집적회로(IC)에 대한 영어 입문이 시급합니다. 도와주세요.

집적 회로란 무엇입니까?

배경

일반적으로 IC라고 불리는 집적 회로는 다음과 같은 전자 회로와 부품의 미세한 배열입니다. 실리콘과 같은 반도체 재료의 단결정 또는 칩 표면에 확산되거나 주입된 것입니다. 구성 요소, 회로 및 기본 재료가 모두 단일 조각으로 만들어지거나 통합되어 있기 때문에 집적 회로라고 합니다. IC는 구성 요소가 서로 다른 재료로 분리되어 나중에 조립되는 개별 회로와 달리 단순한 논리 모듈 및 증폭기부터 수백만 개의 요소가 포함된 완전한 마이크로컴퓨터까지 다양합니다.

영향 IC는 거의 모든 전자 장치의 주요 구성 요소가 되었습니다. 이러한 소형 회로는 이전의 진공관 및 트랜지스터에 비해 낮은 비용, 높은 신뢰성, 낮은 전력 요구 사항 및 높은 처리 속도를 보여주었습니다. 집적 회로 마이크로컴퓨터는 이전에 유압, 공압 또는 기계적 제어가 사용되었던 공작 기계, 차량 운영 체제 및 기타 응용 분야의 컨트롤러로 사용됩니다. IC 마이크로컴퓨터는 이전 제어 메커니즘보다 더 작고 더 다양합니다. 허용하다

더 넓은 범위의 입력에 반응하고 더 넓은 범위의 출력을 생성하는 장비입니다. 또한 제어 회로를 다시 설계하지 않고도 다시 프로그래밍할 수 있습니다. 집적 회로 마이크로컴퓨터는 어린이용 전자 장난감에서도 볼 수 있을 만큼 저렴합니다.

최초의 집적 회로는 미사일 제어 시스템에 사용하기 위한 소형 전자 장치에 대한 군대의 요구에 따라 1950년대 후반에 만들어졌습니다. 당시에는 트랜지스터와 인쇄 회로 기판이 최첨단이었습니다. 전자 기술로 인해 많은 새로운 전자 응용 분야가 가능해졌지만 엔지니어들은 여전히 ​​정교한 제어 시스템 및 휴대용 프로그래밍 가능 계산기와 같은 복잡한 장치에 필요한 수많은 구성 요소와 회로를 수용할 만큼 작은 패키지를 만들 수 없었습니다. 소형화된 전자 장치의 획기적인 발전과 개발 노력이 너무 가까워서 실제로 어느 회사가 최초의 IC를 생산했는지에 대한 의문이 생겼습니다. 실제로 1959년에 집적 회로에 대한 특허가 최종적으로 취득되었을 때 이 특허는 두 개인이 공동으로 부여했습니다.

1959년 IC가 발명된 후 단일 칩에 통합할 수 있는 구성 요소와 회로의 수가 몇 년 동안 매년 두 배로 늘어났습니다.

이러한 초기 IC를 생산하는 프로세스는 소규모 통합(SSI)으로 알려져 있으며, 1960년대 중반에는 중간 규모 통합(MSI)이 수백 개의 구성 요소로 구성된 IC를 생산했습니다. 수천 개의 부품으로 구성된 IC를 생산하고 최초의 마이크로컴퓨터를 가능하게 만든 규모 통합 기술(LSI).

종종 마이크로프로세서라고 불리는 최초의 마이크로컴퓨터 칩은 1969년 Intel Corporation에서 개발되었습니다. 상용화되었습니다. 1971년 Intel 4004로 생산되었습니다. Intel은 1979년에 8088 칩을 출시했고 그 뒤를 이어 Intel 80286, 80386 및 80486이 출시되었습니다. 1980년대 후반과 1990년대 초반에 286, 386 및 486이라는 명칭은 컴퓨터 사용자에게 다음과 같이 잘 알려져 있었습니다. 증가하는 컴퓨팅 성능 및 속도 수준을 반영합니다. Intel의 Pentium 칩은 이 시리즈의 최신 제품이며 더욱 높은 수준을 반영합니다.

집적 회로 구성 요소

구성 요소가 형성되는 방식

집적 회로에서는 저항기, 커패시터, 다이오드 및 트랜지스터와 같은 전자 부품이 실리콘 결정 표면에 직접 형성됩니다. 집적 회로 제조 과정은 먼저 몇 가지 기본 사항을 이해하면 더 이해가 될 것입니다. 이러한 부품이 어떻게 형성되는지.

첫 번째 IC가 개발되기 전에도 일반적인 전자 부품이 실리콘으로 만들어질 수 있다는 것이 알려졌습니다.

문제는 동일한 실리콘 조각으로 연결 회로를 만드는 방법이었습니다. 해결책은 일부 도펀트 결합이라고 하는 다른 화학 물질을 추가하여 실리콘 결정 표면의 작은 영역의 화학적 구성을 변경하거나 도핑하는 것이었습니다. 실리콘과 결합하여 도펀트 원자가 하나의 전자를 포기할 수 있는 영역을 생성합니다. 이를 N 영역이라고 하며, 다른 도펀트가 실리콘과 결합하여 도펀트 원자가 전자 1개를 가질 수 있는 영역을 생성합니다. P 영역이 N 영역과 접촉할 때 두 영역 사이의 경계를 PN 접합이라고 합니다. 이 경계는 너비가 0.000004인치(0.0001cm)에 불과하지만 집적 회로 구성 요소의 작동에 중요합니다.

PN 접합 내에서 두 영역의 원자는 공핍 영역이라고 불리는 세 번째 영역을 생성하는 방식으로 결합합니다. 여기서 P 도펀트 원자는 모든 N 도펀트 추가 전자를 포착하여 그 중 하나를 고갈시킵니다. 결과적으로 P 영역에 양의 전압을 가하면 전류가 접합을 통해 N 영역으로 흐를 수 있지만 N 영역에 비슷한 양의 전압을 가하면 접합 뒤쪽을 통해 전류가 거의 또는 전혀 흐르지 않게 됩니다. 전압이 인가되는 면에 따라 전도 또는 절연을 수행하는 PN 접합의 이러한 능력을 사용하여 i를 형성할 수 있습니다.

예를 들어 다이오드는 도펀트의 양과 유형을 변경하고 P와 N의 모양과 상대적 배치를 변경하여 전류 흐름을 지시하고 제어하는 ​​통합 회로 구성 요소입니다. 영역에서는 저항기 및 커패시터의 기능을 에뮬레이트하는 집적 회로 구성 요소도 형성될 수 있습니다.

설계

일부 집적 회로는 일단 설계되면 표준 기성 품목으로 간주될 수 있습니다. 표준 IC의 예로는 전압 조정기, 증폭기, 아날로그 스위치, 아날로그-디지털 또는 디지털-아날로그 변환기가 있으며, 이러한 IC는 일반적으로 인쇄 제품에 통합되는 다른 회사에 판매됩니다. 다양한 전자 제품용 회로 기판.

다른 집적 회로는 고유하며 광범위한 설계 작업이 필요합니다. 예를 들어 컴퓨터용 새로운 마이크로프로세서에는 새로운 재료와 새로운 제조 기술에 대한 연구 및 개발이 필요할 수 있습니다. 최종 설계를 완성합니다.

원자재

순수 실리콘은 대부분의 집적 회로의 기초입니다. 이는 전체 칩의 베이스 또는 기판을 제공하며 화학적으로 도핑되어 집적 회로 구성 요소를 구성하는 N 및 P 영역은 100억 개의 원자 중 하나만이 IM이 될 수 있을 정도로 순수해야 합니다.

순도는 모래 10개에 설탕 한 알에 해당합니다. 이산화규소는 IC 커패시터의 절연체 및 유전체 재료로 사용됩니다.

일반적인 N형 도펀트에는 인과 비소가 포함됩니다. 붕소와 갈륨은 일반적인 P형 도펀트입니다. 알루미늄은 일반적으로 다양한 IC 구성 요소 사이의 커넥터로 사용됩니다. 집적 회로 칩에서 실장 패키지로 연결되는 얇은 와이어는 알루미늄 또는 금으로 만들어질 수 있습니다. 세라믹이나 플라스틱 재료로 만듭니다.

제조

공정

수백 개의 집적 회로가 하나의 얇은 실리콘 조각에서 동시에 만들어지며 그런 다음 개별 IC 칩으로 절단됩니다. 제조 공정은 공기를 필터링하여 이물질을 제거하는 클린룸이라는 엄격하게 통제되는 환경에서 이루어집니다. 실내에 있는 소수의 장비 작업자는 보풀이 없는 의류, 장갑 및 덮개를 착용합니다. 일부 IC 부품은 특정 주파수의 빛에 민감하므로 광원도 필터링됩니다. 제조 공정은 집적 회로에 따라 다를 수 있지만 일반적으로 다음과 같은 공정이 적용됩니다.

실리콘 웨이퍼 준비

직경 약 1.5~4.0인치(3.8~10.2cm)의 원통형 실리콘 잉곳을 고온의 진공 챔버 내부에 수직으로 유지합니다.

실린더 상단에서 시작하여 실리콘은 약 2550°F(1400°C)의 녹는점까지 가열됩니다. 가열된 영역은 용융된 표면 장력에 의해서만 유지됩니다. 실리콘이 녹으면서 실리콘의 불순물은 천천히 실린더 길이 방향으로 이동하고, 가열 코일이 바닥에 도달하면 불순물도 용융된 부분과 함께 운반됩니다. 불순물이 쓸려가 거기에 농축된 다음 바닥이 잘려져 정제된 원통형 실리콘 잉곳이 남습니다.

정확한 도구를 사용하여 얇고 둥근 실리콘 웨이퍼를 잘라냅니다. 웨이퍼 슬라이서라고 하는 기계 절단입니다. 각 슬라이스의 두께는 약 0.01~0.025인치(0.004~0.01cm)입니다. 집적 회로가 형성될 표면은 연마됩니다.

절연 베이스를 형성하고 불순물을 유발할 수 있는 실리콘의 산화를 방지하기 위해 이산화규소 층으로 코팅합니다. 이산화규소는 웨이퍼를 여러 대기 하에서 약 1,000°C의 과열 증기에 노출시켜 형성됩니다. 수증기 속의 산소가 실리콘과 반응할 수 있도록 압력을 조절하여 온도와 노출 시간을 조절하면 이산화규소 층의 두께가 조절됩니다.

마스킹

회로와 부품의 복잡하고 상호 연결된 설계는 인쇄 회로 기판을 만드는 데 사용되는 것과 유사한 공정으로 준비됩니다. 그러나 IC의 경우 크기가 훨씬 작고 서로 겹쳐진 많은 레이어가 있습니다. 레이어는 컴퓨터 지원 제도 기계에서 준비되고 이미지는 광학적으로 축소되어 웨이퍼 표면으로 전사되는 마스크로 만들어집니다. 마스크는 특정 영역에서는 불투명하고 다른 영역에서는 투명합니다. 웨이퍼 위에 형성될 수백 개의 집적 회로를 모두.

실리콘 웨이퍼 중앙에 포토레지스트 재료 한 방울을 떨어뜨리고, 웨이퍼를 빠르게 회전시켜 포토레지스트를 전체 표면에 분포시킵니다. 그런 다음 포토레지스트를 구워서 용매를 제거합니다.

그런 다음 코팅된 웨이퍼를 첫 번째 레이어 마스크 아래에 놓고 빛을 조사합니다. 회로와 구성 요소 사이의 공간이 매우 작기 때문에 자외선이 매우 많이 발생합니다. 단파장은 마스크의 작고 투명한 영역을 통과하는 데 사용됩니다. 전자 빔이나 X선은 때때로 포토레지스트를 조사하는 데 사용됩니다.

마스크가 제거되고 포토레지스트의 일부가 용해됩니다. 포지티브 포토레지스트를 사용한 경우 조사된 부분이 용해됩니다. 네거티브 포토레지스트를 사용한 경우 조사된 부분이 용해됩니다.

그런 다음 노출되지 않은 영역을 화학적으로 에칭하여 층을 열거나 화학적 도핑을 통해 P 또는 N 영역 층을 생성합니다.

도핑 - 원자 확산

P 또는 N 영역의 층을 생성하기 위해 도펀트를 추가하는 한 가지 방법은 원자 확산입니다. 이 방법에서 웨이퍼 배치는 가열 요소로 둘러싸인 석영 튜브로 만들어진 오븐에 배치됩니다. 약 1500-2200°F(816-1205°C)이며, 도펀트 화학물질은 불활성 가스 위에 운반됩니다. 도펀트와 가스가 웨이퍼 위를 통과할 때 도펀트는 마스킹 공정에 의해 노출된 뜨거운 표면에 증착됩니다. 이 방법은 상대적으로 큰 영역을 도핑하는 데 적합하지만 작은 영역에는 정확하지 않습니다. 또한 연속적인 층이 추가됨에 따라 고온을 반복적으로 사용하는 경우에도 몇 가지 문제가 있습니다.

도핑 - 이온 주입

도펀트를 추가하는 두 번째 방법은 이온 주입입니다. 이 방법에서는 포스핀이나 삼염화붕소와 같은 도펀트 가스를 이온화하여 고에너지 도펀트 이온 빔을 제공하며, 이 빔은 특정 영역에서 발사됩니다. 이온은 웨이퍼에 침투하여 주입된 상태로 유지됩니다. 침투 깊이는 빔 에너지를 변경하여 제어할 수 있으며, 도펀트의 양은 빔 전류 및 노출 시간을 변경하여 제어할 수 있습니다. 구부러진 ca의 빔

이 방법은 매우 정확하여 마스킹이 필요하지 않습니다. 필요한 곳에 도펀트를 겨냥하고 발사하기만 하면 됩니다. 그러나 원자 확산 과정보다 훨씬 느립니다.

연속 레이어 만들기

모든 집적 회로 칩이 완성될 때까지 사용된 도핑 공정에 따라 연속적인 각 층에 대해 마스킹 및 에칭 또는 도핑 공정이 반복되는 경우도 있습니다. 때로는 절연체를 제공하기 위해 이산화규소 층을 깔기도 합니다. 레이어 또는 구성 요소 사이에는 웨이퍼 표면이 약 400°C(752°F)로 가열되고 가스 실란과 산소 사이의 반응으로 이산화규소 층이 증착되는 화학 기상 증착이라는 공정을 통해 수행됩니다. 최종 이산화규소 층이 표면을 밀봉하고, 최종 에칭을 통해 접점이 열리고, 알루미늄 층이 증착되어 접점 패드를 만듭니다.

개별 IC 만들기

얇은 웨이퍼는 마치 유리 조각처럼 미세한 다이아몬드 커터로 선을 긋고 웨이퍼에 압력을 가해 칩을 분리하는 방식으로 수백 개의 개별 칩을 분리합니다. 전기적 테스트에 실패한 IC는 폐기됩니다. 현미경으로 검사하면 분리 과정에서 손상된 다른 IC가 발견되며 이들도 폐기됩니다.

양호한 IC는 폐기됩니다.

장착 패키지에 개별적으로 접착되고 얇은 와이어 리드는 초음파 접착 또는 열압착을 통해 연결됩니다. 장착 패키지에는 식별 부품 번호 및 기타 정보가 표시되어 있습니다.

완성된 집적 회로는 안티-파손 방지 밀봉 처리되어 있습니다. 고정된 비닐봉지는 최종 사용자에게 보관되거나 배송됩니다.

품질 관리

통제된 환경과 정밀 도구의 사용에도 불구하고 많은 수의 집적 회로 칩이 거부됩니다. 불량 칩의 비율은 수년에 걸쳐 꾸준히 감소해 왔지만, 미세한 회로와 부품을 서로 얽힌 격자로 만드는 작업은 여전히 ​​어려우며 일정량의 불량품이 불가피합니다.

위험 물질 및

재활용

갈륨과 비소 등의 불순물은 독성 물질이므로 보관, 사용, 폐기를 엄격하게 통제해야 합니다.

집적 회로 칩은 매우 중요하기 때문입니다. 다재다능한 중요한 재활용 산업이 생겨났습니다. 많은 IC와 기타 전자 부품이 구식 장비에서 제거되어 테스트를 거쳐 다른 장치에 사용하기 위해 재판매됩니다.

미래

집적 회로의 미래가 어떻게 될지 확실하게 말하기는 어렵습니다. 장치가 발명된 이후 기술의 변화는 급속했지만 아키텍처나 회로에는 많은 변화가 있었습니다.

칩에 레이아웃이 없지만 집적 회로는 여전히 실리콘 기반 설계로 남아 있습니다.

전자 장치 발전의 다음 큰 도약이 이루어지려면 완전히 새로운 기술이 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 인간의 두뇌는 어떤 컴퓨터보다 훨씬 효율적으로 정보를 처리하며 일부 미래학자들은 차세대 프로세서 회로가 생물학적일 것이라고 추측했습니다. 현 시점에서는 집적 회로가 멸종될 위험이 있다는 즉각적인 징후는 없습니다.