moniteurs et les téléphones mobiles, garantissant une sortie visuelle correcte et fluide.
  • Amplificateur audio : Utilisé pour amplifier et traiter les signaux audio. électronique grand public PCBA comme les écouteurs, les lecteurs audio et les haut-parleurs.

Conception de circuits intégrés

Conception analogique

La conception analogique implique le traitement et la manipulation de signaux continus, tels que les entrées vidéo, audio et de capteurs. Dans la conception de circuits intégrés analogiques, les ingénieurs travaillent avec des signaux qui changent doucement dans le temps et peuvent conserver des valeurs dans une plage spécifique. L'objectif principal est d'amplifier, de filtrer et de modifier ces signaux avec précision pour obtenir les résultats souhaités.

La pierre angulaire de la conception analogique est constituée par les amplificateurs opérationnels, qui servent d'éléments primaires pour l'amplification et le conditionnement des signaux. Les composants passifs tels que les condensateurs, les résistances et les inductances sont également utilisés dans les conceptions analogiques pour assurer un fonctionnement précis du circuit analogique.

Une conception analogique réussie exige une connaissance approfondie de l'analyse du bruit, du comportement des semi-conducteurs et de la sensibilité des circuits. Les ingénieurs doivent prendre méticuleusement en compte divers paramètres tels que la consommation d'énergie, la qualité du signal et l'immunité au bruit pour concevoir des circuits analogiques fiables.

Conception numérique

Dans le domaine de la conception numérique, les signaux binaires avec des valeurs de zéro ou de un sont manipulés. Les circuits intégrés numériques traitent ces signaux à l'aide de portes logiques pour exécuter diverses fonctions telles que le stockage de données, les opérations arithmétiques et la prise de décision. Cette technique de conception garantit une transmission précise des signaux, une faible consommation d'énergie et un traitement efficace des données.

Les concepteurs numériques se concentrent sur des composants tels que les portes logiques, les bascules, les registres et les multiplexeurs. Des méthodes telles que l'algèbre booléenne et les machines à états finis sont utilisées pour créer des systèmes numériques complexes. Les analyses de synchronisation jouent un rôle crucial en garantissant un fonctionnement synchrone et en évitant des problèmes tels que le décalage des signaux et les conditions de course.

La conception numérique offre des avantages tels qu'une grande immunité au bruit, un contrôle précis et une reproduction facile. Elle est basée sur des unités de mémoire, des microprocesseurs et des processeurs de signaux numériques, qui pilotent les fonctions des appareils numériques et des ordinateurs.

Construction de circuits intégrés

  1. Préparation des plaquettes de silicium : La fabrication de circuits intégrés commence par la fabrication de tranches de silicium. Il s'agit d'un matériau semi-conducteur, choisi pour ses excellentes propriétés électriques et son abondance. Les plaquettes de silicium subissent un traitement pour atteindre un niveau élevé de pureté et d'uniformité.
  2. Photolithographie : Une couche de résine photosensible est appliquée sur la tranche de semi-conducteur, suivie de l'application d'un masque de soudure. Ce processus crée un motif à l'aide d'une lumière ultraviolette sur la résine photosensible. Ce motif définit la conception complexe du circuit de la micropuce. Les zones exposées dans la résine photosensible fonctionnent chimiquement comme un masque de gravure.
  3. Gravure à l'eau-forte : Au cours du processus de gravure, des parties spécifiques du matériau de silicium sur la plaquette sont enlevées de manière sélective sur la base du modèle créé au cours de la photolithographie. Différentes méthodes, telles que la gravure humide ou la gravure sèche (gravure au plasma), sont employées pour découper avec précision les éléments de circuit requis.
  4. Implantation d'ions : Introduit certaines impuretés ou dopants dans la plaquette de silicium, ce qui modifie les propriétés électriques du silicium et donne des zones présentant des caractéristiques de conductivité distinctes.
  5. Oxydation : Utilisé pour créer des couches isolantes sur la plaquette de silicium. En soumettant la plaquette à des températures élevées dans un environnement riche en oxygène, une fine couche de dioxyde de silicium se forme. Ces couches isolantes empêchent les connexions électriques involontaires entre les différents composants.
  6. Déposition : Dans le processus de dépôt, des couches minces de divers matériaux sont appliquées à la surface de la plaquette. Le dépôt chimique en phase vapeur et le dépôt physique en phase vapeur (PVD) sont des méthodes de dépôt couramment utilisées.
  7. Métallisation : Implique le dépôt de couches métalliques pour établir des interconnexions entre divers composants de circuits. Ces couches métalliques créent des voies qui permettent aux signaux de circuler entre les différents composants interconnectés sur les micropuces, tels que les diodes, les transistors, etc.

FAQ sur les circuits intégrés

FS Technology est un Entreprise de PCBA spécialisée dans les projets de circuits imprimés clés en main. Dans nos projets d'assemblage, diverses puces sont utilisées, ce qui nous permet d'avoir une compréhension considérable des circuits intégrés. Si vous avez besoin de approvisionnement en composantsNous sommes bien équipés pour vous offrir un service de haute qualité en tirant parti de notre expertise professionnelle.

Il s'agit d'une idée fausse. Un circuit intégré n'est pas équivalent à un circuit imprimé, même s'ils présentent des similitudes en tant que supports de nombreux composants. La relation entre les deux peut être comprise comme suit : le circuit intégré est monté sur la surface du circuit imprimé.

Lecture avancée : Qu'est-ce qu'un PCB ?

Oui, les circuits intégrés peuvent être affectés par les radiofréquences et des mesures telles que le blindage et le filtrage sont nécessaires pour réduire les interférences.

La température de fonctionnement des puces est généralement comprise entre -40 °C et 85 °C, et peut varier selon les types de puces.

Cette durée dépend de la complexité de la conception et des exigences du processus. Elle varie généralement de quelques mois à quelques années, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles les itérations de produits sont mises à jour si fréquemment.

Une taille plus petite signifie une densité fonctionnelle plus élevée, permettant d'intégrer davantage de composants et de fonctions électroniques.

Parmi les plus courantes, on trouve la puce nue, QFN, BGATSOP, etc. Les ingénieurs doivent choisir l'emballage le plus approprié en fonction des différentes exigences de l'application.

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