Tous les appareils électroniques que nous utilisons dans notre vie quotidienne, tels que les téléphones portables, les ordinateurs portables, les réfrigérateurs, les ordinateurs, les téléviseurs et tous les autres appareils électriques et électroniques sont fabriqués avec des circuits simples ou complexes. Les circuits électroniques sont réalisés en utilisant plusieurs composants électriques et électroniques connectés les uns aux autres en connectant des fils ou des fils conducteurs pour la circulation du courant électrique à travers les multiples composants du circuit, tels que résistances , condensateurs , inducteurs, diodes, transistors, etc. Les circuits peuvent être classés en différents types en fonction de différents critères, tels que, en fonction des connexions: circuits en série et circuits en parallèle en fonction de la taille et du processus de fabrication du circuit: circuits intégrés et circuits discrets et, en fonction du signal utilisé dans le circuit : circuits analogiques et circuits numériques. Cet article présente un aperçu des différents types de circuits intégrés et de leurs applications.

Qu'est-ce qu'un circuit intégré?

Circuit intégré ou IC ou micropuce ou puce est un microscopique circuit électrique réseau formé par la fabrication de divers composants électriques et électroniques (résistances, condensateurs, transistors, etc.) sur un matériau semi-conducteur (silicium), qui peut effectuer des opérations similaires aux grands circuits électroniques discrets constitués de composants électroniques discrets.

Circuits intégrés

Comme tous ces réseaux de composants, les circuits microscopiques et la base de matériau de la plaquette semi-conductrice sont intégrés ensemble pour former une seule puce, par conséquent, il est appelé circuit intégré ou puce intégrée ou micropuce.

Les circuits électroniques sont développés en utilisant des composants électroniques individuels ou discrets de différentes tailles, de sorte que le coût et la taille de ces circuits discrets augmentent avec le nombre de composants utilisés dans le circuit. Pour surmonter cet aspect négatif, la technologie des circuits intégrés a été développée - Jack Kilby de Texas Instruments a développé le premier IC ou circuit intégré dans les années 1950, et par la suite, Robert Noyce de Fairchild Semiconductor a résolu certains problèmes pratiques de ce circuit intégré.

Histoire des circuits intégrés

L'histoire des circuits intégrés a commencé avec les dispositifs à semi-conducteurs. L'invention du premier tube à vide a été réalisée par John Ambrose (J.A) Fleming en 1897, appelée diode à vide. Pour les moteurs, il a inventé la règle de la main gauche. Après cela, en 1906, un nouveau vide a été inventé à savoir Triode et il est utilisé pour l'amplification.

Après cela, le transistor a été inventé aux Bell Labs en 1947 pour remplacer les tubes à vide en partie parce que les transistors sont de petits composants qui utilisent moins d'énergie pour fonctionner. Différents circuits ont été conçus à l'aide de composants discrets en se séparant les uns des autres et disposés sur les cartes de circuits imprimés en contrôlant par des mains appelées circuits non intégrés. Ces circuits intégrés consomment beaucoup d'énergie et d'espace et leur sortie n'est pas aussi fluide.

En 1959, Integrated Circuit a été développé, où plusieurs composants électroniques et électriques ont été fabriqués sur une seule plaquette de silicium. Les circuits intégrés utilisent une faible puissance pour fonctionner et fournir une sortie régulière. En outre, l'amélioration des transistors sur un circuit intégré peut également être augmentée.

Evolution des circuits intégrés à partir de différentes technologies

La classification des circuits intégrés peut être effectuée en fonction des tailles de la puce et de l'échelle d'intégration. Ici, une échelle d'intégration spécifie le nombre de composants électroniques placés dans un circuit intégré typique.
De 1961 à 1965, la technologie d'intégration à petite échelle (SSI) a été utilisée pour fabriquer 10 à 100 transistors sur une seule puce afin de fabriquer des bascules et des portes logiques.

De 1966 à 1970, la technologie d'intégration à moyenne échelle (MSI) a été utilisée pour fabriquer 100 à 1000 transistors sur une seule puce pour fabriquer des multiplexeurs, des décodeurs et des compteurs.

De 1971 à 1979, la technologie d'intégration à grande échelle (LSI) a été utilisée pour fabriquer 1000 à 20000 transistors sur une seule puce pour faire de la RAM, microprocesseur, ROM

De 1980 à 1984, la technologie d'intégration à très grande échelle (VLSI) a été utilisée pour fabriquer 20000 à 50000 transistors sur une seule puce afin de fabriquer des microprocesseurs RISC, des DSP et des microprocesseurs mi16 bits et 32 bits.

De 1985 à aujourd'hui, la technologie d'intégration à très grande échelle (ULSI) a été utilisée pour fabriquer 50000 à des milliards de transistors sur une seule puce afin de fabriquer des microprocesseurs 64 bits.

Limitations des différents types de circuits intégrés

La limitation des différents types de circuits intégrés comprend les éléments suivants.

“qu'est-ce qu'un semi-conducteur intrinsèque ”

La puissance nominale est limitée
Il fonctionne à basse tension
Il génère du bruit pendant le fonctionnement
Une cote élevée de PNP n'est pas probable
Ses composants dépendent de la tension comme les résistances et les condensateurs
C'est délicat
La fabrication d'un circuit intégré à faible bruit est difficile
Le coefficient de température est difficile à atteindre.
L'assemblage de PNP de haute qualité n'est pas réalisable.
Dans IC, tout com
Dans un CI, différents composants ne peuvent pas être remplacés, supprimés, donc, si un composant dans un CI est endommagé, alors le CI complet doit changer avec le nouveau.
La puissance nominale est limitée car la fabrication de circuits intégrés d'une puissance supérieure à 10 watts n'est pas possible

Différents types de circuits intégrés

Il existe différents types de CI. La classification des circuits intégrés se fait en fonction de divers critères. Quelques types de CI dans un système sont présentés dans la figure ci-dessous avec leurs noms dans un format arborescent.

Différents types d'ICS

Sur la base de l'application prévue, le CI est classé comme circuits intégrés analogiques, circuits intégrés numériques et circuits intégrés mixtes.

Circuits intégrés numériques

Les circuits intégrés qui ne fonctionnent qu'à quelques niveaux définis au lieu de fonctionner à des niveaux globaux d'amplitude de signal sont appelés CI numériques et sont conçus en utilisant plusieurs nombres de portes logiques numériques , multiplexeurs, bascules et autres composants électroniques de circuits. Ces portes logiques fonctionnent avec des données d'entrée binaires ou des données d'entrée numériques, telles que 0 (bas ou faux ou logique 0) et 1 (haut ou vrai ou logique 1).

Circuits intégrés numériques

La figure ci-dessus montre les étapes impliquées dans la conception de circuits intégrés numériques typiques. Ces circuits intégrés numériques sont fréquemment utilisés dans les ordinateurs, microprocesseurs , processeurs de signaux numériques, réseaux informatiques et compteurs de fréquence. Il existe différents types de circuits intégrés numériques ou types de circuits intégrés numériques, tels que les circuits intégrés programmables, les puces de mémoire, les circuits intégrés logiques, les circuits intégrés de gestion de l'alimentation et les circuits intégrés d'interface.

Circuits intégrés analogiques

Les circuits intégrés qui fonctionnent sur une plage continue de signaux sont appelés circuits intégrés analogiques. Ceux-ci sont subdivisés en circuits intégrés linéaires (CI linéaires) et Fréquence radio Circuits intégrés (RF IC). En fait, la relation entre la tension et le courant peut être non linéaire dans certains cas sur une longue plage du signal analogique continu.

Circuits intégrés analogiques

Le circuit intégré analogique fréquemment utilisé est un amplificateur opérationnel ou simplement appelé amplificateur opérationnel, similaire à l'amplificateur différentiel, mais possède un gain de tension très élevé. Il se compose d'un très petit nombre de transistors par rapport aux circuits intégrés numériques et, pour le développement de circuits intégrés analogiques spécifiques aux applications (ASIC analogiques), des outils de simulation informatisés sont utilisés.

Circuits intégrés linéaires

Dans un circuit intégré analogique, s'il existe une relation linéaire entre sa tension et son courant, on parle alors de circuit intégré linéaire. Le meilleur exemple de cet IC linéaire est 741 IC, est un ampli opérationnel DIP (Dual In-line Package) à 8 broches,

Circuits intégrés à radiofréquence

Dans un circuit intégré analogique, s'il existe une relation non linéaire entre sa tension et son courant, on parle alors de circuits intégrés radiofréquence. Ce type de circuit intégré est également connu sous le nom de circuit intégré radiofréquence.

Circuits intégrés mixtes

Les circuits intégrés obtenus par la combinaison de circuits intégrés analogiques et numériques sur une seule puce sont appelés circuits intégrés mixtes. Ces circuits intégrés fonctionnent comme des convertisseurs numérique-analogique, Convertisseurs analogique-numérique (Convertisseurs N / A et A / N) et circuits intégrés d'horloge / de synchronisation. Le circuit représenté sur la figure ci-dessus est un exemple du circuit intégré mixte qui est une photographie du récepteur radar auto-réparateur de 8 à 18 GHz.

Circuits intégrés mixtes

Ce système à signaux mixtes est le résultat des progrès de la technologie d'intégration, qui ont permis l'intégration de fonctions numériques, analogiques multiples et RF sur une seule puce.

Les types généraux de circuits intégrés (CI) sont les suivants:

Circuits logiques

Ces circuits intégrés sont conçus à l'aide de portes logiques qui fonctionnent avec une entrée et une sortie binaires (0 ou 1). Ceux-ci sont principalement utilisés en tant que décideurs. Sur la base de la logique ou de la table de vérité des portes logiques, toutes les portes logiques connectées dans le circuit intégré donnent une sortie basée sur le circuit connecté à l'intérieur du circuit intégré, de sorte que cette sortie est utilisée pour effectuer une tâche spécifique prévue. Quelques CI logiques sont illustrés ci-dessous.

Circuits logiques

Comparateurs

Les circuits intégrés comparateurs sont utilisés comme comparateurs pour comparer les entrées puis pour produire une sortie basée sur la comparaison des circuits intégrés.

Comparateurs

CI de commutation

Les commutateurs ou circuits intégrés de commutation sont conçus en utilisant les transistors et sont utilisés pour opérations de commutation . La figure ci-dessus est un exemple montrant un commutateur SPDT IC.

CI de commutation

Amplificateurs audio

L'audio amplificateurs sont l'un des nombreux types de circuits intégrés utilisés pour l'amplification de l'audio. Ceux-ci sont généralement utilisés dans les haut-parleurs audio, les circuits de télévision, etc. Le circuit ci-dessus montre le circuit intégré de l'amplificateur audio basse tension.

Amplificateurs audio

Circuit intégré CMOS

Les circuits intégrés CMOS sont extrêmement utilisés dans différentes applications par rapport aux FET en raison de leurs capacités telles que la tension de seuil inférieure et la faible consommation d'énergie. Un CI CMOS comprend des dispositifs P-MOS et N-MOS qui sont fabriqués conjointement sur une puce similaire. La structure de ce circuit intégré est une grille en polysilicium qui aide à diminuer la tension de seuil du dispositif, permettant ainsi un processus à des niveaux de tension faibles.

“comment faire un émetteur sans fil ”

CI régulateurs de tension

Ce type de circuit intégré fournit une sortie CC stable malgré les changements dans l'entrée CC. Les régulateurs de type couramment utilisés sont les CI LM309, uA723, LM105 et 78XX.

Des amplificateurs opérationnels

Le des amplificateurs opérationnels sont des circuits intégrés fréquemment utilisés, similaires aux amplificateurs audio qui sont utilisés pour l'amplification audio. Ces amplificateurs opérationnels sont utilisés à des fins d'amplification, et ces circuits intégrés fonctionnent de la même manière que le transistor circuits amplificateurs. La configuration des broches du 741 op-amp IC est illustrée dans la figure ci-dessus.

Des amplificateurs opérationnels

CI de minuterie

Minuteries sont des circuits intégrés à usage spécial utilisés dans le but de compter et de garder une trace du temps dans les applications prévues. Le schéma synoptique du circuit interne du CI de minuterie LM555 est montré dans le circuit ci-dessus. En fonction du nombre de composants utilisés (généralement en fonction du nombre de transistors utilisés), ils sont les suivants

CI de minuterie

Intégration à petite échelle constitué de seulement quelques transistors (des dizaines de transistors sur une puce), ces circuits intégrés ont joué un rôle essentiel dans les premiers projets aérospatiaux.

Intégration à moyenne échelle se compose de quelques centaines de transistors sur la puce IC développée dans les années 1960 et qui a obtenu une meilleure économie et des avantages par rapport aux IC SSI.

Intégration à grande échelle se compose de milliers de transistors sur la puce avec presque la même économie que les circuits intégrés d'intégration de moyenne échelle. Le premier microprocesseur, puces de calculatrice et RAM de 1 Kbit développés dans les années 1970 avaient moins de quatre mille transistors.

Très grande échelle d'intégration se compose de transistors au nombre de centaines à plusieurs milliards (période de développement: des années 1980 à 2009)

Intégration à très grande échelle se compose de transistors dépassant plus d'un million, et plus tard, l'intégration à l'échelle de la tranche (WSI), le système sur puce (SoC) et le circuit intégré tridimensionnel (3D-IC) ont été développés.

Tous ces éléments peuvent être traités comme des générations de technologies intégrées. Les circuits intégrés sont également classés en fonction du processus de fabrication et de la technologie d'emballage. Il existe de nombreux types de CI parmi lesquels, un CI fonctionnera comme une minuterie, un compteur, S'inscrire , amplificateur, oscillateur, porte logique, additionneur, microprocesseur, etc.

Types de circuits intégrés basés sur les classes

Les circuits intégrés sont disponibles en trois classes en fonction des techniques utilisées lors de leur fabrication.

CI à couche mince et épaisse
CI monolithiques
CI hybrides ou multipuces

CI minces et épais

Dans ces types de circuits intégrés, des composants passifs tels que des condensateurs et des résistances sont utilisés, mais les transistors et les diodes sont connectés comme des composants séparés pour concevoir un circuit. Ces circuits intégrés sont simplement la combinaison de composants intégrés et séparés et ces circuits intégrés ont des caractéristiques et un aspect apparentés en dehors du mode de dépôt du film. A partir de l'ICS, le dépôt de film mince de CI peut être décidé.

Ces circuits intégrés sont conçus en déposant des films de matériau conducteur sur la surface du verre ou sur un support en céramique. En changeant l'épaisseur des films sur les matériaux auront une résistivité différente et la fabrication de composants électroniques passifs peut être effectuée.

Dans ce type de circuit intégré, le procédé d'impression en soie est utilisé pour réaliser le modèle requis du circuit sur un substrat céramique. Parfois, ce type de CI est appelé CI à couche mince imprimée.

CI monolithiques

Dans ce type de circuits intégrés, les interconnexions des composants actifs, passifs et discrets sur une puce de silicium peuvent être formées. Comme son nom l'indique, il est dérivé du mot grec comme mono n'est rien d'autre que unique alors que Lithos signifie pierre. À l'heure actuelle, ces circuits intégrés sont les plus couramment utilisés en raison de leur moindre coût et de leur fiabilité. Les circuits intégrés qui sont fabriqués dans le commerce sont utilisés comme des régulateurs de tension, des amplificateurs, des circuits informatiques et des récepteurs AM. Cependant, l'isolation parmi les composants monolithiques IC est mauvaise mais a également une puissance nominale moindre,

“schéma de circuit de détecteur de métaux téléchargement gratuit ”

Circuit intégré DIP (Dual-in-line package)

Un DIP (un boîtier double en ligne) ou DIPP (un boîtier à deux broches en ligne) est un ensemble de composants électroniques en termes de microélectronique ou d'électronique avec une carte rectangulaire et deux rangées parallèles avec des broches de connexion électrique.

CI hybrides ou multi-puces

Comme son nom l'indique, multi signifie au-dessus d'une puce individuelle qui est interconnectée. Les composants actifs comme les diodes ou les transistors diffusés comprennent ces circuits intégrés alors que les composants passifs sont les condensateurs diffusés ou les résistances sur une seule puce. La connexion de ces composants peut se faire à travers des prototypes métallisés. Les circuits intégrés multi-puces sont largement utilisés pour les applications d'amplificateur haute puissance de 5W à 50W. Par rapport aux circuits intégrés monolithiques, les performances des circuits intégrés hybrides sont supérieures.

Types de packages IC

Les packages IC sont classés en deux types, tels que les emballages à montage traversant et à montage en surface.

Ensembles de montage traversant

La conception de ceux-ci peut être effectuée là où les broches de connexion sont fixées à travers une face de la carte et brûlées de l'autre côté. Par rapport aux autres types, la taille de ces packages est plus grande. Ceux-ci sont principalement utilisés dans les appareils électroniques pour équilibrer l'espace du tableau ainsi que les limites de coûts. Le meilleur exemple de packages de montage traversant est les packages Dual inline, car ce sont les plus utilisés. Ces emballages sont disponibles en deux types comme la céramique et le plastique.

Dans ATmega328, les 28 broches sont situées parallèlement les unes aux autres en se dilatant verticalement et disposées sur une planche de forme rectangulaire en plastique noir. L'espace entre les broches est maintenu à 0,1 pouce. De plus, le paquet change de taille en raison de la différence entre le no. de broches dans des emballages différents. L'agencement de ces broches peut être réalisé de telle manière qu'elles puissent être réglées au milieu d'une maquette de sorte qu'un court-circuit ne puisse pas se produire.

Les différents packages de circuits intégrés à montage traversant sont PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Emballage de montage en surface

Ce type d'emballage suit principalement la technologie de montage, sinon les composants sont placés directement sur le PCB. Même si ses méthodes de fabrication aideront à faire les choses rapidement, elles améliorent également les risques de défauts dus aux composants minuscules et ils sont disposés très près les uns des autres. Ce type d'emballage utilise un moulage en plastique ou en céramique. Les différents types d'emballages à montage en surface qui utilisent des moules en plastique sont les emballages à petit contour en L et BGA (Ball Grid Array).

Les différents packages de circuits intégrés à montage en surface sont SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN et BGA.

Avantages

Les avantages des types de circuits intégrés sont décrits ci-dessous.

La consommation d'énergie est faible

Les circuits intégrés utilisent moins d'énergie pour fonctionner correctement en raison de leur taille et de leur construction réduites.

La taille est compacte

Un petit circuit utilisant des circuits intégrés peut être obtenu pour une fonctionnalité donnée par rapport au circuit discret.

Moins de coût

Par rapport aux circuits discrets, les circuits intégrés sont disponibles à moindre coût en raison de leurs technologies de fabrication ainsi que de l'utilisation de faible matériau.

Moins de poids

Les circuits qui utilisent des circuits intégrés pèsent moins lourd que les circuits discrets

La vitesse de fonctionnement est améliorée

Les circuits intégrés fonctionnent à des vitesses élevées en raison de leurs vitesses de commutation ainsi que de leur faible consommation d'énergie.

Grande fiabilité

Une fois que le circuit utilise des connexions faibles, les circuits intégrés offriront une fiabilité élevée par rapport aux circuits numériques.

La taille du CI est petite mais des milliers de composants peuvent être fabriqués sur cette puce.
En utilisant une seule puce, différents circuits électroniques complexes sont conçus
En raison de la production en vrac, ils sont disponibles à moindre coût
La vitesse de fonctionnement est élevée en raison de l'absence d'effet de capacité parasite.
À partir du circuit mère, il peut être changé facilement

Désavantages

Les inconvénients des différents types de circuits intégrés sont les suivants.

La chaleur ne peut pas être dissipée à une vitesse nécessaire en raison de sa petite taille et un débordement de courant peut endommager le circuit intégré
Dans les circuits intégrés, les transformateurs, ainsi que les inducteurs, ne peuvent pas être incorporés
Il gère une plage de puissance limitée
L'assemblage de PNP de haute qualité n'est pas réalisable.
Un coefficient de basse température ne peut pas être atteint
La plage de dissipation de puissance est jusqu'à 10 watts
Un fonctionnement à haute tension et à faible bruit ne peut pas être obtenu

Il s'agit donc d'un aperçu des différents types de circuits intégrés. Les circuits intégrés conventionnels sont réduits en utilisation pratique, en raison de l'invention de la nanoélectronique et de la miniaturisation des circuits intégrés poursuivie par ce Technologie nanoélectronique . Cependant, les circuits intégrés conventionnels ne sont pas encore remplacés par la nanoélectronique, mais l'utilisation des circuits intégrés conventionnels diminue partiellement. Pour améliorer techniquement cet article, veuillez publier vos questions, idées et suggestions en tant que commentaires dans la section ci-dessous.

Crédits photo: