microcircuit

Un microcircuit est un circuit électronique complet compressé sur un seul substrat, généralement du silicium, mesurant seulement quelques millimètres de large. Il contient des transistors, des résistances, des condensateurs et des interconnexions, tous fabriqués comme une structure unifiée plutôt que comme des composants câblés séparés. Le terme englobe ce que l'on appelle maintenant un circuit intégré (CI), bien que « microcircuit » reste courant dans les documents techniques plus anciens et les spécifications militaires.

La fabrication repose sur la photolithographie, un processus qui utilise la lumière pour transférer des motifs de circuit sur une tranche de silicium. Un masque photographique définit la géométrie ; la lumière ultraviolette expose une couche de photorésist ; la gravure chimique élimine le matériau indésirable. Cela se répète pour plusieurs couches, construisant les structures de transistors et les pistes métalliques. La taille des éléments est passée de dizaines de micromètres dans les années 1970 à des nanomètres aujourd'hui, permettant des milliards de transistors sur une seule puce.

Les microcircuits existent en classes fonctionnelles discrètes. Un microcircuit à intégration à petite échelle (SSI) contient moins de 100 transistors et effectue des opérations logiques de base. Les intégrations à moyenne et grande échelle (MSI, LSI) ont ajouté des milliers ou des millions de transistors. Les microprocesseurs et les puces mémoire modernes sont des intégrations à très grande échelle (VLSI) avec des milliards de dispositifs. Chaque classe remplit des rôles différents : SSI dans la commutation simple, les microcontrôleurs dans les systèmes embarqués, les processeurs dans le calcul.

Contraintes thermiques et de fiabilité

La densité apporte des défis. La dissipation thermique devient critique car des millions de transistors commutent simultanément, générant une perte de puissance mesurée en watts par millimètre carré. La gestion thermique par des dissipateurs thermiques, de la pâte thermique ou un refroidissement liquide direct est essentielle pour la fiabilité. L'électromigration, où les atomes métalliques dérivent le long des interconnexions sous une densité de courant élevée, raccourcit la durée de vie du dispositif ; les règles de conception limitent la densité de courant pour éviter ce mode de défaillance.

Les défauts de fabrication aux échelles micrométriques et submicrométriques nécessitent un contrôle statistique des processus et des tests à plusieurs étapes. Le rendement, le pourcentage de puces fonctionnelles d'une tranche, affecte directement le coût de production. Une usine de fabrication moderne traite des centaines de tranches simultanément, chacune contenant des centaines ou des milliers de puces. L'investissement dans l'équipement de photolithographie et l'infrastructure de salle blanche rend la production de microcircuits à forte intensité de capital, c'est pourquoi elle se concentre dans des fonderies spécialisées plutôt que d'être dispersée parmi les utilisateurs.