Circuits intégrés: quels sont-ils, différences avec les imprimés et plus

circuits intégrés

Les circuits intégrés, puces, micropuces, IC (circuit intégré) ou CI (circuit intégré), ou peu importe comment vous voulez les appeler, ce sont un type de circuits électroniques qui ont rendu possible l'avancement de la technologie aux niveaux actuels. Sans cette invention, l'informatique et les télécommunications ne seraient probablement pas ce qu'elles sont, et les appareils électroniques et électriques seraient très différents.

Malgré leur petite taille, et qu'ils soient partout, ces circuits intégrés cachent de belles surprises à découvrir. Ici vous pouvez en apprendre beaucoup plus sur ces composants électroniques...

Que sont les circuits intégrés ?

circuits intégrés

Les les circuits intégrés sont des plots d'un semi-conducteur encapsulé et contenant un circuit électronique enregistré. Selon la famille logique à laquelle ils appartiennent, ces circuits seront constitués de différents composants électroniques miniaturisés. Par exemple, il peut s'agir de diodes, de transistors, de résistances, de condensateurs, etc.

Grâce à eux, il a été possible de développer électronique moderne et commencer une nouvelle ère compte tenu de la grande intégration qu'ils permettent. En fait, certaines des puces les plus avancées d'aujourd'hui peuvent intégrer jusqu'à des milliards de transistors dans une puce de quelques millimètres au carré.

Histoire de puces

Au début, l'électronique a commencé à utiliser des soupapes à vide semblable aux ampoules conventionnelles. Ces vannes étaient grosses, très inefficaces, elles devenaient assez chaudes et se cassaient facilement, il était donc nécessaire de remplacer celles qui étaient grillées pour que les ordinateurs et autres équipements qui les possédaient continuent de fonctionner.

En 1947 viendrait l'invention du transistor, une pièce qui remplacerait les anciennes valves et qui révolutionnerait aussi l'électronique. Grâce à lui, il était possible d'avoir un appareil à semi-conducteurs, beaucoup plus résistant, efficace et plus rapide que les valves. Cependant, certains pensaient pouvoir intégrer plusieurs de ces éléments dans une seule puce de silicium. C'est ainsi que furent créés les premiers circuits intégrés de l'histoire.

Au fil du temps, l'électronique à semi-conducteurs a évolué et a réduit la taille des composants, ainsi que les coûts. À la fin des années 50, un inventeur de Texas Instruments nommé Jack Kilby, il lui est venu à l'esprit de créer une puce semi-conductrice et du câblage qui entrelace les différentes parties. C'est devenu la première puce de l'histoire, et il allait gagner le prix Nobel pour cela.

Presque en parallèle, Robert NoiceÀ l'époque, un employé de Fairchild Semiconductor (plus tard l'un des fondateurs d'Intel), il a également développé un appareil similaire, mais avec de grands avantages par rapport à celui de Kilby. Noyce avait créé l'idée qui céderait la place aux circuits intégrés d'aujourd'hui. Cette technologie s'appelait planaire et présentait des avantages par rapport à la technologie mesa de Kilby.

Depuis, ça n'a pas arrêté évolution et l'amélioration de ces composants. Les coûts ont chuté, tout comme l'économie de carburant et la taille, tandis que les performances et les performances se sont considérablement améliorées. Aucun autre secteur n'a autant évolué, et aucun autre secteur n'a eu un si grand impact sur l'humanité...

Comment sont-ils fabriqués ?

La procédure de fabrication de circuits intégrés c'est extrêmement complexe. Cependant, comme on le voit dans la vidéo, cela peut être résumé en quelques étapes plus simples afin que les gens puissent comprendre comment ils sont faits.

ici je vais essayer résumer les étapes de conception le mieux possible, sans aller trop loin, puisque cela donnerait pour des milliers d'articles :

  1. Faites partie d'un besoin, une application pour laquelle vous devez créer un circuit électronique.
  2. Une équipe de conception est chargée de définir les caractéristiques et les spécifications que la puce devrait avoir.
  3. Ensuite, la conception commencera à utiliser des portes logiques et d'autres éléments de mémoire, etc., jusqu'à ce qu'une conception logique soit réalisée qui développe la fonction pour laquelle cette puce est conçue.
  4. Après cela, il passera par une série d'étapes entre lesquelles des tests et des simulations sont effectués pour déterminer qu'il fonctionne correctement au niveau logique, et même des puces de test sont fabriquées pour voir si elles le font physiquement.
  5. Une fois l'étape de conception terminée, une série de masques pour la fabrication sont créés à partir du tracé du circuit conçu. Un motif y est gravé afin qu'il puisse être gravé sur le silicium.
  6. Ce modèle est utilisé par la fonderie ou l'usine, pour créer les circuits intégrés dans une plaquette semi-conductrice. Ces plaquettes contiennent généralement jusqu'à 200 ou 300 puces dans certains cas.

Cela va jusqu'au stade de la conception, de le côté fabrication, nous avons:

  1. Le minéral de silicium est obtenu à partir de sable ou de quartz.
  2. Une fois qu'il est raffiné pour être ultra-pur, ou EGS (Electronic-Grade Silicon), avec un niveau de pureté supérieur au silicium utilisé dans d'autres industries.
  3. Cet EGS arrive sous forme de pièces à la fonderie, où il est fondu dans un creuset et à l'aide d'un cristal germe il est fait croître selon la méthode Czochralski. Pour que ce soit facile à comprendre, c'est similaire à la façon dont la barbe à papa typique est fabriquée dans les foires, vous introduisez le bâton (graine de cristal) et le coton (silicium fondu) et augmente de volume.
  4. A la fin de cette étape, le résultat est un lingot, un gros morceau de cristal de silicium monocristallin en forme de cylindre. Cette barre est découpée en plaquettes très fines.
  5. Ces plaquettes subissent une série de processus pour polir la surface afin qu'elles restent non polluées pour le début de la production.
  6. Ensuite, ces plaquettes subiront plusieurs processus répétitifs pour créer les puces sur elles. Ces procédés sont de type physico-chimique, tels que la photolithographie, la gravure ou gravure, la croissance épitaxiale, l'oxydation, l'implantation ionique, etc.
  7. L'idée finale est de créer des composants électroniques, généralement des transistors, sur le substrat de la plaquette, puis d'ajouter des couches pour interconnecter lesdits composants pour former des portes logiques dans la couche la plus basse, puis dans les couches suivantes ces portes sont connectées pour former des unités élémentaires (additionneurs, registres, ...), dans les couches suivantes unités fonctionnelles (mémoire, ALU, FPU, ...), et enfin toutes sont interconnectées pour créer le circuit complet, par exemple, un CPU. Sur une puce avancée, il peut y avoir jusqu'à 20 couches.
  8. Après tous ces processus, qui peuvent prendre plusieurs mois, des centaines de circuits égaux seront obtenus pour chaque plaquette. La prochaine étape consiste à les tester et à les couper, c'est-à-dire à les diviser en puces de silicium individuelles.
  9. Maintenant que ce sont des matrices lâches, nous procédons à l'encapsulation (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...) où la puce est protégée et les plots sont connectés, qui sont des pistes conductrices en surface, avec les broches du circuit intégré .

Évidemment tous les circuits intégrés ne sont pas identiques. Ici, j'ai parlé d'unités fonctionnelles et de choses plus complexes comme un processeur, mais il existe également des circuits très simples comme une minuterie 555 ou un circuit intégré à 4 portes logiques extrêmement simples. Ils n'auront que quelques dizaines de composants et seront reliés par une ou quelques couches d'interconnexions métalliques...

Types de circuits intégrés

Puce RISC-V

Il n'y a pas qu'un seul type, mais plusieurs types de circuits intégrés. Les plus importants que vous pouvez trouver sont :

  • Circuits intégrés numériques: ils sont très populaires et utilisés dans de nombreux appareils modernes, des ordinateurs aux appareils mobiles, en passant par les téléviseurs intelligents, etc. Ils se caractérisent par un fonctionnement basé sur le système numérique, c'est-à-dire avec 0 et 1, 0 étant un signal basse tension et 1 étant un signal haut. C'est ainsi qu'ils encodent les informations et fonctionnent. Des exemples peuvent être des automates, des FPGA, des mémoires, des CPU, des GPU, des MCU, etc.
  • Analogique: au lieu d'être basés sur des signaux binaires, dans ce cas ce sont des signaux continus variables en tension. Grâce à cela, ils peuvent réaliser des tâches telles que le filtrage, l'expansion du signal, la démodulation, la modulation, etc. Bien entendu, de nombreux systèmes fonctionnent à la fois avec des circuits analogiques et numériques, en utilisant des Convertisseurs AN/NA. Ils peuvent être divisés en deux grands groupes, les circuits intégrés linéaires et les radiofréquences (RF). Des exemples pourraient être une puce de filtrage audio, des amplificateurs de son, des systèmes d'émission ou de réception d'ondes électromagnétiques, des capteurs, etc.
  • CI à signaux mixtes: comme leur nom l'indique, ils sont un mélange des deux. Quelques exemples pourraient être les convertisseurs analogique-numérique ou numérique-analogique eux-mêmes, certaines puces pour horloges, minuteries, encodeurs/décodeurs, etc.

Différences avec les circuits imprimés

circuits imprimés PCB

Les circuits intégrés ne doivent pas être confondus avec les circuits imprimés. Ce sont deux choses différentes. Alors que les premiers font référence aux puces électroniques, comme vous l'avez vu, circuits imprimés, ou PCBIl s'agit d'un autre type de circuits électroniques imprimés sur des plaques plus grandes.

Les diferencias les plus notables sont :

  • Circuits imprimés: ils sont constitués d'une plaque comportant un motif de lignes conductrices, telles que des pistes de cuivre pour relier les différents composants insérés (condensateurs, transistors, résistances, puces électroniques, ...), soudées par soudure à l'étain, en plus d'un diélectrique matériau (substrat) qui sépare les couches d'interconnexions de connexion. Ils ont également généralement des trous traversants, ou vias, pour les composants non montés en surface (SMD). D'autre part, ils comportent généralement une légende, une série de marques, de lettres et de chiffres pour identifier les composants et faciliter la maintenance. Pour protéger le cuivre, qui s'oxyde facilement, ils bénéficient généralement d'un traitement de surface. Et, contrairement aux circuits intégrés, ils peuvent être réparés, en remplaçant les composants endommagés ou en restaurant les interconnexions.
  • Circuits intégrésIls sont de très petite taille, à l'état solide et ont un faible coût de production en série. Contrairement à un PCB, ceux-ci ne peuvent pas être réparés car leurs composants et leurs connexions sont si extrêmement petits que c'est impossible.

Ni les circuits intégrés ne se substituent aux circuits imprimés ni l'inverse. Les deux ont leur utilité et dans la plupart des cas, ils vont de pair dans des applications pratiques...

Circuits intégrés les plus populaires

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Enfin, il existe une multitude de circuits intégrés très populaires employés pour des projets électroniques, tels que ceux de des portes logiques. Ils sont bon marché, et peuvent être facilement trouvés dans des magasins comme Amazon ou des appareils électroniques spécialisés. Par exemple, voici quelques-uns des plus populaires :


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