집적 회로(IC)는 실리콘 같은 반도체 물질 단일 결정(칩) 표면에 미세 전자 회로와 부품이 확산·이식된 현미경적 배열입니다. 부품, 회로, 베이스 물질이 별도 물질서 따로 만들어 나중에 조립되는 개별 회로와 달리 단일 실리콘 조각에서 모두 함께, 즉 통합돼 만들어지기 때문에 집적 회로라 부릅니다. IC는 단순한 로직 모듈·증폭기부터 수백만 요소 포함 완전 마이크로컴퓨터까지 복잡도 범위 광대.
집적 회로가 우리 삶에 미친 영향은 막대합니다. IC는 거의 모든 전자 기기 핵심 부품. 이 미세 회로들은 진공관·트랜지스터 대비 저비용, 고신뢰성, 저전력, 고처리 속도 입증. IC 마이크로컴퓨터는 공작기계, 차량 운영 시스템, 이전 유압·공압·기계 제어 쓰이던 장비 컨트롤러로 쓰임. IC 마이크로컴퓨터가 이전 제어 기구보다 작고 다재다능해 장비가 더 넓은 입력 대응·출력 생성 가능. 제어 회로 재설계 없이 재프로그래밍 가능. IC 마이크로컴퓨터 너무 저렴해 어린이 전자 장난감에도 들어감.
최초 IC는 1950년대 말 미사일 제어 시스템용 소형 전자장치 군 수요 대응해 탄생. 당시 트랜지스터와 인쇄 회로 기판이 최첨단 전자 기술. 트랜지스터로 많은 새 응용 가능했으나 엔지니어들은 복잡한 장치(정교한 제어 시스템, 휴대용 프로그래머블 계산기) 필요 수많은 부품·회로 충분히 작은 패키지 못 만듦. 여러 회사 미세 전자장치 돌파구 경쟁, 개발 노력이 너무 치열해 어느 회사가 최초 IC 생산했는지 논란. 1959년 IC 특허 낼 때 두 개 다른 회사서 따로 일하던 두 개인 공동 수상.
1959년 IC 발명 후 수년간 단일 칩 내장 부품·회로 수 매년 2배 증가. 최초 IC는 최대 10여 개 부품. 이 공정 소규모 집적(SSI). 1960년대 중반 중규모 집적(MSI)으로 수백 개 부품 IC 생산. 이어 대규모 집적(LSI) 기술로 수천 개 부품 IC, 최초 마이크로컴퓨터 가능.
최초 마이크로컴퓨터 칩(마이크로프로세서) 1969년 인텔 개발. 1971년 인텔 4004 상용 생산. 1979년 인텔 8088, 뒤이어 80286, 80386, 80486. 1980년대 말~1990년대 초 286, 386, 486 표기 컴퓨터 사용자들 사이 컴퓨팅 파워·속도 증가 반영로 친숙. 인텔 펜티엄 칩이 이 시리즈 최신으로 더 높은 수준 반영.
IC에서 저항, 커패시터, 다이오드, 트랜지스터 같은 전자 부품이 실리콘 결정 표면에 직접 형성. IC 제조 공정 이해하려면 이 부품들 어떻게 형성되는지 기초 알면 도움.
최초 IC 개발 전에도 실리콘으로 일반 전자 부품 만들 수 있음 알려짐. 문제는 같은 실리콘 조각에서 부품들과 연결 회로 어떻게 만드나. 해결책은 실리콘 결정 표면 미세 영역 화학 조성 변경, 즉 도핑(doping)으로 다른 화학물질(도펀트) 첨가. 일부 도펀트는 실리콘과 결합해 도펀트 원자가 내줄 전자 하나 있는 영역(N 영역) 생성. 다른 도펀트는 전자 하나 받을 공간 있는 영역(P 영역) 생성. P 영역이 N 영역과 맞닿으면 경계면 PN 접합이라 부름. 이 경계 폭 0.000004인치(0.0001cm)에 불과하지만 IC 부품 작동 핵심.
PN 접합 내 두 영역 원자들 결합으로 제3 영역, 공핍 영역 형성. P 도펀트 원자가 N 도펀트 여분 전자 모두 포획해 고갈. 결과 현상: P 영역에 양전압 가하면 전류가 접합 통해 N 영역으로 흐르나, N 영역에 같은 양전압 가하면 접합 통해 P 영역으로 역류 전류 거의 없음. 전압 가한 쪽 따라 PN 접합이 도통/절연 전환하는 능력으로 다이오드·트랜지스터처럼 전류 흐름 제어·방향 잡는 IC 부품 형성. 다이오드는 단일 PN 접합. 도펀트 양·종류 조절, P/N 영역 모양·상대 위치 변경으로 저항·커패시터 기능 모방 IC 부품도 형성 가능.
일부 IC는 표준 기성품. 한번 설계면 추가 설계 불필요. 예: 전압 레귤레이터, 증폭기, 아날로그 스위치, A/D·D/A 컨버터. 이런 IC는 타사에 팔려 PCB에 실려 다양한 전자 제품에 쓰임.
다른 IC는 독자적, 광범위 설계 작업 필요. 예: 컴퓨터용 새 마이크로프로세서. 신소재·신제조 기술 연구개발 필요.
고순도 실리콘이 대부분 IC 기초. 칩 전체 베이스(기판) 제공, 화학 도핑으로 IC 부품 구성 N/P 영역 생성. 실리콘 순도 100억 원자 중 불순물 1개 이하. 설탕 한 알을 모래 열 양동이에 섞은 수준. 산화 실리콘은 절연체, IC 커패시터 유전체로 사용.
전형적 N형 도펀트: 인, 비소. P형: 붕소, 갈륨. 알루미늄이 IC 부품 간 커넥터로 흔히 쓰임. IC 칩에서 마운트 패키지로 가는 가는 와이어 리드는 알루미늄 또는 금. 마운트 패키지 자체는 세라믹이나 플라스틱.
수백 개 IC가 단일 얇은 실리콘 슬라이스에서 동시 제작 후 개별 IC 칩으로 절단. 제조는 청정실이라 불리는 엄격 제어 환경에서 진행: 공기 필터링해 이물질 제거. 소수 장비 운영자 보풀 없는 의복, 장갑, 헤드/풋 커버 착용. 일부 IC 부품 특정 빛 주파수 민감해 광원도 필터링. 제조 공정은 IC 종류 따라 달라질 수 있으나 전형적 공정:
제어 환경·정밀 도구에도 불구하고 많은 IC 칩 불량. 불량률 수년간 꾸준히 감소했으나 미세 회로·부품 복잡한 격자 엮기 여전히 어려워 일정 불량 불가피.
도펀트 갈륨, 비소 등 독성 물질로 저장·사용·폐기 엄격 관리.
IC 칩 다용도성 덕분에 상당한 재활용 산업 형성. 다수 IC·전자 부품 구형 장비서 회수, 테스트 후 타 기기 재사용 위해 재판매.
IC 미래 확신하기 어렵. 발명 이후 기술 변화 빠르나 진화적. 칩 위 아키텍처(회로 레이아웃) 많은 변화했으나 IC 여전히 실리콘 기반 설계.
전자 장치 다음 대도약(있다면)은 완전히 새로운 회로 기술일 수 있음. 인간 뇌가 어떤 컴퓨터보다 정보 처리 효율적, 일부 미래학자 차세대 프로세서 회로는 광물 아닌 생물학적일 것 추측. 현재로선 공상 과학. IC 멸종 위기 조짐 없음.
제조공정
전자 회로 기판(PCB)에 관심 있다면, 그 위를 채우는 부품들을 알아야 합니다. 모든 전자 기기에 예외 없이 탑재되는 PCB. 초보자에게 녹색 기판 위 수많은 부품은 미스터리입니다. 입문자를 위해 PCB에서 가장 흔한 15가지 부품의 기능과 특징을 정리했습니다. 1. 저항(Resistor) 전류 흐름을 제한하고 전력을 열로 소모시키는 가장 기본적인 수동 소자. 색상 밴드(색코드)로 저항값 표시. 탄소 피막, 금속 피막, 와이어 와운드 등 재질 다양. 리드 타입(축타입)은 양단에 리드선, 본체에 색링 각인. 2. 커패시터(Capac
아날로그 집적 회로는 IC의 한 범주입니다. 또한 대부분의 전자 기기의 기본 구성 요소입니다. 예를 들어, 이 타입의 IC는 대부분의 가전제품에서 찾아볼 수 있습니다. 왜냐면 IC가 디지털 기기, 컴퓨터, 휴대폰 등의 작동을 돕기 때문입니다. 또한 이 IC는 광대역 신호와 기타 고전력 응용에 유용합니다. 대표적인 예로 555 타이머, 연산 증폭기, 센서 등이 있습니다. 하지만 모든 전자 기기에 적용되는 것은 아닙니다. 그래서 아날로그 집적 회로에 대해 논의하는 이 글을 만들었습니다. 무엇인지, 왜 필요한지 등을 배우게 될 것입니다.
