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 집적 회로

집적 회로(IC)는 커패시터, 다이오드, 트랜지스터 및 저항기와 같은 많은 작은 구성 요소를 운반하는 반도체 칩입니다.이 작은 구성 요소는 디지털 또는 아날로그 기술을 사용하여 데이터를 계산하고 저장하는 데 사용됩니다.IC는 완전하고 안정적인 회로로 사용할 수 있는 작은 칩이라고 생각할 수 있습니다.집적 회로는 카운터, 발진기, 증폭기, 논리 게이트, 타이머, 컴퓨터 메모리 또는 마이크로프로세서일 수도 있습니다.

IC는 오늘날 모든 전자 장치의 기본 구성 요소로 간주됩니다.그 이름은 얇은 실리콘으로 만든 반도체 재료에 내장된 여러 개의 상호 연결된 구성 요소 시스템을 암시합니다.

집적회로의 역사

집적회로의 기본 기술은 1950년 미국의 Robert Noyce와 Jack Kilby에 의해 처음 소개되었습니다.미 공군은 이 새로운 발명품의 첫 번째 소비자였습니다.Jack 또한 Kilby는 소형 IC 발명으로 2000년에 노벨 물리학상을 수상했습니다.

Kilby의 설계가 소개된 지 1년 반 후 Robert Noyce는 자신의 집적 회로 버전을 소개했습니다.그의 모델은 Kilby 장치의 몇 가지 실제적인 문제를 해결했습니다.Noyce는 그의 모델에 실리콘을 사용했고 Jack Kilby는 게르마늄을 사용했습니다.

Robert Noyce와 Jack Kilby는 모두 집적 회로에 대한 기여로 미국 특허를 받았습니다.그들은 몇 년 동안 법적 문제로 어려움을 겪었습니다.마지막으로 Noyce와 Kilby의 회사는 둘 다 그들의 발명품에 대해 상호 라이센스를 부여하고 이를 거대한 글로벌 시장에 소개하기로 결정했습니다.

집적 회로의 유형

집적 회로에는 두 가지 유형이 있습니다.이것들은:

1. 아날로그 IC

아날로그 IC는 수신되는 신호에 따라 지속적으로 출력이 변경됩니다.이론적으로 이러한 IC는 무제한의 상태를 얻을 수 있습니다.이러한 유형의 IC에서 움직임의 출력 레벨은 신호 입력 레벨의 선형 함수입니다.

선형 IC는 무선 주파수(RF) 및 오디오 주파수(AF) 증폭기로 작동할 수 있습니다.여기에서 일반적으로 사용되는 장치는 연산 증폭기(op-amp)입니다.또한 온도 센서는 또 다른 일반적인 응용 분야입니다.선형 IC는 신호가 특정 값에 도달하면 다양한 장치를 켜고 끌 수 있습니다.이 기술은 오븐, 히터, 에어컨에서 찾아볼 수 있습니다.

2. 디지털 IC

 이는 아날로그 IC와 다릅니다.일정한 범위의 신호 레벨에서는 작동하지 않습니다.대신 몇 가지 사전 설정된 수준에서 작동합니다.디지털 IC는 기본적으로 논리 게이트의 도움으로 작동합니다.논리 게이트는 이진 데이터를 사용합니다.이진 데이터의 신호에는 낮음(논리 0)과 높음(논리 1)이라는 두 가지 레벨만 있습니다.

디지털 IC는 컴퓨터, 모뎀 등과 같은 광범위한 응용 분야에 사용됩니다.

집적 회로가 인기 있는 이유는 무엇입니까?

거의 30년 전에 발명되었음에도 불구하고 집적 회로는 여전히 수많은 응용 분야에서 사용되고 있습니다.인기의 원인이 되는 몇 가지 요소에 대해 논의해 보겠습니다.

1. 확장성

몇 년 전, 반도체 산업의 매출은 무려 3,500억 달러에 이르렀습니다.인텔이 가장 큰 기여를 했습니다.다른 플레이어도 있었고 이들 중 대부분은 디지털 시장에 속했습니다.수치를 보면 반도체 산업이 창출하는 매출의 80%가 이 시장에서 나온 것을 알 수 있다.

이러한 성공에는 집적 회로가 큰 역할을 했습니다.아시다시피, 반도체 업계의 연구자들은 집적 회로, 응용 분야, 사양을 분석하고 규모를 확대했습니다.

최초로 발명된 IC에는 트랜지스터가 몇 개(구체적으로는 5개)밖에 없었습니다.이제 우리는 총 55억 개의 트랜지스터를 갖춘 Intel의 18코어 Xeon을 보았습니다.또한 IBM의 스토리지 컨트롤러에는 2015년에 480MB L4 캐시를 갖춘 71억 개의 트랜지스터가 있었습니다.

이러한 확장성은 집적 회로의 인기에 큰 역할을 했습니다.

2. 비용

IC 비용에 관해 여러 가지 논쟁이 있어 왔습니다.수년에 걸쳐 IC의 실제 가격에 대한 오해도 있어 왔습니다.그 이유는 IC가 더 이상 단순한 개념이 아니기 때문입니다.기술은 엄청나게 빠른 속도로 발전하고 있으며, 칩 설계자는 IC 비용을 계산할 때 이러한 속도를 따라잡아야 합니다.

몇 년 전만 해도 IC의 비용 계산은 실리콘 다이에 의존해 왔습니다.당시 칩 비용 추정은 다이 크기에 따라 쉽게 결정될 수 있었습니다.실리콘은 여전히 ​​계산의 주요 요소이지만 전문가들은 IC 비용을 계산할 때 다른 구성 요소도 고려해야 합니다.

지금까지 전문가들은 IC의 최종 비용을 결정하기 위해 매우 간단한 방정식을 추론했습니다.

최종 IC 비용 = 패키지 비용 + 테스트 비용 + 다이 비용 + 배송 비용

이 방정식은 칩 제조에 큰 역할을 하는 모든 필수 요소를 고려합니다.그 외에도 고려해야 할 몇 가지 다른 요소가 있을 수 있습니다.IC 비용을 추정할 때 염두에 두어야 할 가장 중요한 점은 생산 과정에서 여러 가지 이유로 가격이 달라질 수 있다는 것입니다.

또한 제조 과정에서 내려진 기술적 결정은 프로젝트 비용에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

3. 신뢰성

집적 회로 생산은 수백만 주기 동안 모든 시스템이 지속적으로 작동해야 하기 때문에 매우 민감한 작업입니다.외부 전자기장, 극한 온도 및 기타 작동 조건은 모두 IC 작동에 중요한 역할을 합니다.

그러나 이러한 문제의 대부분은 올바르게 제어된 고응력 테스트를 사용하면 제거됩니다.새로운 오류 메커니즘을 제공하지 않아 집적 회로의 신뢰성이 향상됩니다.또한 더 높은 응력을 사용하여 상대적으로 짧은 시간에 파손 분포를 결정할 수 있습니다.

이러한 모든 측면은 집적 회로가 제대로 작동할 수 있는지 확인하는 데 도움이 됩니다.

또한 집적 회로의 동작을 결정하는 몇 가지 기능은 다음과 같습니다.

온도

온도가 크게 변할 수 있으므로 IC 생산이 극도로 어려워집니다.

전압.

장치는 약간 다를 수 있는 공칭 전압에서 작동합니다.

프로세스

장치에 사용되는 가장 중요한 프로세스 변화는 임계 전압과 채널 길이입니다.공정 변동은 다음과 같이 분류됩니다.

• 많이 많이
• 웨이퍼 대 웨이퍼
• 죽어서 죽는다

집적 회로 패키지

패키지는 집적 회로의 다이를 감싸서 쉽게 연결할 수 있도록 해줍니다.다이의 각 외부 연결은 작은 금선 조각으로 패키지의 핀에 연결됩니다.핀은 은색의 압출 단자입니다.그들은 회로를 통과하여 칩의 다른 부분과 연결됩니다.이는 회로를 둘러싸며 회로의 와이어와 나머지 구성 요소에 연결되기 때문에 매우 중요합니다.

여기에서 사용할 수 있는 여러 가지 유형의 패키지가 있습니다.모두 고유한 장착 유형, 고유한 치수 및 핀 수를 가지고 있습니다.이것이 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다.

핀 카운팅

모든 집적 회로는 극성이 있으며 각 핀은 기능과 위치가 모두 다릅니다.이는 패키지가 모든 핀을 서로 표시하고 분리해야 함을 의미합니다.대부분의 IC는 점이나 노치를 사용하여 첫 번째 핀을 표시합니다.

첫 번째 핀의 위치를 ​​식별하면 회로를 따라 시계 반대 방향으로 갈수록 나머지 핀 번호가 순서대로 증가합니다.

설치

실장은 패키지 유형의 고유한 특성 중 하나입니다.모든 패키지는 표면 실장(SMD 또는 SMT) 또는 스루홀(PTH)이라는 두 가지 실장 범주 중 하나로 분류될 수 있습니다.스루홀 패키지는 더 크기 때문에 작업하기가 훨씬 쉽습니다.이는 회로의 한 면에 고정되고 다른 면에 납땜되도록 설계되었습니다.

표면 실장 패키지는 작은 것부터 아주 작은 것까지 다양한 크기로 제공됩니다.상자의 한쪽면에 고정되어 있으며 표면에 납땜되어 있습니다.이 패키지의 핀은 칩에 수직이거나 측면으로 압착되어 있거나 때로는 칩 바닥의 매트릭스에 설정되어 있습니다.표면 실장 형태의 집적 회로도 조립하려면 특수 도구가 필요합니다.

듀얼 인라인

DIP(Dual In-line Package)는 가장 일반적인 패키지 중 하나입니다.이것은 일종의 스루홀 IC 패키지입니다.이 작은 칩에는 검은색 플라스틱 직사각형 하우징에서 수직으로 뻗어 있는 두 개의 평행한 핀 열이 포함되어 있습니다.

핀 사이의 간격은 약 2.54mm입니다. 이는 브레드보드 및 기타 프로토타입 제작 보드에 딱 맞는 표준입니다.핀 수에 따라 DIP 패키지의 전체 크기는 4에서 64까지 다양할 수 있습니다.

각 핀 행 사이의 영역은 DIP IC가 브레드보드의 중앙 영역과 겹칠 수 있도록 간격을 두고 있습니다.이렇게 하면 핀이 자체 줄을 갖고 단락되지 않는지 확인할 수 있습니다.

작은 윤곽선

소형 아웃라인 집적 회로 패키지 또는 SOIC는 표면 실장과 유사합니다.DIP의 모든 핀을 구부리고 축소하여 구성됩니다.이 패키지는 눈을 감고도 손이 안정적으로 조립할 수 있습니다. 정말 쉽습니다!

쿼드 플랫

Quad Flat 패키지는 네 방향 모두에 핀을 펼칩니다.쿼드 플랫 IC의 총 핀 수는 한 측면에 8개 핀(총 32개)부터 측면에 70개 핀(총 300개 이상)까지 다양할 수 있습니다.이 핀 사이에는 약 0.4mm~1mm의 공간이 있습니다.쿼드 플랫 패키지의 더 작은 변형은 로우 프로파일(LQFP), 얇은(TQFP) 및 매우 얇은(VQFP) 패키지로 구성됩니다.

볼 그리드 어레이

볼 그리드 어레이(BGA)는 가장 발전된 IC 패키지입니다.이는 집적 회로 베이스의 2차원 그리드에 작은 솔더 볼이 설치된 매우 복잡하고 작은 패키지입니다.전문가들이 솔더볼을 다이에 직접 부착하는 경우도 있습니다!

Ball Grid Arrays 패키지는 Raspberry Pi 또는 pcDuino와 같은 고급 마이크로프로세서에 자주 활용됩니다.