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第2回:IC(集積回路)の分類について②

こんにちは。 今回も「IC(集積回路)の分類」について、エンジニアのひとり言として続けていきます。

前回は機能による分類をお話ししましたが、今回は集積度やパッケージといった切り口で整理してみます。

<集積度および用途による分類>
集積度とは、1つのIC(半導体チップ)の中に、どれだけ多くの電子回路素子(主にトランジスタ)を集積できるかを示す指標です。
一般的に、SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSIといった分類があり、集積度が高くなるほど、小型化・高機能化、高速化、低コスト化が実現できます。

・LSI(Large Scale Integration)
LSI(大規模集積回路)とは、おおよそ1,000個~10万個程度の電子部品(トランジスタ等)を1つの半導体チップに集積したICです。
最近では「IC」や「SoC(System on Chip)」と近い意味で使われることがありますが、分類の観点が異なるため注意が必要です。
システムLSIとSoCも似た意味で使われますが、SoCはシステムとして必要な要素を1チップに完結させたもので、システムLSIの1つですが、システムLSIには複数のチップを1つのパッケージにまとめたSiPも含まれます。

・ULSI(Ultra Large Scale Integration)
ULSI(超々大規模集積回路)は、半導体チップに1,000万個以上の電子回路素子(トランジスタ等)を集積した極めて大規模なIC(集積回路)を指します。 現在では技術の進歩によりULSIという言葉自体はあまり使われず、LSIやIC、VLSIといった用語に包括されるケースが一般的です。

・ASIC(Application Specific Integrated Circuit)
ASICは特定の顧客・特定用途向けに設計・製造されるIC(集積回路)です。
特定の処理に最適化されるため、性能や効率は非常に高くなりますが、ゼロからの専用設計になるため、開発コストが高く、開発期間も長くなる傾向があります。

・ASSP(Application Specific Standard Product)
ASSPは、画像処理や通信制御などの特定用途向けの機能を持ちながら、汎用品として量産・販売されるICです。
ASICほどの自由度はありませんが、コストと入手性のバランスが良く、幅広い製品に採用されています。

・ゲートアレイ
ゲートアレイは、ASICの一種で、あらかじめチップ上にトランジスタなどの基本素子(ゲート)を規則的に配置したチップを用意し、配線(メタル層)をカスタマイズすることで目的のICを実現する手法です。
フルカスタムに比べて設計自由度は低いですが、開発期間とコストを大幅に短縮できることが特徴です。
多品種少量生産に適しており、セミカスタムICに分類されます。

・FPGA(Field Programmable Gate Array)
FPGAはゲートアレイの一種で、ユーザーがハードウェア記述言語(HDL)を用いて内部回路を記述し、何度でも変更・再構成が可能なデバイスです。
試作や少量生産、製品化後の仕様変更・不具合修正にも柔軟に対応でき、開発リスクを低減できる点が大きなメリットです。


・セミカスタムIC
既存の汎用部品や回路ブロックをベースとする事で、コストと開発期間を削減して、特定の用途に特化した効率的なICです。
顧客の要求にカスタマイズできるのが特徴で、ゲートアレイ方式、セルベース方式、エンベデッドアレイ方式などがあります。

<パッケージによる分類>
ICチップ(集積回路)を樹脂などに封入して保護し、基板上に実装されます。
形状はチップサイズや実装方法に合わせて多くの種類があります。
・挿入実装型           基板に差し込むタイプで、DIPなどがあります。
・表面実装型           基板の表面に実装するタイプで、QFPなどがあります。
・先端パッケージ        複数のチップを一つのパッケージに集積するSiPなどがあります。
ICへの内蔵機能の増加や回路の大規模化にともない、IC外部との制御・通信端子や電源端子も増加し多ピン化したICパッケージが求められるようになってきました。 一方で、プリント基板にICを高密度に実装することも求められるため、パッケージ裏面に格子状にはんだボールを配置したBGA(Ball Grid Array)などが開発されてきました。


パッケージによる実装以外に、チップを直接基板上に実装するフリップチップ実装やCOB実装もあり、省スペース化、高速化、高性能化などを実現します。

次回は組み合わせ回路です。

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