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ICs - Integration ist alles
ICs ( Integrated Circuit ) sind die Integrationstalente in der Elektrotechnik. Sie sind eine Zusammenfassung von Schaltungen und Schaltungsteilen, die in einem Gehäuse vergossen sind. Es gibt verschiedene Arten von ICs. Wenn man sich für eine IC entscheidet, sollte man auf unterschiedliche Aspekte wie den Integrationsgrad und das DIL Gehäuse achten.
- Welche Komponenten enthalten ICs?
- Welche Arten von ICs gibt es?
- Welche Integrationsgrade haben ICs?
- Welche Chipgehäuse gibt es?
- Was sind Vor-und Nachteile von ICs?
Welche Komponenten enthalten ICs?
ICs können verschiedene Komponenten von elektronischen Halbleitermaterialien enthalten. Dazu zählen beispielsweise Transistoren, Dioden oder andere aktive und passive elektronische Bauteile.
Welche Arten von ICs gibt es?
In der Regel unterscheidet man drei Arten von ICs. Analoge ICs, Digitale ICs und monolithisch integrierte Schaltungen ( monolithic integrated circuit oder solid-state circuit ).
- Analoge ICs
- Digitale ICs
- Monolithische integrierte Schaltungen
Analoge ICs
In Analogen ICs sind beispielsweise Spannungsregler, Operationsverstärker oder regelbare Verstärker verbaut. Sie verarbeiten Signale mit verschiedenen Zwischenwerten und werden oft bei Batterien für tragbare Geräte, Mobiltelefonen oder Funk-Basisstationen verwendet.
Digitale ICs
Diese Schaltungen enthalten logische Verknüpfungen aus der Digitaltechnik. Diese Verknüpfungen verarbeiten die sogenannten Boolesche Werte ( Dateityp, der das logische WAHR (1) oder FALSCH (0) erkennt ). So bearbeiten sie digitale Zustände.
Digitale ICs werden in MOS-Technik oder Bipolar-Technik hergestellt. ICs, die in MOS-Technik hergestellt werden, haben eine geringere Stromaufnahme und sind kostengünstiger in ihrer Herstellung. Als Bauteil werden sie vor allem in Computernetzwerken, Bildschirmen und elektrischen Geräten genutzt.
Monolithische integrierte Schaltungen
Seit der Erfindung der Planartechnik durch Jean Hoerni im Jahr 1958 ist es möglich, alle Komponenten einer Schaltung auf einem Siliziumplättchen, also einem Chip, unterzubringen.
Alle Komponenten einer Schaltung werden mit Hilfe der Planartechnik auf Einkristall- Silizium-Scheiben ( Wafer ) Halbleiterbauelemente aufgebracht. Auf diesem IC haben die Bauelemente keine äußeren Anschlüsse. Man spricht von Schalt- oder Funktionselementen.
Verarbeitete Halbleiterbauelemente auf den ICs sind beispielsweise Transistoren oder Dioden und können viele Milliarden Bauteile enthalten. Die so gefertigten Chips finden ihre Anwendung meistens in der Computertechnik.
Welche Integrationsgrade haben ICs?
Aus den Transistoren und der Fläche des ICs und der Anzahl der Transistoren pro Flächeneinheit ( Integrationsdichte ) ergibt sich der Integrationsgrad eines ICs. Wenn statt Transistoren Logikgatter gezählt werden, spricht man von der logischen Komplexität. In der üblichen CMOS entspricht ein Gatter 4 Transistoren. Daraus ergeben sich ungepufferte Gatter, sogenannte NAND Gatter.
Für die Nennung der Integrationsdichte gibt es keine einheitlichen Bezeichnungen. Trotzdem können die Bezeichnungen
- SSI ( Small Scale Integration )
- MSI ( Medium Scale Integration )
- LSI ( Large Scale Integration )
- VLSI ( Very-Large Scale Integration )
- SLSI ( Super-Large Scale Integration )
- ULSI ( Ultra-Large Scale Integration )
als Richtwert angesehen werden.
ICs und Integrationsgrad
| IC | Funktionselemente (Transistoren/Gatter) | Anwendungen |
| SSI | bis zu 10 Transistoren/ einige Gatter | Logikelemente |
| MSI | zwischen 10 und 100 Transistoren/ein dutzende Gatter | führen digitale Operationen wie z.B. Zähler oder Multiplexer durch |
| LSI | zwischen 100 und 1.000 Transistoren/hunderte von Gattern | führen spezifische digitale Operationen wie z.B. Speicher, arithmetische oder logische Einheiten durch |
| VLSI | zwischen 1.000 und 10.000 Transistoren/tausende von Gattern | führen Rechenoperationen wie z.B. große Speicher, Arrays oder Prozessoren durch |
| SLSI | zwischen 10.000 und 100.000 Transistoren | führen Rechenoperationen wie z.B. Microcontroller oder Basis Pics durch |
| ULSI | mehr als 1.000.000 Transistoren | werden z.B. in Videoprozessoren oder GPUs eingesetzt |
Welche Chipgehäuse gibt es?
Als Chipgehäuse oder Package bezeichnet man die Ummantelung eines ungehäusten Halbleiterchips inklusive seiner Anschlussstellen ( Leads, Pins oder Balls ). Chipgehäuse für ICs sind durch das Halbleiter Standardisierungsgremium (JEDC) der EIA ( Electronic Industries Alliance ) standardisiert. Man unterscheidet zwischen unterschiedlichen Typen von Chipgehäusen.
- leadframebasierte Gehäuse
- substratbasierte Gehäuse
Gehäuse für ICs werden benötigt, um den Halbleiterchip auf einer Leiterplatte zu befestigen. So kann der IC mit dem Chip der Schaltung der Halbleiterplatte verbunden werden.
Was sind Vor- und Nachteile von ICs?
Die Lösung, operativen Problemen mit Mikrochips, auf denen ICs aufgebracht wurden, entgegen zu treten hat natürlich Vorteile, die unbestreitbar sind dazu gehören
- Betriebssicherheit
- platzsparend
- preisgünstig
Diese drei Schlagworte reichen eigentlich aus, um grünes Licht mit Hilfe eines IC auszulösen. Trotzdem seien hier kurz drei Nachteile benannt:
- zum Auslöten des IC sind Spezialwerkzeuge nötig
- ein defektes IC ist eher schwierig zu identifizieren
- die Ersatzteilbeschaffung kann wegen der Typenvielfalt kompliziert werden
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