Résumé

La puce IC LX34070T est un circuit intégré avancé développé par Microchip Technology, conçu pour fournir des capacités de détection de position inductive à grande vitesse. Remarquable pour son application dans les systèmes de contrôle de moteur de véhicule électrique (VE), la puce exploite une technologie de détection inductive innovante basée sur PCB pour offrir des performances précises et fiables. Cette puce IC illustre les avancées modernes de la technologie des semi-conducteurs, soulignant l'évolution continue des circuits intégrés depuis leur création à la fin des années 1950. Les circuits intégrés (CI) ont révolutionné l'industrie électronique, avec le travail fondamental de pionniers tels que Jack Kilby et Robert Noyce ouvrant la voie au marché mondial des semi-conducteurs. La démonstration par Kilby du premier CI fonctionnel chez Texas Instruments en 1958, suivie des contributions de Noyce chez Fairchild Semiconductor, ont conduit à un changement de paradigme technologique, permettant le développement d'appareils électroniques compacts et puissants. Aujourd'hui, le marché des CI continue de se développer, porté par des innovations continues dans la conception et le conditionnement des puces pour répondre aux exigences des applications modernes comme l'intelligence artificielle (IA) et les télécommunications. La puce IC LX34070T se caractérise par sa conception robuste et ses spécifications polyvalentes, ce qui la rend adaptée aux applications à grande vitesse et à haute précision. Fonctionnant dans une plage d'alimentation de 4,5 à 5,5 volts et logée dans un boîtier TSSOP à 14 broches, elle est conçue pour fonctionner de manière fiable sur une large plage de températures de -40 à +150 degrés Celsius. Cette polyvalence garantit son applicabilité dans les environnements automobiles et industriels où la durabilité et la précision sont primordiales. La technique de mesure différentielle de la puce et sa capacité à rejeter les champs magnétiques parasites améliorent ses performances dans des conditions difficiles, en particulier dans les environnements bruyants typiques des systèmes EV. En termes de disponibilité sur le marché, le LX34070T-H/ST est accessible via divers distributeurs, ce qui garantit qu'il répond à la demande de l'industrie. Sa certification selon les normes AEC-Q100 souligne sa fiabilité et sa sécurité pour une utilisation à long terme. La conception et le processus de fabrication de la puce illustrent la nature complexe et précise de la fabrication des semi-conducteurs, impliquant de multiples étapes telles que la photolithographie, la gravure et l'implantation ionique pour obtenir des circuits intégrés fiables et performants. Dans l'ensemble, la puce LX34070T reflète les progrès significatifs réalisés dans la technologie des semi-conducteurs, depuis les premiers jours de l'invention des circuits intégrés jusqu'aux puces sophistiquées et à grande vitesse disponibles aujourd'hui. Elle souligne l'importance de l'innovation continue et de la collaboration entre les leaders de l'industrie pour favoriser les futures avancées technologiques, en particulier dans les domaines émergents comme les véhicules électriques et l'IA.

Histoire

Le développement des circuits intégrés (CI) marque une étape importante dans l'histoire de l'électronique. L'invention du CI, également connu sous le nom de micropuce, peut être attribuée à plusieurs personnalités clés de l'industrie. Le 12 septembre 1958, Jack Kilby, ingénieur chez Texas Instruments, a réussi à démontrer le fonctionnement du premier CI. Cette invention a révolutionné l'industrie électronique, ouvrant la voie à l'utilisation généralisée des téléphones portables et des ordinateurs d'aujourd'hui.

Les travaux de Kilby lui ont valu le prix Nobel de physique en 2000. Malgré sa contribution monumentale, Kilby est resté une figure relativement discrète dans l'histoire de la technologie, souvent comparé à d'autres grands innovateurs américains comme Thomas Edison et Henry Ford pour son impact sur la vie quotidienne. À la même époque, Robert Noyce de Fairchild Semiconductor développait également une technologie similaire. En 1959, Kilby et Noyce ont tous deux été reconnus comme inventeurs dans les demandes de brevet de leurs sociétés pour le circuit intégré, ce qui a conduit à des batailles juridiques qui ont finalement abouti à un accord de licence croisée entre Fairchild et Texas Instruments. Cet accord a été essentiel pour établir un marché mondial des technologies de l'information, évalué aujourd'hui à plus de 1400 milliards de dollars par an. L'évolution des circuits intégrés s'est poursuivie avec des contributions importantes de diverses entreprises et chercheurs. L'introduction par IBM des interconnexions en cuivre pour les semi-conducteurs a été une avancée révolutionnaire, marquant une nouvelle ère dans la technologie des semi-conducteurs. L’industrie des semi-conducteurs a connu des progrès constants, notamment dans le domaine du conditionnement des puces, stimulés par la demande de dispositifs plus petits, plus rapides et plus efficaces. Parmi les innovations récentes, citons l’investissement de SK hynix dans la fabrication de conditionnements avancés et dans des installations de R&D pour les produits d’IA aux États-Unis. Annoncé le 3 avril 2024, le projet de 14,3 milliards de dollars de Taïwan à West Lafayette, dans l’Indiana, vise à stimuler l’innovation dans la chaîne d’approvisionnement de l’IA et à créer plus d’un millier d’emplois dans la région. Ce développement souligne l’importance continue de la technologie des circuits intégrés dans l’électronique moderne et son rôle croissant dans les technologies nouvelles et émergentes telles que l’intelligence artificielle. L’histoire des circuits intégrés est ainsi marquée par une innovation et une collaboration continues entre les leaders de l’industrie, ouvrant la voie à de futures percées technologiques.

Caractéristiques

Le développement de la puce IC LX34070T commence par la décision du type d'appareil à concevoir. Les options incluent les circuits intégrés (CI), les ASIC, les FPGA et les SoC, entre autres. Pour les applications à grande vitesse telles que les équipements de télécommunication ou de réseau, un circuit intégré spécifique à une application (ASIC) est souvent le meilleur choix en raison de sa petite taille et de ses performances élevées

. À l'inverse, pour les applications plus flexibles qui nécessitent d'effectuer plusieurs tâches avec une surcharge minimale, un FPGA peut être plus adapté. Une fois le type d'appareil déterminé, les spécifications sont définies. Les points de données clés incluent le marché cible, les performances souhaitées, les objectifs de puissance, les exigences IP d'interface et les cas d'utilisation. Ces entrées constituent la base de la spécification de la puce et du développement de l'architecture. Les exigences de puissance doivent être très détaillées, couvrant des aspects tels que les domaines de puissance, la mise à l'échelle dynamique de la tension et de la fréquence et les modes de puissance. De plus, des facteurs tels que la taille de la matrice, le nombre de broches, le gel de la configuration IP et toute exigence IP personnalisée doivent être spécifiés. En termes de conception physique, des mesures telles que les estimations de la taille de la matrice, les besoins en énergie et les options de conception de boîtier sont analysées. Le processus de conception implique la planification au sol, le partitionnement RTL, la synthèse, l'analyse de synchronisation statique et la synthèse d'arbre d'horloge (CTS). Les concepteurs optimisent également le routage, le CTS et la violation de synchronisation. Une vérification formelle, physique et du bruit est effectuée pour répondre aux considérations de puissance, de variation de processus, de performances de base et de réduction du temps de test. Lors de la phase de conception, les dimensions des composants sont généralement données en dixièmes de millimètres ou en centièmes de pouces. Par exemple, un composant métrique 2520 mesure 2,5 mm sur 2,0 mm, ce qui correspond à 0,10 pouce sur 0,08 pouce dans le système impérial. Il existe des exceptions, notamment pour les plus petites tailles passives rectangulaires. Par exemple, certains fabricants développent des composants métriques 0201 avec des dimensions de 0,25 mm × 0,125 mm, mais le nom impérial 01005 est déjà utilisé pour les boîtiers de 0,4 mm × 0,2 mm. Ces tailles de plus en plus petites peuvent présenter des défis en termes de fabricabilité et de fiabilité.

Caractéristiques de conception

La puce IC LX34070T utilise une technologie de détection de position inductive basée sur PCB, qui utilise une bobine primaire pour générer un champ magnétique alternatif couplé à deux bobines secondaires. Lorsqu'un petit objet cible métallique perturbe ce champ magnétique, chaque bobine secondaire reçoit une tension différente. Le rapport de ces tensions est ensuite utilisé pour calculer la position absolue, offrant des avantages de vitesse élevée et de faible latence cruciaux pour des applications telles que le contrôle des moteurs de véhicules électriques

En utilisant des traces de circuit imprimé au lieu d'enroulements magnétiques et de structures de bobines traditionnels basés sur des transformateurs, le LX34070T atteint une taille et une masse négligeables, ce qui améliore considérablement sa précision. Cette méthode garantit que les performances ne dépendent pas de la force absolue de l'aimant mais plutôt de mesures différentielles. De plus, l'appareil améliore la robustesse en rejetant activement les champs magnétiques parasites, ce qui constitue une préoccupation importante dans les environnements de véhicules électriques (VE). Le LX34070T fonctionne dans une plage d'alimentation de 4,5 à 5,5 volts et comprend une protection jusqu'à 18 volts. Il est logé dans un boîtier TSSOP à 14 broches et est conçu pour fonctionner sur une large plage de températures de -40 à +150 degrés Celsius. Cette conception robuste le rend adapté aux applications automobiles et industrielles où la précision et la fiabilité sont essentielles. La technologie de détection inductive de Microchip, introduite pour la première fois il y a plus de dix ans, a fait ses preuves dans la production à grande échelle pour diverses utilisations automobiles et industrielles. Le LX34070T perpétue cet héritage en apportant des solutions de packaging simplifiées et peu coûteuses aux applications modernes tout en maintenant les performances à haut débit et à faible latence nécessaires dans les environnements exigeants.

Applications

Le capteur de position inductif LX34070 est conçu pour fournir des solutions de contrôle de moteur améliorées pour les applications de véhicules électriques (VE), offrant plusieurs avantages significatifs par rapport aux résolveurs magnétiques traditionnels et aux transducteurs différentiels de tension linéaire (LVDT)

. L'un de ses principaux avantages est la possibilité de créer des systèmes de contrôle de moteur plus légers, plus petits et plus fiables qui répondent à des exigences de sécurité strictes tout en réduisant les coûts globaux du système. La fonctionnalité du capteur est optimisée pour fonctionner dans les environnements bruyants typiques des moteurs à courant continu, des courants élevés et des solénoïdes d'une automobile. Le circuit intégré LX34070 de Microchip est spécialement conçu pour les applications de contrôle de moteur EV, avec des sorties différentielles, des taux d'échantillonnage rapides et une conception prête pour la sécurité fonctionnelle pour la conformité à la norme ISO 26262 dans la classification ASIL-C (Automotive Safety Integrity Level–C). Le capteur permet aux concepteurs de rationaliser davantage les conceptions de contrôle de moteur EV en l'associant à d'autres appareils Microchip prêts pour la sécurité fonctionnelle, notamment leurs microcontrôleurs AVR® et PIC® 8 bits, leurs microcontrôleurs 32 bits et leurs contrôleurs de signaux numériques dsPIC®. Grâce à la technologie de détection inductive, le LX34070 élimine le besoin d'aimants coûteux et de structures lourdes à base de transformateurs, ce qui permet une intégration sur des circuits imprimés simples et compacts. Il en résulte une solution de conditionnement plus économique et simplifiée pour le contrôle des moteurs de véhicules électriques et d'autres applications à grande vitesse et à faible latence. Les caractéristiques du capteur, notamment la certification AEC-Q100 Grade 0, un oscillateur intégré pour piloter la bobine primaire et un contrôle automatique du gain, maximisent encore la résolution sur les grands entrefers cibles et garantissent une large plage d'entrée avec une protection jusqu'à 18 V.

Fabrication

La fabrication des puces IC LX34070T implique un processus complexe appelé fabrication de dispositifs semi-conducteurs. Ce processus est essentiel pour créer des circuits intégrés (CI), qui comprennent des composants tels que des processeurs informatiques, des microcontrôleurs et des puces mémoire comme la mémoire flash NAND et la DRAM

Le processus de fabrication comprend plusieurs étapes, notamment la photolithographie, l'oxydation thermique, le dépôt de couches minces, l'implantation ionique et la gravure, au cours desquelles les circuits électroniques sont développés progressivement sur une plaquette. Ces plaquettes sont généralement composées de silicium monocristallin pur, bien que des semi-conducteurs composés soient parfois utilisés pour des applications spécialisées.

Traitement des plaquettes

Dans les premières étapes, on procède au traitement des plaquettes ou au traitement en amont (FEOL), où les transistors sont formés directement dans le silicium. Les plaquettes de silicium sont transformées en lingots cylindriques monocristallins à l'aide du procédé Czochralski, puis découpées en plaquettes d'environ 0,75 mm d'épaisseur. Ces plaquettes sont polies pour obtenir une surface très régulière et plate

. Lors de la production, les plaquettes sont regroupées en lots et transportées dans l'usine de fabrication à l'aide de supports de plaquettes tels que les FOUP (Front Opening Unified Pods) et les SMIF (Standard Mechanical Interface). Les étapes de traitement se répartissent généralement en quatre catégories : dépôt, retrait, modelage et modification des propriétés électriques.

Photolithographie et gravure

La structuration, principalement réalisée par photolithographie, définit le design du dispositif sur la plaquette. La plaquette est recouverte de résine photosensible et exposée à une image de masque utilisant une lumière à courte longueur d'onde, après quoi les régions exposées sont développées, laissant des parties de la plaquette prêtes pour un traitement ultérieur comme l'implantation ionique ou le dépôt de couches

La gravure, qui peut être humide ou sèche, consiste à retirer des matériaux de la surface de la plaquette pour créer les motifs nécessaires. Historiquement, la gravure humide était courante, mais elle a été largement remplacée par des techniques de gravure sèche en raison de sa précision et de sa capacité à créer des motifs plus fins.

Emballage et test

Une fois les puces testées pour leur fonctionnalité, l'emballage consiste à monter la puce, à connecter les plots de connexion aux broches à l'aide de minuscules fils de connexion et à sceller la puce. Dans les processus modernes, des machines spécialisées gèrent la fixation des fils, à l'aide de fils d'or connectés à un cadre de connexion en cuivre plaqué soudure

. Après l'emballage, les puces sont soumises à des « tests finaux » pour vérifier leur fonctionnalité et leurs performances, impliquant souvent l'utilisation d'imagerie à rayons X et d'équipements de test automatiques. L'équipement de fabrication est fabriqué par des sociétés telles qu'ASML, Applied Materials, Tokyo Electron et Lam Research, et le logiciel de test est optimisé pour réduire le temps et le coût des tests.

Fonctionnalité Taille et avancées

La taille des caractéristiques, ou largeur de ligne, est un paramètre essentiel dans la fabrication des semi-conducteurs, déterminant la largeur des plus petites lignes pouvant être modelées. Les processus avancés utilisent des méthodes telles que l'épitaxie pour faire croître des couches de silicium ultrapur et introduisent des techniques telles que le dépôt de silicium-germanium pour améliorer la mobilité électronique

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Comparaisons

Une fois le processus de fabrication terminé, les semi-conducteurs ou puces, y compris les puces IC LX34070T, sont soumis à une série de tests électriques pour déterminer s'ils fonctionnent correctement. Le pourcentage de dispositifs sur la plaquette qui fonctionnent correctement est appelé rendement. Les fabricants sont généralement discrets sur leurs rendements, mais ils peuvent être aussi bas que 30%, ce qui signifie que seules 30% des puces sur la plaquette fonctionnent comme prévu

Plusieurs modèles sont utilisés pour estimer le rendement, tels que le modèle de Murphy, le modèle de Poisson, le modèle binomial, le modèle de Moore et le modèle de Seeds. Ces modèles tiennent compte de la distribution des puces défectueuses sur la plaquette, qui varie des défauts concentrés sur les bords aux défauts uniformément répartis ou groupés. L'intégration de nombreux composants sur une seule puce offre plusieurs avantages, faisant des circuits intégrés une technologie cruciale dans l'industrie électronique. Les composants actifs, tels que les diodes et les transistors, permettent des fonctions telles que l'amplification et la commutation du signal, tandis que les composants passifs, tels que les résistances et les condensateurs, assurent une mise en forme appropriée du signal et le stockage de l'énergie. L'un des avantages les plus importants des circuits intégrés est la miniaturisation, qui permet la création de systèmes complexes dans un format compact, ce qui conduit à la prolifération de technologies avancées dans la vie quotidienne. Cette miniaturisation se traduit par une densité d'équipement accrue et une longueur de communication réduite entre les composants, ce qui conduit à un fonctionnement plus rapide et à une consommation d'énergie plus faible. En termes de fabrication, le processus implique plusieurs étapes, notamment la préparation des plaquettes de silicium, l'implantation ionique, la diffusion, la photolithographie, l'oxydation, le dépôt chimique en phase vapeur, la métallisation et le conditionnement. L'adéquation précise des composants au sein des circuits intégrés garantit des performances constantes, ce qui est essentiel pour les applications nécessitant des niveaux de tension et de courant précis, comme le traitement du signal analogique. Les puces IC LX34070T bénéficient de ces avancées, offrant des performances et une fiabilité élevées. Différentes techniques de fabrication, notamment le traitement par plaquettes individuelles et par lots, ont également un impact sur le rendement et les performances des circuits intégrés. Le traitement par plaquettes individuelles tend à offrir un meilleur contrôle et une meilleure uniformité, ce qui peut être essentiel pour les circuits intégrés avancés comme le LX34070T. Le rendement peut également être influencé par la conception et le fonctionnement de l'installation de fabrication, soulignant l'importance du contrôle et de l'optimisation des processus dans la production de circuits intégrés de haute qualité.

Guide de l'utilisateur

Processus de conception

Une fois la conception de votre puce terminée, il est temps de la tester. C'est ce qu'on appelle la vérification et la validation (V&V). La V&V consiste à tester la puce à l'aide de diverses plates-formes d'émulation et de simulation pour s'assurer qu'elle répond à toutes les exigences et fonctionne correctement. Si des erreurs de conception sont présentes, elles apparaîtront au cours de cette étape de développement. La validation permet également d'identifier l'exactitude fonctionnelle de quelques prototypes initialement fabriqués. Enfin, vient la fabrication de la conception physique. Une fois la puce conçue et vérifiée, un fichier .GDS est envoyé à la fonderie pour fabrication

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Flux de conception de puce

Conception fonctionnelle

L'étape suivante du processus est la conception fonctionnelle. Elle consiste à définir la fonctionnalité et le comportement de la puce. Cela comprend la création d'une description de haut niveau des exigences du système et la conception des algorithmes et du flux de données nécessaires pour répondre à ces exigences. L'objectif de cette étape est de créer une spécification fonctionnelle qui peut être utilisée comme modèle pour le reste du processus de conception.

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Conception logique

Cette étape consiste à créer les circuits logiques numériques nécessaires à la mise en œuvre des fonctionnalités définies lors de l'étape de conception fonctionnelle. Cette étape comprend la création d'une conception logique à l'aide d'un langage de description matérielle (HDL) et la vérification de l'exactitude de la conception à l'aide de simulations.

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Conception de circuits

L'étape suivante de la conception d'une puce après avoir établi les exigences consiste à créer une architecture qui les respecte tout en réduisant les coûts et la consommation d'énergie, entre autres considérations. Au cours de la phase initiale de conception de la puce, les concepteurs prennent des décisions cruciales concernant l'architecture, comme le choix entre RISC (Reduced Instruction Set Computer) ou CISC (Complex Instruction Set Computer), la détermination du nombre d'ALU (Arithmetic Logic Units) nécessaires, le choix de la structure et du nombre de pipelines, la sélection de la taille du cache, ainsi que d'autres facteurs. Ces choix constituent la base du reste du processus de conception. Il est donc essentiel que les concepteurs évaluent soigneusement chaque aspect et considèrent son impact sur l'efficacité et les performances globales de la puce. Ces décisions sont basées sur l'utilisation prévue de la puce et les exigences définies, avec pour objectif ultime de créer une conception efficace et efficiente tout en minimisant la consommation d'énergie et les coûts

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Essais et fabrication

L'usine teste les puces sur la plaquette à l'aide d'un testeur électronique qui presse de minuscules sondes contre la puce. La machine marque chaque puce défectueuse avec une goutte de colorant. Actuellement, le marquage électronique par colorant est possible si les données de test de la plaquette (résultats) sont enregistrées dans une base de données informatique centrale et les puces sont « mises dans la corbeille ».

Les options de package et de test comportent leur propre ensemble de complexités telles que la conception et la simulation de package, le support de construction de prototypes, le support de fabrication, le support client, la conception du matériel de test, les tests électriques et le débogage du silicium.

Développements futurs

L'avenir de la conception des puces est passionnant et évolue rapidement, porté par les avancées technologiques qui permettent des performances supérieures, une consommation d'énergie réduite et des fonctionnalités accrues.

Les chipsets de nouvelle génération sont particulièrement essentiels pour faciliter les solutions de nouvelle génération, en particulier dans les domaines de l'intelligence artificielle (IA) et de l'apprentissage automatique (ML). Ces technologies nécessitent une puissance de calcul importante, que les chipsets avancés peuvent fournir. Les applications de l'IA et du ML couvrent divers secteurs, notamment les véhicules autonomes, les solutions de santé personnalisées et la robotique avancée. Un autre domaine d'impact majeur pour les chipsets de nouvelle génération est l'espace Internet des objets (IoT). La prolifération des appareils connectés nécessite des chipsets puissants, économes en énergie et rentables pour permettre la communication et le traitement des données sur une large gamme d'appareils. En outre, les avancées des réseaux 5G, portées par les chipsets de nouvelle génération, devraient offrir une connectivité à haut débit et à faible latence et ouvrir de nouvelles possibilités dans des domaines tels que la réalité virtuelle, la réalité augmentée et la chirurgie à distance. En termes d'applications industrielles spécifiques, SK hynix Inc., l'un des principaux producteurs de puces de mémoire à large bande passante (HBM), investit activement dans le développement de la fabrication d'emballages avancés et d'installations de R&D pour les produits d'IA. L’initiative de SK hynix dans l’Indiana vise à stimuler l’innovation dans la chaîne d’approvisionnement de l’IA et à renforcer la résilience de la chaîne d’approvisionnement tout en créant plus d’un millier de nouveaux emplois dans la région. Cet investissement souligne l’importance du packaging avancé dans l’avenir de la technologie des semi-conducteurs, car il améliore la densité et les performances grâce à une intégration hétérogène. De plus, SK hynix collabore avec des institutions universitaires comme l’Université Purdue pour développer des projets de R&D axés sur le packaging avancé et l’intégration hétérogène. Ils visent également à cultiver une main-d’œuvre de haute technologie en développant des programmes de formation et des cursus interdisciplinaires en partenariat avec l’Université Purdue et l’Ivy Tech Community College. L’intégration de technologies avancées de conception de puces et de packaging continuera de jouer un rôle crucial dans l’évolution de l’électronique, permettant des solutions plus innovantes dans divers secteurs. À mesure que ces technologies progressent, nous pouvons anticiper des développements encore plus passionnants dans la conception des puces et les solutions qu’elles permettent, façonnant l’avenir de l’industrie des semi-conducteurs et au-delà.