【図解あり】集積回路【IC】について説明してみる




【図解あり】集積回路【IC】について説明してみる

集積回路【ICIntegrated Circuit】とは、

  • トランジスタ
  • コンデンサ
  • 抵抗
  • ダイオード 等々

を超小型化・集積して、半導体ウェーハと呼ばれる小さなシリコンチップの上に多数形成して電気回路を形成したものを指します。

集積回路【IC】

実際の半導体ウェーハ上のIC

通常1個、数mm角のトランジスタなどを目に見えないほど小さくして、これを

  • 10 mm 角
  • 20 mm 角

程度のシリコンチップの上に1,000万個 ~ 数億個も作ります。

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集積回路【IC】の分類

集積回路【IC】の分類

集積回路【IC】の分類方法は種々ありますが、今回は

  • 集積する素子の数
  • 集積回路【IC】の構成
  • 集積回路【IC】の機能

上記に分類によって、それぞれ説明します。

素子とは、要求する機能を発揮する物体を抽象的に表す言葉です。
この場合の素子とは、集積回路【IC】を指します。

集積する素子の数

SSI MSI LSI VLSI ULSI
名称(英語) Small Scale IC Medium Scale IC Large Scale IC Very Large Scale IC Ultra Large Scale IC
名称(日本語) 小規模集積回路 中規模集積回路 大規模集積回路 超大規模集積回路 超々大規模集積回路
素子数 2 ~ 100 100 ~ 1,000 1,000 ~ 100K 100K ~ 10M 10M ~

集積回路【IC】の構成

モノリシック集積回路 ハイブリッド集積回路
モノリシック集積回路""

ハイブリッド集積回路

半導体基板上に新たな結晶を作ることで

  • トランジスタ
  • ダイオード
  • 抵抗
  • コンデンサ 等々

を作り一体化したもの。
表面は絶縁膜で覆われており、端子が取り付けられています。

絶縁基板上に

  • 個別半導体素子
  • モノリシック集積回路
  • 抵抗
  • コンデンサ 等々

の電子部品を高密度に配置して、1つの集積回路【IC】のようにパッケージングしたもの

集積回路【IC】の機能別分類

  • メモリ・・・データを記憶する集積回路【IC】
  • ロジックIC・・・演算等のデータ処理をする集積回路【IC】
  • ASIC(application specific integrated circuit)・・・特定用途向け又は特定顧客向けの集積回路【IC】
  • システムLSI・・・複数の集積回路【IC】をひとつのチップにまとめたもの
  • その他のIC

メモリ

メモリは

  • 揮発性メモリ(Volatile Memory)
  • 不揮発性メモリ(Non-Volatile Memory)

と大別出来ます。

揮発性メモリ(Volatile Memory)とは、電気の流れを切ると記憶した内容が消えるメモリです。
代表例としては、

  • DRAM(Dynamic Random Access Memory)・・・
    • コンピュータのメモリ
    • 家電(特にデジタル家電)等々

    に広く使われています。

  • SRAM(Static Random Access Memory)・・・主に
    • 携帯機器(携帯電話、ゲーム機)などの部品点数が制限されるシステム
    • パソコン
    • ワークステーション 等々

    に使われる記憶用のメモリ

不揮発性メモリ(Non-Volatile Memory)とは、電気の流れを切っても記憶した内容が消えないメモリです。
代表例としては、

  • フロッピーディスク
  • CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)
  • DVD(Digital Versatile Disc)
  • フラッシュメモリ・・・主に
    • 携帯電話
    • ICカード
    • パソコンなどのUSBメモリ

    に使われています。

メモリ

ロジックIC

ロジックICとは演算や命令などを行う集積回路【IC】です。

これをさらに分類すると、

  • MPUMicro Processor Unit)・・・パソコンなどの頭脳部に使われる集積回路【IC】
  • MCUMicro Controller Unit)・・・通称マイコンと呼ばれ、特定の用途に向けて機能を絞り込んだロジックICで、
    • 家電
    • 携帯電話 等々

    に広く使われています。

等々があります。

MPU MCU
MPU


出典:Premier Farnell Ltd.

MCU

ASIC(application specific integrated circuit)

ASIC(application specific integrated circuit)とは、オーダーメイドの集積回路【IC】です。

これをさらに分類すると、

  • SCA(Service Component Architecture)・・・個々のユーザーの要望に応じて一から設計したフルオーダータイプ
  • ゲートアレイ・・・基本部分が予め用意してあるイージーオーダータイプ

があります。

システムLSI

システムLSI

システムLSI のメリット
従来のプリント基板の配線回路を介さずに複数の種類の集積回路【IC】の機能をワンチップに盛り込め、

  • コンパクト化
  • 低消費電力化
  • 動作の高速化

ができることです。

システムLSI のデメリット

  • 製造思想の異なる
    • ロジックIC
    • メモリIC

    1つに纏める為、歩留まりの点で難しい。

  • 回路の設計や製造プロセス技術を最適化できないと、コストの点でペイしない。

その他のIC

代表例は

  • CCDCoupled-Charge Device)・・・固体撮像素子。
    用途としてはビデオカメラやコピー機などがあり、CCDの特長は高感度、高解像度で画質が良い事です。
  • CMOSセンサ(Complementary MOS)・・・CMOSを用いた固体撮像素子。
    CMOSセンサCCDに比べて

    • 読み取った画像のデータが軽く
    • 消費電力も少ない

    デジタルビデオカメラではCCDよりも長時間の撮影ができるという特長があります。

CCD CMOSセンサ
CCD CMOSセンサ

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