Eigenschaften von integrierten Schaltkreisen

Der integrierte Schaltkreis (IC) ist eines der komplexesten Dinge, die je hergestellt wurden. Sie bestehen aus kleinen Quadraten aus Silizium, die mit mikroskopischen Mustern bedruckt sind. Die Muster können Hunderte Millionen von Transistoren, Widerständen und anderen elektronischen Teilen enthalten. Sie sind kostengünstig und allgegenwärtig und versorgen unsere PCs, Mobiltelefone und Musikplayer mit Strom. Sie machen alles vom Toaster bis zum Auto effizienter. Während Chipdesigner den Stand der Technik ständig verbessern, quetschen sie mehr Funktionalität in immer kleinere Gehäuse.

Integrierte Schaltkreise bestehen aus halbleitenden Materialien, die zwischen guten Leitern wie Kupfer und Isolatoren wie Kunststoff liegen. Silizium ist der aktuelle Favorit. Ultrareines Silizium wird mit kleinen, präzisen Mengen anderer Elemente vermischt, um elektronische Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erzeugen.

Der integrierte Schaltkreischip ist zu klein und zu empfindlich, um direkt gehandhabt zu werden. Jeder Chip wird mit einem Satz winziger Gold- oder Aluminiumdrähte verbunden und in einen flachen Block aus Kunststoff oder Keramik eingesetzt. Der Block hat außen Metallstifte, die zu den Drähten im Inneren führen. Die Pins bilden eine feste mechanische und elektrische Verbindung zu anderen Komponenten in einem System. Der Kunststoffblock schützt den IC-Chip und hilft, ihn kühl zu halten. Der Herstellername und die Teilenummer sind normalerweise oben aufgedruckt.

ICs gibt es in einer Vielzahl von Gehäusetypen. Einfache Chips werden in einem Dual-Inline-Gehäuse oder DIP geliefert. Dies sind lange Rechtecke mit vier, sieben, acht oder mehr Pins auf jeder Seite. Da die Chipkomplexität zugenommen hat, haben Designer mehr Pins hinzugefügt. Einige Mikroprozessorchips haben Hunderte von Pins. Diese sind in ordentlichen Reihen auf der Unterseite des Chips angeordnet.

Die Größe des tatsächlichen integrierten Schaltungschips variiert von 1 Quadratmillimeter bis über 200. Das Plastikgehäuse, das den Chip enthält, ist einige Male größer. Seine Dicke kann von einem Bruchteil eines Millimeters bis zu einigen Millimetern reichen.

Im Jahr 2009 messen Transistoren auf einigen Computerchips 45 Nanometer (Milliardstel Meter) an der Seite. Diese Chips haben mehr als 100 Millionen Transistoren. Seit den 1960er Jahren ist es der Halbleiterindustrie gelungen, die Anzahl der Transistoren auf einem Chip alle zwei Jahre zu verdoppeln, ein Trend, der als Moore's Law bekannt ist. Wenn die Transistorzahl steigt, steigt auch die Funktionalität des Chips.

Diskrete Geräte wie Transistoren und LEDs bestehen aus einzelnen Siliziumchips. Integrierte Schaltkreise haben ihren Namen, weil sie viele verschiedene Geräte auf demselben Chip vereinen. Da die Transistoren auf einem Chip so klein sind, werden viele Teilfunktionen, die früher von vielen Chips ausgeführt wurden, jetzt von einem erledigt. Ein Mikrocontroller zum Beispiel enthält einen kompletten Mikroprozessor, Speicher und Schnittstelle in einem Gerät.