Geïntegreerde schakeling
Een geïntegreerde schakeling (vaker IC, microchip, siliciumchip, computerchip of chip genoemd) is een stuk speciaal geprepareerd silicium (of een andere halfgeleider) waarin met behulp van fotolithografie een elektronische schakeling is geëtst. Siliciumchips kunnen logische poorten, computerprocessoren, geheugen en speciale apparaten bevatten. De chip is zeer kwetsbaar en wordt daarom gewoonlijk omgeven door een plastic verpakking om hem te beschermen. Het elektrische contact met de chip wordt verzorgd door kleine draadjes die de chip verbinden met grotere metalen pennen die uit de verpakking steken.
Een IC heeft twee grote voordelen ten opzichte van discrete schakelingen: kosten en prestaties. De kosten zijn laag, omdat miljoenen transistors op één chip kunnen worden geplaatst in plaats van een schakeling met afzonderlijke transistors te bouwen. De prestaties zijn hoger, omdat de componenten sneller kunnen werken en minder stroom verbruiken.
IC's worden voor verschillende doeleinden ontworpen. Een chip kan ontworpen zijn voor een rekenmachine, die alleen als rekenmachine kan werken. Geïntegreerde schakelingen kunnen worden ingedeeld in analoog, digitaal en gemengd signaal (zowel analoog als digitaal op dezelfde chip).
Halfgeleider
Een halfgeleider zoals silicium kan worden bestuurd om stroom toe te laten (of niet toe te laten). Dit maakt het mogelijk transistors te maken die elkaar kunnen besturen. Zij zijn te vinden in veel huishoudelijke artikelen zoals radio's, computers en telefoons. Andere halfgeleiderelementen zijn zonnecellen, diodes en LED's (light emitting diodes).
Beeld van Plastic Quad Flat Pack (PQFP)
Zijaanzicht van een dubbel in-line pakket (DIP)
Uitvinding
In 1958 en 1959 kwamen twee mensen op bijna precies hetzelfde moment op het idee voor een geïntegreerde schakeling. Transistors waren een alledaags ding geworden dat werd gebruikt in huishoudelijke apparaten zoals radio's. Zij beïnvloedden alles van radio's tot telefoons en op dat ogenblik hadden fabrikanten behoefte aan een kleinere vervanging voor vacuümbuizen. Transistors waren kleiner dan vacuümbuizen, maar voor sommige van de nieuwste elektronica, bijvoorbeeld raketgeleiding, waren ze niet klein genoeg.
Op een dag in juli was Jack Kilby aan het werk bij Texas Instruments toen het tot hem doordrong dat alle onderdelen van een schakeling, niet alleen de transistor, van silicium konden worden gemaakt. In die tijd stopte niemand condensatoren en weerstanden in IC's. Dit zou de toekomst veranderen en het gemakkelijker maken om geïntegreerde schakelingen te produceren en te verkopen. Kilby's baas vond het een goed idee en zei hem aan de slag te gaan. Op 12 september had Kilby een werkend model gebouwd, en op 6 februari vroeg Texas Instruments patent aan. Hun eerste "Solid Circuit" was zo groot als een vingertop.
Ondertussen, in Californië, had een andere man hetzelfde idee. In januari 1959 werkte Robert Noyce bij het kleine startende bedrijf Fairchild Semiconductor. Ook hij besefte dat een heel circuit in een enkele chip kon worden gestopt. Terwijl Kilby de details van het maken van afzonderlijke componenten had uitgewerkt, bedacht Noyce een veel betere manier om de onderdelen met elkaar te verbinden. Het ontwerp werd een "unitaire schakeling" genoemd. Al die details betaalden zich uit, want op 25 april 1961 kende het octrooibureau het eerste octrooi voor een geïntegreerde schakeling toe aan Robert Noyce, terwijl de aanvraag van Kilby nog in behandeling was. Tegenwoordig wordt erkend dat beide mannen het idee onafhankelijk van elkaar hebben bedacht.
Al snel waren er twee soorten geïntegreerde schakelingen: hybride (HIC) en monolithische (MIC). Hybriden stierven uit aan het eind van de 20e eeuw.
Generaties
| Naam | Periode | Aantallen transistors op elke chip (ongeveer) |
| SSI (kleinschalige integratie) | vroege jaren 1960 | een chip bevat maar een paar transistors |
| MSI (Integratie op middelgrote schaal) | late jaren 1960 | honderden transistors op elke chip |
| LSI (grootschalige integratie) | midden jaren zeventig | tienduizenden transistors per chip |
| VLSI (Integratie op zeer grote schaal) | laat 20e eeuw | honderdduizenden transistors |
| ULSI (ultra-grote schaalintegratie) | 21e eeuw | meer dan 1 miljoen transistors |
※ Het verschil tussen VLSI en ULSI is niet goed gedefinieerd.
Classificatie
Geïntegreerde schakelingen kunnen worden verpakt als DIP (Dual in-line package), PLCC (Plastic leaded chip carrier), TSOP (Thin small-outline package), PQFP (Plastic Quad Flat Pack) en andere typen chipverpakkingen. Sommige kleintjes zijn verpakt voor surface-mount technologie. De transistors binnenin kunnen bipolaire transistors zijn in ongebruikelijke schakelingen, zoals schakelingen die zeer hoge schakelsnelheden vereisen. De meeste zijn echter MOSFET's.
Verwante pagina's
Vragen en antwoorden
V: Wat is een geïntegreerde schakeling?
A: Een geïntegreerde schakeling, ook wel IC of microchip genoemd, is een stuk speciaal geprepareerd silicium waarop een elektronische schakeling geëtst wordt met behulp van fotolithografie.
V: Wat zijn enkele voorbeelden van apparaten die op een siliciumchip kunnen zitten?
A: Siliciumchips kunnen logische poorten, computerprocessoren, geheugen en speciale apparaten bevatten.
V: Waarom wordt een plastic verpakking gebruikt om de chip te omringen?
A: De chip is erg breekbaar, dus wordt er een plastic verpakking gebruikt om hem te beschermen.
V: Hoe wordt er elektrisch contact gemaakt met de chip?
A: Er is elektrisch contact met de chip via kleine draadjes die de chip verbinden met grotere metalen pinnen die uit de verpakking steken.
V: Wat zijn twee voordelen van het gebruik van IC's in plaats van discrete schakelingen?
A: IC's hebben twee grote voordelen ten opzichte van discrete schakelingen: kosten en prestaties. De kosten zijn laag omdat er miljoenen transistors op één chip gezet kunnen worden in plaats van een circuit met losse transistors te bouwen. De prestaties zijn hoger omdat de componenten sneller kunnen werken en minder stroom verbruiken.
V: Wat zijn de verschillende soorten IC's?
A: Geïntegreerde schakelingen kunnen worden ingedeeld in analoog, digitaal en gemengd signaal (zowel analoog als digitaal op dezelfde chip).
V: Kan een enkele chip voor een specifiek doel ontworpen worden?
A: Ja, een chip kan voor een specifiek doel ontworpen worden, zoals een rekenmachinechip die alleen als rekenmachine kan werken.
