Charakteristika integrovaných obvodov

Integrovaný obvod (IC) je jednou z najzložitejších vecí, aké boli kedy vyrobené. Pozostávajú z malých štvorčekov kremíka s vytlačenými mikroskopickými vzormi. Vzory môžu obsahovať stovky miliónov tranzistorov, rezistorov a iných elektronických častí. Lacné a všadeprítomné, poháňajú naše počítače, mobilné telefóny a hudobné prehrávače. Vďaka nim je všetko od hriankovačov až po autá efektívnejšie. Keďže dizajnéri čipov pokračujú v zlepšovaní stavu techniky, vtláčajú viac funkcií do stále menších balíkov.

Integrované obvody sú vyrobené z polovodičových materiálov, ktoré sú uprostred medzi dobrými vodičmi, ako je meď, a izolantmi, ako je plast. Aktuálnym favoritom je kremík. Ultračistý kremík je zmiešaný s malým, presným množstvom iných prvkov, aby sa vytvorili elektronické materiály s rôznymi vlastnosťami.

Čip integrovaného obvodu je príliš malý a citlivý na to, aby sa s ním dalo priamo manipulovať. Každý čip je spojený so sadou malých zlatých alebo hliníkových drôtov a zasadený do plochého bloku z plastu alebo keramiky. Blok má na vonkajšej strane kovové kolíky, ktoré vedú k drôtom vo vnútri. Kolíky tvoria pevné mechanické a elektrické spojenie s ostatnými komponentmi v systéme. Plastový blok chráni IC čip a pomáha ho udržiavať v chlade. Názov výrobcu a číslo dielu sú zvyčajne vytlačené na hornej strane.

Integrované obvody sa dodávajú v rôznych typoch balíkov. Jednoduché čipy sa dodávajú v dvojradovom balení alebo DIP. Sú to dlhé obdĺžniky so štyrmi, siedmimi, ôsmimi alebo viacerými kolíkmi na oboch stranách. Ako zložitosť čipu rástla, dizajnéri pridali ďalšie kolíky. Niektoré mikroprocesorové čipy majú stovky pinov. Tie sú usporiadané v úhľadných radoch na spodnej strane čipu.

Veľkosť skutočného čipu integrovaného obvodu sa pohybuje od 1 mm2 do viac ako 200. Plastový obal, ktorý čip obsahuje, je niekoľkonásobne väčší. Jeho hrúbka sa môže pohybovať od zlomku milimetra až po niekoľko milimetrov.

V roku 2009 merali tranzistory na niektorých počítačových čipoch 45 nanometrov (miliardtiny metra) na jednej strane. Tieto čipy majú viac ako 100 miliónov tranzistorov. Od 60. rokov 20. storočia sa polovodičovému priemyslu podarilo zdvojnásobiť počet tranzistorov na čipe každé dva roky, čo je trend známy ako Moorov zákon. S rastúcim počtom tranzistorov sa zvyšuje aj funkčnosť čipu.

Diskrétne zariadenia, ako sú tranzistory a LED diódy, sú vyrobené z jednotlivých kremíkových čipov. Integrované obvody dostali svoje meno, pretože kombinujú mnoho rôznych zariadení na jednom čipe. Keďže tranzistory na čipe sú také malé, mnoho čiastkových funkcií, ktoré predtým vykonávalo veľa čipov, teraz vykonáva jeden. Napríklad mikrokontrolér obsahuje kompletný mikroprocesor, pamäť a rozhranie v jednom zariadení.