電子工学

ICとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

ICとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

「IC」 単独の名称から連想すると、最近ではインターチェンジの方が馴染み深いと思われます。

この記事では、ICカードやICチップの「IC」 この「IC」について簡単に記述いたします。

語源

IC
インテグレーティド・サーキット (Integrated Circuit)の頭文字をとった言葉、
Integrated:統合された  Circuit:回路

複数の電子部品が統合つまり集積された電子回路部品で

「集積回路」と呼ばれています。

 

ICとは

トランジスタの発明により、それまで真空管を使っていた電子回路の一部はゲルマニウムやシリコンなどに置き換えられ、電子部品の小型化・高耐久化が進みました。

しかし、電子回路の構成上、コンデンサや抵抗などの電子回路は従来のままであり、
その複数の部品を基板上に配置し配線された形で回路全体の小型化に向かうこととなりました。

その後、この様な部品配置配線の方法ではなく、
半導体の小さな1枚のチップ上に、全ての部品を集積しチップ上で接続し、より小型に密集構成させたものがICです。

ICとは
トランジスタ、コンデンサ、抵抗を超小型化して、これを小さなシリコンチップの上に集積させた電子部品です。

 

 

 

歴史

1958年: 半導体ICの発明(Jack Kilby、米国 TI)
TIのJack Kilbyが半導体ICを発明した。これは、半導体基板に抵抗やトランジスタなど複数の回路素子を形成して電子回路を構成するもので、 ICの基本特許となった。

(最初の IC は、長さ 13mm(1.3cm)銀色のゲルマニウム上に 、トランジスタ1個、抵抗3個、コンデンサ 1個で形成、配線は端子を金線でつないだもの)

その後、各社で開発・研究が進み

配線も、抵抗やコンデンサと同じようにアルミニウムを蒸着させてシリコンウェーハにつくりこむ技術が登場。キルビーがつくりだした集積回路を、さらに大きく革新することとなりました。また、この技術は量産に適していたので、集積回路の普及も促進。こうして、集積回路は加速度的に進化していきました。

1960年: 一方、日本で集積回路の開発が手探りで開始。
(電気試験所の垂井康夫氏、傳田精一氏を中心に同12月 ゲルマニウム基板に、トランジスタ2個、コンデンサ2個、抵抗2個で形成)

以降、各社で開発・研究の開始

1961年: 三菱電機:モレクトロン(IC名称)の開発

1962年: 日本電気:マイクロパック(IC名称)の開発

多くの日本メーカが集積回路の開発・研究・商品化を進めた。
(当時はトランジスタ等の信頼性もまだ薄く、集積回路として課題が多かった。)

1966年: 早川電機工業(現シャープ)1966年に世界発となる”IC電卓”を開発

1967年: テキサス・インスツルメンツ社 ICを使った”電卓”を開発。

電子機器メーカーが、相次いで”電卓”を発表し、70年代終わりまで熾烈な「電卓戦争」と共に、ICの開発が加速しました。

1980年代~:

ICの集積度はより高密度及び多機能化へと進み、ICから、
LSI(大規模集積回路)へ、技術革新が進み、現在でも開発され続けています。

現代~:

システムLSI(超多機能LSI)、高機能・多機能化が進み、
今後とも、さまざまなエレクトロニクス分野で集積回路テクロノジーの革新が期待されています。

 

高集積化

時代と共に、ICは小型化・高集積化されています。
高集積化したことで、様々な機能を仕様とした回路の集積構成と積込めるようになり、
電子機器の性能を飛躍的にアップさせ続けています。

素子数によってICを分類定義すると、

名称 意味 素子数 開発年代
SSI
(Small Scale IC)
小規模IC 100素子以下 1960年前半
MSI
(Medium Scale IC)
中規模IC 100~約1000素子 1960年後半
LSI
(Large Scale IC)
大規模IC 約1000素子以上 1970年代~
VLSI
(Very Large Scale IC)
超大規模IC 約100万素子以上 1980年代~
ULSI
(Ultra Large Scale IC)
超々大規模IC 約1000万素子以上 1990年代~

 

構造

  • 一般的なICの製造工程
  1. シリコンの大きな円柱形の塊(インゴット)を0.5mm~2mm程度の薄さにスライス、
    このスライスされたシリコンが、ICの基本・基板となります。
  2. 次に、ステッパーと呼ばれる光学装置にて集積回路を形成
  3. 形成(集積回路)された、ウェハーを個々に切断し、この時の個別化されたチップをダイ(die)と呼びます。
  4. ダイ端子部の接続処置
  5. パッケージング(ダイの保護)を行い完成です。
参考 :

チップを肉眼で見ることが出来るIC

UV-EPROM(紫外線消去型EPROM : Ultra-Violet Erasable Programmable Read Only Memory)など、
紫外線を照射することで記憶内容の消去が可能なIC。
(通常使用時は、紫外線が当たらないようにガラス窓にはシールが貼られています。)
この窓からチップ部を肉眼で見ることが出来ます。


(拡大鏡などで観察して見ると、その繊細な構造がご覧頂けると思います。)

 

ICの形状

ICには、用途により様々な形態があります。一般的で代表的な物は、

  • DIP系
    DIP(Dual Inline Package)
    長方形型パッケージ、2列のICリードピン(足)があり、基板へハンダ付け又は、ICソケットを使用し実装
  • TO系
    TO(Transistor Outline)
    元々トランジスタ用のパッケージ、電圧制御などに用いるものでは、放熱器に付けるタブを持つ物もあります。
  • その他
    用途に応じた様々なパッケージがあり、小型、薄型、ピンピッチの狭い小型、VLSIなど400ピンを超える物等、様々な形状があります。

 

まとめ

IC(集積回路)とは :

複雑で機能を持たせてた電気回路の部品を統合させて、1つの部品にしたもの。

  • 高集積化

ICの小型化(半導体チップのサイズ縮小)することにより、材料が少なくなり、製造コスト低減される。
また、機能面でもチップ内の素子間の接続が短いと、省電力化・高速化に優位となる。

➡ 今後も、集積回路テクロノジーの革新が期待されています。