Was ist Mikroelektronik?

Wir hören oft von integrierten Schaltungen, Mikroprozessoren, Computerchips - was ist das genau?

Was ist Mikroelektronik?

Ein elektronischer Schaltkreis wird auf eine Platine gesteckt.

Was ist Mikroelektronik?

Ein elektronischer Schaltkreis auf einer Platine.

In der Elektronikentwicklung gab es im vergangenen Jahrhundert große Entwicklungsschritte, bei denen neuartige Bauelemente zur Steuerung und Beinflussung elektrischer Ströme und Spannungen entwickelt wurden. Dazu gehören Dioden, Transistoren, Thyristoren und andere Bauelemente, die aus einem Halbleiter wie Germanium oder Silizium hergestellt werden. Dadurch ergaben sich völlig neue Anwendungen in der Nachrichten- und Informationstechnik, in der Unterhaltungselektronik (Transistorradio), in der medizinischen Elektronik oder in der Fahrzeugelektronik. Diese Bauelemente waren zunächst diskret (einzeln) aufgebaut (in einem eigenen Gehäuse mit eigenen äußeren Anschlüssen) und wurden über eine Leiterplatte (Platine) elektrisch miteinander verbunden.

Die Entwicklung der Halbleiterbauelemente machte es möglich, durch Miniaturisierung mehrere Bauelemente auf einem einzigen Halbleiterbaustein zu vereinigen. Ebenso wurde es möglich, neben den aktiven Bauelementen (Transistoren, Dioden) auch passive Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren) zu miniaturisieren. Schließlich war der Schritt möglich, diese Bauelemente auch elektrisch zu verbinden, so daß ganze Elektronikschaltungen miniaturisiert werden konnten. Dies war der Beginn der Ära (ab ca. 1960), in der wir von "integrierten Schaltungen" oder "Schaltkreisen" (auch "IC" = Integrated Circuit) sprechen. Diese Integration findet auf einem einzigen Substrat, dem "Chip" statt. Der Chip wird in ein Gehäuse verbaut und mit Anschlüssen nach außen versehen.

Die Miniaturisierung in der Halbleitertechnologie ist ein fortschreitender Prozeß, der

1.) zu einer Verringerung des Volumens von Geräten und Anlagen führt,
2.) zu einer Verringerung der Masse von Geräten führt (tragbare Geräte),
3.) die Zuverlässigkeit erhöht,
4.) den Energiebedarf verringert,
5.) die Laufzeit von Signalen verringert.

Die Miniaturisierung folgt dabei annähernd dem "Mooreschen Gesetz" (Moore’s law), nach welchem die Komplexität (Dichte von Bauelementen - Anzahl der Bauelemente pro Fläche) der integrierten Schaltungen sich in wenigen Monaten immer wieder verdoppelt. Die Herstellung integrierter Schaltkreise erfolgt in Halbleiterfabriken unter äußerst sauberen Bedingungen (Reinraum).

Mikroelektronik ist heute ein allgemeiner Begriff, mit dem der Entwurf und die Herstellung solcher integrierten Schaltungen bezeichnet wird. Es gibt heute vielfältige Einsatzgebiete für integrierte Schaltungen, so z.B Prozessoren (das Herzstück eines Computers) oder Speicherbausteine. Kaum ein elektrisches oder elektronisches Gerät kommt ohne Schaltkreise aus, andere wurden erst durch sie ermöglicht, denken wir z.B. an Herzschrittmacher, Smartphones oder Digitalarmbanduhren.

Foto 1: © science photo - Fotolia.com (Einbau eines Chip)
Foto 2: © zdyma4 - Fotolia.com



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