集積回路

集積回路（IC、マイクロチップ、シリコンチップ、コンピュータチップ、チップとも呼ばれる）とは、特別に用意されたシリコン（または他の半導体）にフォトリソグラフィーを用いて電子回路を刻み込んだものである。シリコンチップには、論理ゲート、コンピュータプロセッサ、メモリ、および特殊なデバイスを搭載することができます。チップは非常に壊れやすいので、通常はプラスチックのパッケージで保護されています。チップとの電気的接触は、チップをパッケージから突き出た大きな金属ピンに接続する小さなワイヤーによって行われる。

ICがディスクリート回路に比べて優れている点は、コストと性能の2つです。1個のトランジスタで回路を構成するのではなく、数百万個のトランジスタを1つのチップに収めることができるため、コストが低い。また、部品の動作速度が速く、消費電力も少ないため、性能も高い。

ICはさまざまな目的のために設計されています。電卓のためだけに設計されたチップは、電卓としてしか機能しないこともある。集積回路は、アナログ、デジタル、ミックスドシグナル（アナログとデジタルの両方を同一チップに搭載したもの）に分類される。

半導体

シリコンなどの半導体は、電流を流す（あるいは流さない）ように制御することができる。これにより、相互に制御できるトランジスタを作ることができる。ラジオやパソコン、電話機など、多くの家庭用品に搭載されている。その他の半導体デバイスには、太陽電池、ダイオード、LED（発光ダイオード）などがある。

デュアルインラインパッケージ（DIP）の側面図

プラスチック・クワッド・フラット・パック（PQFP）の写真

発明の内容

1958年と1959年、ほぼ同時期に2人の人物が集積回路のアイデアを思いついた。トランジスタは、ラジオなどの家庭用機器に搭載され、日常的に使われるようになっていた。トランジスタは、ラジオから電話に至るまで、あらゆる機器に使われていたが、当時、メーカーは真空管に代わる小型のものを必要としていたのである。トランジスタは真空管よりも小型であったが、ミサイル誘導などの最新の電子機器には十分な大きさではなかった。

7月のある日、テキサス・インスツルメンツ社に勤務していたジャック・キルビーは、「トランジスタだけでなく、回路を構成するすべての部品をシリコンで作ることができる」と思いついた。当時、ICにコンデンサや抵抗を入れる人はいなかった。これで未来が変わり、集積回路の製造・販売が容易にできるようになる。キルビーの上司は、このアイデアを気に入り、さっそく仕事をするように言った。9月12日、キルビーは実用的なモデルを完成させ、2月6日にテキサス・インスツルメンツ社は特許を申請した。テキサスインスツルメンツ社の最初の固体回路は、指先ほどの大きさだった。

一方、カリフォルニアでは、もう一人の男が同じことを考えていた。1959年1月、ロバート・ノイスは、フェアチャイルドセミコンダクターという小さな新興企業で働いていた。彼もまた、回路全体を1つのチップに収めることができると考えていた。キルビーは個々の部品を作るための詳細を考えていたが、ノイスは部品をつなぐためのより良い方法を考えた。これを「ユニタリー・サーキット」と名付けた。1961年4月25日、特許庁はキルビーの出願を分析中のロバート・ノイスに集積回路の最初の特許を与えたのである。現在では、2人とも独立してこのアイデアを考案したと認められている。

やがて、ハイブリッド（HIC）とモノリシック（MIC）という2種類の集積回路が登場した。ハイブリッド型は20世紀後半には廃れてしまった。

世代

名前	期間	各チップのトランジスタ数(約)
SSI（スモール・スケール・インテグレーション）	1960年代前半	1つのチップには数個のトランジスタしか入っていない
MSI（中規模統合）	1960年代後半	1チップに数百個のトランジスタを搭載
LSI（大規模集積回路）	1970年代半ば	1チップに数万個のトランジスターを搭載
VLSI (Very Large-Scale Integration)	20世紀後半世紀	数十万個のトランジスター
ULSI (Ultra-Large Scale Integration)	21世紀	100万個以上のトランジスター

VLSIとULSIの違いはよくわからない。

分類

集積回路のパッケージには、DIP（Dual in-line package）、PLCC（Plastic leaded chip carrier）、TSOP（Thin small-outline package）、PQFP（Plastic Quad Flat Pack）などのチップパッケージがあります。一部の小型のものは表面実装技術用のパッケージになっている。内部のトランジスタは、非常に高いスイッチング速度を必要とするような特殊な回路では、バイポーラトランジスタを使用することもある。しかし、ほとんどはMOSFETである。

質問と回答

Q: 集積回路とは何ですか?

A:集積回路は、ICまたはマイクロチップとも呼ばれ、フォトリソグラフィで電子回路がエッチングされた特別に準備されたシリコンの一部です。

Q: シリコンチップに搭載できるデバイスにはどのようなものがありますか?

A: シリコンチップには、ロジックゲート、コンピュータプロセッサ、メモリ、特殊なデバイスを搭載することができます。

Q: なぜチップを囲むようにプラスチックパッケージが使われているのですか?

A:チップは非常に壊れやすいので、保護するためにプラスチックパッケージが使われています。

Q: チップとの電気的接触はどのように行われるのですか?

A: チップと電気的接触は、チップとパッケージから突き出た大きな金属ピンを接続する小さなワイヤーを通して行われます。

Q: ディスクリート回路ではなく、ICを使用する2つの利点は何ですか?

A: ICはディスクリート回路に比べて、コストと性能という2つの大きな利点があります。1個のトランジスタで回路を構成するのではなく、数百万個のトランジスタを1つのチップに搭載できるため、コストが低く抑えられます。性能は、部品がより速く動作し、より少ない電力を使用することができるため、より高くなります。

Q: ICにはどのような種類がありますか?

A:集積回路は、アナログ、デジタル、ミックスドシグナル（アナログとデジタルの両方が同じチップ上にあるもの）に分類されます。

Q: 1つのチップを特定の目的に合わせて設計することは可能ですか?

A:はい、電卓としてしか使えない電卓チップのように、1つのチップが特定の目的のために設計されている場合があります。