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Integrierter Schaltkreis

  
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Integrierter Schaltkreis

Integrierte Schaltkreise sind elektronische Schaltungen die auf einem einzelnen Halbleiter-Chip untergebracht sind. Vor der Entwicklung dieser Chiplösungen, konnten elektronische Schaltungen nur über diskrete Schaltungen realisiert werden, sprich mehre einzelne Bauteile mussten verwendet werden. Der Vorteil der IC-Lösungen besteht in der Reduzierung des Platzbedarfes und in der Leistungsaufnahme. Ab den 1960er Jahren wurden diese Lösungen zunehmend eingesetzt. Jack Kilby entwickelte 1958 den ersten integrierten Schaltkreis, ein Flip-Flop, dies war eine Vorstufe zur Weiterentwicklung der TTL-Schaltungen hin zu kleineren Bauformen. Die ersten massengefertigten Schaltkreise bestanden aus nur einigen duzend Transistoren. Im Laufe der Zeit brachte die Technik weitere Fortschritte mit sich und so konnten die Bauelemente weiter verkleinert werden und auch noch zusätzliche passive Bauelenente untergebracht werden, die Komplexität wurde deutlich erhöht. Die wichtigste Kenngröße von integrierten Schaltkreisen war zunächst fast ausschließlich die Anzahl der Transistoren pro Fläche. Mit der medium-scale integration (MSI) fanden einige hundert Transistoren, bei der large-scale integration (LSI) anfang der 1970er einige tausend Transistoren Platz auf einem Chip. Sogar die Kosten für Rechnersysteme konnten durch diese 1-Chip Lösungen des Hauptprozessors stark reduziert werden. Anfang der 1980er Jahre konnte man durch die very-large-scale integration bereits mehrere hunderttausend Transistoren in einen einzigen Chip integrieren, da duch konnte man Random Access Memory bis zu einer Größe von einem Megabyte herstellen. Zum Vergleich: aktuelle Grafikkartenprozessoren enthalten ca. 1,5 Millarden Transistoren auf nur einem Chip, welcher nicht größer ist, als ungefähr 6 Quadratzentimeter. Speicherchips haben auf einer Fläche von einem Quadratzentimeter bereits die Zahl von knapp zwei Milliarden Transistoren erreicht. ICs werden für unterschiedliche Typen der Anforderung hergestellt: Prozessoren, Halbleiterspeicher, ASICs, Sensor-ICs, DSPs, D/A- und A/D-Wandler, FPGAs, Microcontroller, Power-ICs. Die Sogenannte Halbleiteruindustrie beschäftigt sich mit der Herstellung und Fertigung von ICs. Front-End und Back-End sind dabei die beiden Arbeitszyklen. Bei ersterem werden die aktiven Bauelemente hergestellt, anschließend erfolgt die Verdrahtung, also die elektrische Verbindung. Im letztgenannten Zyklus werden mehrere zusammenhaftende ICs auseinander gesägt, da der Endverbraucher diese ja einzeln verwenden will. Da ICs im Vergleich zu anderen Bauelemente sehr teuer sind, werden diese auch noch ausgiebigen Funktionstests unterzogen, bevor sie das Herstellungsareal verlassen. Ohne die platzsparende Erfindung der ICs wären jegliche modernen rechengestützte Geräte praktisch unmöglich.


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