{"id":28011,"date":"2022-04-14T07:00:00","date_gmt":"2022-04-14T07:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/unkategorisiert\/die-miniaturisierung-elektronischer-bauteile-und-industrieller-sensoren\/"},"modified":"2022-04-14T08:25:55","modified_gmt":"2022-04-14T08:25:55","slug":"die-miniaturisierung-elektronischer-bauteile-und-industrieller-sensoren","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/de\/fertigungsindustrie\/die-miniaturisierung-elektronischer-bauteile-und-industrieller-sensoren\/","title":{"rendered":"Die Miniaturisierung elektronischer Bauteile und industrieller Sensoren"},"content":{"rendered":"\n

Der Trend, dass elektronische Komponenten immer kleiner werden, hat mehrere zusammenh\u00e4ngende Gr\u00fcnde. Einerseits stehen die Hersteller von Endprodukten unter dem Druck, ihre Produkte zu verkleinern und gleichzeitig deren Leistungsf\u00e4higkeit und Funktionalit\u00e4t zu erh\u00f6hen. Andererseits, m\u00fcssen auch die Komponentenhersteller ihre Technologien st\u00e4ndig erneuern, damit die Komponenten in die kleineren Endprodukte passen. Das ist nur durch die technologische Forschung und Entwicklung m\u00f6glich. Ein hervorragendes Beispiel daf\u00fcr, sind Halbleiter, denn sie k\u00f6nnen mehrere Milliarden von Transistoren auf immer kleinerer Fl\u00e4che unterbringen. Doch sie sind nicht die einzigen elektronischen Bauteile, die kleiner werden m\u00fcssen. Heute enthalten die meisten elektronischen Endprodukte nur noch weniger als f\u00fcnf Halbleiter, obwohl ihre Leistungsf\u00e4higkeit enorm gestiegen ist. Es werden jedoch Hunderte unterst\u00fctzender und ebenso wichtiger Komponenten ben\u00f6tigt, wie z. B. passive Bauelemente (Induktoren, Kondensatoren und Widerst\u00e4nde).<\/p>\n\n\n\n

Die Anforderungen an die Miniaturisierung von Bauteilen beschr\u00e4nken sich jedoch nicht nur auf elektronische Komponenten. In der Industrie ist der Platz in der Fabrikhalle sehr knapp bemessen, und der verf\u00fcgbare Platz f\u00fcr die einzelnen Produktionsanlagen, Sensoren und Aktoren ist ebenfalls begrenzt. Folglich muss die n\u00e4chste Generation jedes Produktionsmittels kleiner sein und mehr Funktionen bieten.<\/p>\n\n\n\n

Dieser Artikel unterstreicht die Bedeutung der fortschreitenden Miniaturisierung von Komponenten, egal ob es elektronische Komponenten oder industrielle Sensoren sind.<\/p>\n\n\n\n

Die Miniaturisierung von Komponenten wird immer wichtiger<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Seit der Erfindung des Transistors in den sp\u00e4ten 1940er Jahren hat die Elektronikbranche einen starken Wandel erlebt. Der Fokus war dabei stets auf der Miniaturisierung. Ein Jahrzehnt sp\u00e4ter wurde der erste integrierte Schaltkreis (IC) mit vier Transistoren von Robert Noyce bei Fairchild Semiconductor entwickelt. Heutzutage finden sich in den modernsten Prozessoren mehrere Milliarden Transistoren. Das bedeute, dass sich das Verfahren zur Herstellung von Halbleitern auf immer kleinerer Fl\u00e4che deutlich verbessert hat. Die Fortschritte bei der Entwicklung und Herstellung von Komponenten sind jedoch auch der Elektronikindustrie im Allgemeinen zugute gekommen.<\/p>\n\n\n\n

Die Auswirkungen des technologischen Fortschritts bei elektronischen Bauteilen<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Der erste Transistor-Prototyp war im Vergleich zu den heutigen Ger\u00e4ten sehr gro\u00df. Allerding war er wesentlich kleiner als die damals \u00fcblichen Thermionischen Ventile. Der Transistor war nicht nur kleiner, sondern auch die Anordnung der Versorgungsspannung war weniger komplex als bei R\u00f6hren und es war kein Heizelement erforderlich. Schon fr\u00fch erkannten die Ingenieure das Potenzial, das die Integration von Transistoren in einen IC bieten kann. Dies war der Startpunkt f\u00fcr die Entwicklung immer kleinerer und leistungsf\u00e4higerer ICs. Gordon Moore, der Mitbegr\u00fcnder von Intel, prognostizierte mit seinem „Mooreschen Gesetz“, dass sich die „Anzahl der Transistoren in einem IC alle zwei Jahre verdoppeln“ w\u00fcrde.<\/p>\n\n\n\n

Die Forschung und Entwicklung im Bereich des Designs und der Entwicklung von Halbleiter-ICs ist auch heute noch f\u00fchrend in der Elektronikindustrie. Die Verkleinerung elektronischer Komponente stellt die Hersteller von automatisierten Produktionsanlagen vor die Herausforderung, sich auf kleinere Gr\u00f6\u00dfen einzustellen. Die physischen Dimensionen, um die es jetzt geht, sind erstaunlich. Ein moderner Halbleiterprozessknoten beispielsweise hat derzeit eine Gr\u00f6\u00dfe von 5 Nanometern (nm). Dieses Ma\u00df bezieht sich nicht auf die tats\u00e4chliche Transistorgr\u00f6\u00dfe, sondern wird von Halbleiterherstellern zur Angabe der Transistordichte verwendet. Viele Smartphones verwenden ICs, die auf dem 5-nm-Verfahren basieren, und die Rechenleistung der 30 Milliarden Transistoren erm\u00f6glicht den Betrieb des Telefons und all unserer beliebten Apps.<\/p>\n\n\n\n

Transistoren und Halbleiter-ICs werden nach den Standardspezifikationen f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenmontage (SMT) verpackt, die von der JEDEC Solid State Technology Association verwaltet werden. Das Gleiche gilt f\u00fcr oberfl\u00e4chenmontierte passive Komponenten wie Kondensatoren, Widerst\u00e4nde und Induktivit\u00e4ten. Da Halbleiter immer kleiner und leistungsf\u00e4higer werden, m\u00fcssen auch die passiven Komponenten an die Gr\u00f6\u00dfe der Halbleiter angepasst werden. Deshalb findet man heute in jedem beliebgen embedded System nur ein paar komplexe ICs. Um die ICs herum befinden sich jedoch viele Hunderte von passiven Bauteilen, die f\u00fcr ihren Betrieb von grundlegender Bedeutung sind.<\/p>\n\n\n\n

Ein Beispiel f\u00fcr ein Transistorgeh\u00e4use <\/a>ist das Format SOT23-3 (S<\/strong>mall O<\/strong>utline T<\/strong>ransistor). Er wird in der Regel f\u00fcr Kleinsignal-Allzwecktransistoren verwendet, hat drei Anschl\u00fcsse und misst 3 mm x 1,75 mm x 1,3 mm. Einige ICs verwenden auch das SOT-23-Geh\u00e4use, wobei das ‚-x‘ die Anzahl der verwendeten Pins angibt. Ein SOT23-6 bezeichnet zum Beispiel ein IC mit sechs Pins.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr integrierte Schaltungen gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Geh\u00e4useformen, einige mit, andere ohne Verbleiung. In jedem Fall sind sie alle oberfl\u00e4chenmontiert. Einige Sensoren<\/a>, wie z. B. mikroelektromechanische Systeme (MEMS), sind in g\u00e4ngigen Halbleitergeh\u00e4usen untergebracht. Beispiele hierf\u00fcr sind:<\/p>\n\n\n\n