Charakteristika integrovaných obvodů

Integrovaný obvod (IC) je jednou z nejsložitějších věcí, jaké byly kdy vyrobeny. Skládají se z malých čtverečků křemíku, potištěných mikroskopickými vzory. Vzory mohou obsahovat stovky milionů tranzistorů, rezistorů a dalších elektronických součástek. Jsou levné a všudypřítomné a napájejí naše počítače, mobilní telefony a hudební přehrávače. Zefektivňují vše od toustovacích pecí po automobily. Jak návrháři čipů pokračují ve zdokonalování stavu techniky, vtlačují více funkcí do stále menších balíčků.

Integrované obvody jsou vyrobeny z polovodičových materiálů, které jsou uprostřed mezi dobrými vodiči, jako je měď, a izolátory, jako je plast. Křemík je současný favorit. Ultračistý křemík je smíchán s malým, přesným množstvím dalších prvků, aby vznikly elektronické materiály s různými vlastnostmi.

Čip integrovaného obvodu je příliš malý a choulostivý na to, aby s ním bylo možné přímo manipulovat. Každý čip je spojen se sadou drobných zlatých nebo hliníkových drátků a zasazen do plochého bloku z plastu nebo keramiky. Blok má na vnější straně kovové kolíky, které vedou k drátům uvnitř. Kolíky tvoří pevné mechanické a elektrické spojení s ostatními součástmi v systému. Plastový blok chrání IC čip a pomáhá jej udržovat v chladu. Název výrobce a číslo dílu je obvykle vytištěno na horní straně.

Integrované obvody se dodávají v různých typech balení. Jednoduché čipy jsou dodávány v dvouřadém balení neboli DIP. Jedná se o dlouhé obdélníky se čtyřmi, sedmi, osmi nebo více kolíky na každé straně. Jak rostla složitost čipu, návrháři přidali další kolíky. Některé mikroprocesorové čipy mají stovky pinů. Ty jsou uspořádány v úhledných řadách na spodní straně čipu.

Velikost skutečného čipu integrovaného obvodu se pohybuje od 1 mm2 do více než 200. Plastový obal, který čip obsahuje, je párkrát větší. Jeho tloušťka se může pohybovat od zlomku milimetru až po několik milimetrů.

V roce 2009 měří tranzistory na některých počítačových čipech 45 nanometrů (miliardtiny metru) na straně. Tyto čipy mají více než 100 milionů tranzistorů. Od 60. let 20. století se v polovodičovém průmyslu každé dva roky podařilo zdvojnásobit počet tranzistorů na čipu, což je trend známý jako Mooreův zákon. S rostoucím počtem tranzistorů roste i funkčnost čipu.

Diskrétní zařízení, jako jsou tranzistory a LED, jsou vyrobeny z jednotlivých křemíkových čipů. Integrované obvody dostaly své jméno, protože kombinují mnoho různých zařízení na stejném čipu. Protože jsou tranzistory na čipu tak malé, mnoho dílčích funkcí, které dříve vykonávalo mnoho čipů, nyní provádí jeden. Například mikrokontrolér obsahuje kompletní mikroprocesor, paměť a rozhraní v jednom zařízení.