Circuits intégrés expliqués : Guide complet pour ingénieurs

Sans débat nécessaire, nous comprenons bien l'importance de la respiration pour la vie. C'est exactement ainsi que le circuit intégré se rapporte à l'avancement de ce siècle.

Le circuit intégré a subi de nombreuses améliorations nécessaires à la fabrication de PCB, menant à ce qu'il est aujourd'hui. Les premiers transistors étaient grands et inesthétiques.

Bien que de nombreux inventeurs aient saisi l'idée dès le début, le concept serait resté à l'état d'idée sans exécution. Cette chaîne a été brisée quand Jack Kilby (Texas Instruments) et Robert Noyce (Fairchild Semiconductor) l'ont concrétisée.

Les avantages du circuit intégré ne peuvent être surestimés pour l'amélioration de notre vie. Que veux-je dire ?

Par exemple, quand j'ai découvert l'histoire du circuit intégré, j'ai prié intensément pour les inventeurs car je n'aurais pas imaginé me promener avec un appareil électronique ressemblant à un tambour, modifiable en dispositif de la taille d'une paume.

Aujourd'hui, compte tenu de la taille, de la rapidité et de la capacité de la puce, d'autres améliorations ont rattrapé ces facteurs depuis leurs origines jusqu'à l'ère actuelle.

Les circuits intégrés initiaux étaient basés sur les procédures d'assemblage de grappes de transistors sur matériau semi-conducteur, le silicium, comme nous savons que le composant vital du circuit électronique est le transistor.

Qu'est-ce qu'un circuit intégré ?

1.1 Définition

Le terme « intégré » implique la composition ou la coordination pour former un tout ; un circuit intégré représente un mini semi-conducteur, généralement du silicium, qui abrite des résistances, transistors et condensateurs conçus.

Le circuit intégré est un dispositif électronique pouvant être numérique, analogique, ou un mélange des deux, servant de cadre ou modèle à certains dispositifs et outils électroniques.

Il est construit dans le seul but d'accueillir beaucoup de transistors, condensateurs ou résistances sur une seule pièce de semi-conducteur. On l'appelle souvent micropuce ou simplement puce.

Le nombre de transistors, résistances ou condensateurs peut varier de milliers à millions, voire milliards sur un circuit intégré. Depuis le pic de l'invention, il a beaucoup évolué.

Certaines puces n'accueillent que quelques centaines de transistors : on parle d'intégration à petite échelle (SSI).

Celles accueillant jusqu'à des milliers de transistors : intégration à moyenne échelle (MSI).

Celles accueillant jusqu'à un million de transistors : intégration à très grande échelle (VLSI). Enfin, l'intégration à ultra-grande échelle (ULSI) désigne les circuits intégrés accueillant jusqu'à des milliards de transistors sur une seule puce.

1.2 Conception des circuits intégrés analogiques CMOS

« CMOS » signifie Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, aussi appelé « COS-MOS » (complementary-symmetry metal-oxide-semiconductor), utilisé dans les applications numériques et analogiques.

En usage analogique CMOS, on trouve par exemple les circuits intégrés amplificateurs opérationnels CMOS. Au lieu de relais de signal, des portes de transmission peuvent servir de multiplexeurs analogiques.

Ici, nous parlons de l'unité unique du CMOS, le MOSFET (Metal-Oxide-Silicon Field-Effect Transistor). La combinaison de MOSFETs complémentaires forme les circuits CMOS.

Un avantage distinct : il ne fait circuler le courant à travers les dispositifs que quand le circuit logique alterne sa porte logique. Donc absence de gaspillage d'énergie par un facteur de 10, car moins d'une porte sur 10 d'un circuit logique alterne à un moment donné.

1.3 Types de circuits intégrés

En examinant les types de circuits intégrés :

• Circuit intégré analogique : effectue amplification, filtrage et modification de signaux. Considérés comme les plus simples du fait de leurs composants mineurs. Utilisés dans les appareils émettant/réceptionnant des signaux et ceux répondant à des variations continues.
• Circuit intégré numérique : dirige le flux de données et exécute des calculs mathématiques avec le binaire 0 et 1. Utilisés pour construire des systèmes informatiques. Contrairement à l'analogique, le numérique ne reçoit que des lectures à valeurs précises.
• Circuits microprocesseurs : des millions, voire milliards de transistors parfaitement alignés en milliers de circuits numériques individuels, chacun effectuant une fonction précise. Ils peuvent exécuter des milliards de tâches par seconde, ce qui en fait un type de circuit intégré très sophistiqué.

Analyse et conception d'un circuit intégré

2.1 Conception et analyse des circuits intégrés analogiques

Dans la conception et l'analyse des circuits intégrés analogiques, on suppose qu'elle repose sur des modèles « aux normes » pour les parties de circuit composites. Examinons deux analyses différentes : l'analyse manuelle.

Dans l'analyse manuelle, l'hypothèse est optimiste ou précise grâce à des modèles distinctement naturels. L'autre recherche indique une analyse plus technique : l'analyse par ordinateur.

Pour des raisons importantes, il est crucial que le concepteur possède une connaissance approfondie de la source des modèles fréquemment utilisés et du niveau d'approximation de chacun.

Dispositifs semi-conducteurs modernes pour circuits intégrés

3.1 Dispositifs semi-conducteurs modernes pour circuits intégrés

3.1.1 Que sont les dispositifs semi-conducteurs ?

Les semi-conducteurs sont des éléments électroniques qui conduisent l'électricité entre un conducteur (qui conduit toujours) et un isolant (qui ne conduit jamais). Ils conduisent sous certaines conditions mais pas à tous les états, ce qui en fait des conducteurs adaptés.

3.1.2 Industrie des semi-conducteurs

Comme 5 est à 6, les dispositifs semi-conducteurs sont des matériaux essentiels dans les appareils électriques/électroniques de notre vie quotidienne : lecteurs MP3, automobiles, télévisions à écran plat, ordinateurs, jeux vidéo, machines à laver, radios, etc.

Consciemment ou non, nous en dépendons pour nos activités quotidiennes. Regardons du côté des ordinateurs.

Supposons que vous ayez un portable acheté il y a 3-5 ans et que vous vouliez le remplacer : vous constateriez que sa valeur de reprise est minime.

Pourquoi ? Parce qu'avec le temps, la complexité, la vitesse et les performances globales augmentent, même si le prix reste similaire.

On en déduit que le succès de cette industrie vient d'améliorations constantes des produits dans le temps, et de coûts de production réduits grâce à la miniaturisation (ex. transistors).

3.2 Dispositifs semi-conducteurs pour circuits intégrés

Les dispositifs semi-conducteurs pour un circuit intégré incluent :

• Transistors — considérés comme plus larges en utilisation et complexes. Le BJT (Bipolar Junction Transistor) fut le premier design de transistor, possédant trois bornes : base, collecteur, émetteur. Application principale : agit comme un interrupteur.
• Diodes — dispositif semi-conducteur interdisant le passage du courant quand la chute de tension est inférieure à un seuil, mais le laissant passer massivement quand le seuil est dépassé. Les caractéristiques varient selon les diodes.

Circuits intégrés numériques

4.1 Description des circuits intégrés numériques

Pour discuter des circuits intégrés numériques, il faut souligner des outils nécessaires comme le Microprocesseur et le Microcontrôleur.

Un type fondamental de circuit intégré numérique est le microprocesseur. Il est conçu sur la combinaison de fonctions logiques. Comment ces fonctions logiques sont-elles construites au départ ?

En un sens, les fonctions logiques sont conçues à l'aide d'un composant électronique, comme le transistor.

Comme discuté pour les circuits numériques, on peut déduire que ce type de circuit intégré utilise le binaire, contrairement aux circuits analogiques qui ont des variations continues.

Les circuits numériques utilisent des constantes : MARCHE/ARRÊT, VRAI/FAUX, 0/1 pour leurs fonctions logiques. Ce type utilise le circuit intégré impliquant de multiples connexions de composants sur une seule pièce semi-conductrice, pouvant contenir des milliards de transistors.

Face au processus fastidieux d'assemblage des composants pour former un circuit intégré numérique, une approche consiste à utiliser un circuit intégré accueillant un grand ou petit nombre de composants électroniques sur un matériau semi-conducteur ou une puce.

Le circuit logique, aussi appelé porte, est le fondement des systèmes numériques.

Circuits intégrés en PCBA

5.1 Circuits intégrés en PCBA et applications

Avant le prototypage rapide et l'impression 3D PCB, la fabrication du PCB et l'assemblage (PCBA = Printed Circuit Board Assembly) se font ainsi.

Le circuit imprimé est fait de cuivre combiné à d'autres matériaux pour former pistes et pastilles. Le PCB est une carte qui maintient les composants électroniques en place.

Les circuits intégrés utilisent un matériau semi-conducteur (silicium) combiné à d'autres composants comme les transistors. Le PCB accueille la puce confortablement sur la carte.

5.2 Applications d'un circuit intégré

Applications des circuits intégrés :

• Ordinateurs personnels
• Téléviseurs
• Dispositifs de mémoire

5.3 Sélection

Les circuits intégrés sont disponibles chez WellPCB. Comme les besoins varient, nous sommes bien équipés. Nous proposons divers circuits intégrés pour répondre à vos intérêts lors de votre PCBA chez nous.

Conclusion

Le circuit intégré ressemble à une percée dans nos difficultés quotidiennes. Des inventeurs qui n'avaient que l'idée à ceux qui l'ont mise en pratique, il a marqué la genèse des circuits intégrés, avec des facteurs comme la vitesse et la fiabilité.

Ces facteurs se sont drastiquement améliorés dans le temps, sinon votre appareil mobile ne serait pas de cette taille mini, mais un gros dispositif en boîtier. En résumé, le circuit intégré nous a apporté une vie meilleure, un monde plus rapide, amélioré et stable.

Comme les circuits intégrés varient grandement selon les choix, nous pouvons vous fournir non seulement votre choix mais aussi l'originalité. Demandez un devis si vous avez besoin d'assemblage, et n'hésitez pas à nous transmettre vos questions ou suggestions.