Chips

Computerwijs 3A

Chips

Hoewel men vaak het volledige zwarte doosje chip noemt, is de eigenlijke chip een klein dun plaatje dat in het doosje verwerkt zit. Dat plaatje bevat miljoenen logische schakelingen - vandaar de offi-ciële naam voor de chip: Integrated Circuit (IC). Voor het chiptijdperk (de chip is eind jaren ’60 uit-gevonden), konden die logische schakelingen enkel gerealiseerd worden via (veel grotere) transistors en radiobuizen. Het ingenieuze van de chip is dat op een zeer

kleine plaats enorm veel schakelingen gerealiseerd kunnen wor-den. Hoe de mens erin slaagt om op zo’n kleine oppervlakte miljoenen schakelingen te realiseren, is voor jou ongetwijfeld een raadsel. Zo kan men tegenwoordig een volledige radio maken op 1 chip die kleiner is dan je pink! De foto hiernaast (die ondertussen toch al weer meer dan 20 jaar oud is), illus-treert de wonderbaarlijke wereld van de micro-elektronica: je ziet een mier die in haar kaken een chip vasthoudt.

Een chip bevat ontelbare logische schakelingen. Dat zijn dan

weer combinaties van logische poorten. Een logische poort is eigenlijk een schakelaar die in staat is om inkomende signalen (bits) om te zetten. Er zijn drie belangrijke poorten: EN, OF en NIET.

De EN-poort

Deze poort heeft twee ingangen en één uitgang. De uitgang levert alleen een stroom (1) als er op beide ingan -gen ook stroom (1) binnenkomt. In alle andere gevallen levert de uitgang (bijna) geen stroom (0).

Schematisch

Tabel

ingang 1 ingang 2 uitgang

1 1 1

1 0 0

0 1 0

0 0 0

De OF-poort

Deze poort heeft twee ingangen en één uitgang. De uitgang levert altijd een stroom (1), tenzij er op geen van beide ingangen stroom binnenkomt. In dat geval levert de uitgang (bijna) geen stroom (0).

Schematisch

Tabel

ingang 1 ingang 2 uitgang

1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0

EN

OF

Computerwijs 3A

Chips

De NIET-poort

Deze poort heeft één ingang en één uitgang. De uitgang levert alleen een stroom (1) als er op de ingang geen stroom binnenkomt. In het andere geval levert de uitgang (bijna) geen stroom (0).

Schematisch

Tabel

ingang uitgang

1 0

0 1

Door deze drie basispoorten op een ingenieuze manier te combineren, is men o.a. in staat schake-lingen te maken die bits (stroompjes) onthouden (de zogenaamde flipflops). Een belangrijke toepass-ing voor de chip is het RAM-geheugen.

Doorheen de chip lopen elektrische stroompjes. De chip is met zeer fijne draadjes verbonden met de metalen pootjes van het zwarte doosje. Langs die pootjes komen de stroompjes binnen en buiten.

Schematisch

Je vraagt je waarschijnlijk af hoe chips worden vervaardigd. Hieronder vind je in ruwe lijnen het fab-ricageproces.

1 Het hoofdbestanddeel waaruit chips gemaakt worden, is silicium. Die stof wordt gewonnen uit zand. (De glinsterende korreltjes die je in strandzand aantreft, bestaan uit siliciumoxide.) O.a. via een opwarmings-en afkoelingsproces wordopwarmings-en uit zand grote zuivere siliciumkristallopwarmings-en gevormd. Je kunt het proces eopwarmings-en klein beetje vergelijken met dat van het winnen van suiker.

2 De siliciumkristallen worden d.m.v. een laser fijngesneden tot cilindervormige staven (diameter: ongeveer 12 cm, lengte: ongeveer 1 m).

3 Een cilinder wordt vervolgens in dunne schijfjes gezaagd (via een laserzaag). De zo verkregen schijfjes zijn uiterst dun.

4 Op een siliciumschijfje worden via foto-elektrochemische processen logische schakelingen aangebracht. Die schakelingen worden eerst vergroot uitgetekend en vervolgens met behulp van speciale technieken duizenden keren verkleind. Aangezien zoveel schakelingen op een kleine oppervlakte geïntegreerd worden, spreekt men van geïntegreerde schakelingen.

NIET

Computerwijs 3A

Chips

5 Op één schijfje komen de schakelingen van tientallen chips. Aangezien het schijfje op deze manier een roosterstructuur krijgt, noemt men het ook wel eens een wafel (Engels: wafer).

6 De wafel wordt vervolgens versneden tot individuele chips die op hun beurt in de plastic verpakking terechtkomen.

Uit dit fabricageproces blijkt duidelijk hoe de populaire term chip is ontstaan. Door het verzagen van de siliciumcilinders ontstaan immers fijne schijfjes die je een beetje kunt vergelijken met de schijfjes die je krijgt door aardappels fijn te snijden (chips!).