Wat is freeware en waarvoor wordt freeware gebruikt?

Freeware is een benaming die wordt gebruikt voor software waarvan de maker toestemming heeft verleend aan andere personen of bedrijven zonder dat daarvoor een vergoeding betaald hoeft te worden. De software is dus ‘gratis’ oftewel ‘free’ maar het is geen vrije software. Het woord Engelse ‘free’ kan in deze context dus niet worden vertaald met het Nederlandse woord ‘vrij’. De auteur van de software heeft zelf licentie verleend maar de freeware zelf is wel volledig beschermd door auteursrechten.

Doordat freeware gratis gebruikt kan worden is het populair bij veel hobbymatige gebruikers van software. Bedrijven maken echter ook gebruik van freeware maar verlangen dikwijls complexere software oplossingen waardoor de beschikbare freeware niet toereikend is.

Auteursrechten en freeware
Freeware verschilt van publicdomainsoftware omdat freeware, zoals hierboven is benoemd, volledig is beschermd door auteursrechten. Door deze bescherming is het niet toegestaan om de freeware aan te passen of te verbeteren. Ook het verspreiden of verkopen van freeware mag niet. Bij vrije software zijn deze beperkingen niet van toepassing. De broncode is daarbij beschikbaar als een onderdeel van de licentie.

Waarvoor wordt freeware gebruikt?
Freeware is software dat vrij gebruikt kan worden. Er is in de loop der tijd veel freeware ontwikkelt en beschikbaar gesteld. Freeware kan onder andere worden toegepast in de ICT, bijvoorbeeld in personal computers. Daarnaast kan freeware ook door hobbyisten worden gebruikt voor bijvoorbeeld eenvoudige, maar ook complexere automatisering van machines.

Wat is een geïntegreerde schakeling of Integrated Circuit (IC)?

Geïntegreerde schakelingen worden ook wel in het Engels Integrated Circuit genoemd, dit wordt afgekort met IC. Een geïntegreerde schakeling is een samenstel waarbij diverse elektronische componenten op een enkel stuk halfgeleidermateriaal worden geplaatst. Als het een grote IC betreft wordt deze ook wel microchip of chip genoemd. IC’s worden in heel veel verschillende elektrische machines en apparaten ingebouwd. Hierbij kan gedacht worden aan mobiele telefoons, computers, wasmachines en voertuigen waarin elektronica is ingebouwd.

Geïntegreerde schakelingen zijn elektronische schakelingen die zoals de naam aangeeft geïntegreerd zijn. Deze schakelingen zijn geïntegreerd en gefabriceerd op een plakje silicium (Si). Dit plakje silicium wordt vervolgens in een keramische behuizing geluimd of in een plastic behuizing gegoten. Deze behuizing heeft metalen pootjes waarmee de schakeling bevestigd kan worden. Een geïntegreerde schakeling is dus een compact geheel. Hiermee verschilt een geïntegreerde schakeling van losse componenten die op printplaten worden aangebracht.

Chip
Als men het heeft over geïntegreerde schakelingen gebruikt men ook vaak de term ‘chip’. Het woord chip is een afgeleide van het materiaal dat voor deze schakeling wordt gebruikt. dit materiaal is, zoals eerder genoemd, een plakje silicium. Dit plakje silicium wordt gefabriceerd uit zuiver zand; SiO2. Het plakje heeft een doorsnede van bijvoorbeeld 200 of 300 mm.

Elektronische schakelingen
In veel machines en apparaten maakte men gebruik van dezelfde elektronische schakelingen. Hierdoor werden algemene printplaten ontwikkeld die een specifieke functie hadden. Deze algemene printplaten werden samengesteld uit losse componenten die op de printplaat werden aangebracht. Daarnaast werden op deze printplaten ook weerstanden direct op de print aangebracht. Door de weerstanden direct op de print aan te brengen ontstond een hybride schakeling. De hybride schakeling is een voorloper van de geïntegreerde schakeling die later werd ontwikkeld.

Ontwikkeling geïntegreerde schakeling
De geïntegreerde schakeling werd ontwikkeld omdat er in toenemende mate gebruik werd gemaakt van transistors. Deze transistors werden dikwijls in dezelfde elektronische schakeling gebruikt waardoor een geïntegreerde schakeling een gunstige oplossing werd. De transistors werden gezamenlijk met de weerstanden gefabriceerd op één halfgeleiderplaatje. In eerste instantie werden deze schakelingen geplaatst in een metalen behuizing.

Op een gegeven moment gebruikte men kunststoffen voor de behuizing van geïntegreerde schakelingen. Tegenwoordig worden nog steeds geïntegreerde schakelingen in kunststof behuizingen gegoten. Doordat geïntegreerde schakelingen een zeer compacte vorm hebben konden er nieuwe ontwikkelingen worden doorgevoerd in elektronische apparatuur. De compacte schakelingen zorgden er voor dat elektronische apparatuur veel compacter gemaakt kan worden.

De eerste geïntegreerde schakeling
Op 12 september 1958 werd de eerste werkende geïntegreerde schakeling gepresenteerd door Jack Kilby van Texas Instruments. Ongeveer vier maanden later werd een soortgelijke uitvinding gedaan door Robert Noyce van Fairchild Semiconductor. Er ontstond een patentenstrijd tussen de twee personen. Robert Noyce was weliswaar later da n Jack Kilby maar kreeg toch het patent op zijn naam in 1969.

Wat is doteren en hoe kan dit proces worden uitgevoerd?

In de techniek kunnen pure materialen worden gebruikt voor de fabricage van producten. Het kan echter voorkomen dat bepaalde materialen in pure vorm niet over de gewenste eigenschappen beschikken voor een specifiek product. De eigenschappen van de materialen kunnen worden verbetert op verschillende manieren. Één van deze manieren is doteren. Het woord ‘doteren’ is afgeleid van het Latijnse woord ‘dotare’, dit betekend voorzien.

Doteren is een proces waarbij onzuiverheden in basismateriaal worden geplaatst. In feite worden doormiddel van doteren vreemde atomen toegevoegd aan het kristalrooster van een basismateriaal.

Hoe gaat doteren in zijn werk?
Het doel van doteren is het veranderen en verbeteren van de materiaaleigenschappen. Vooral in de halfgeleidertechnologie wordt het woord doteren regelmatig gebruikt. Een halfgeleider heeft over het algemeen de structuur van een isolator. Aan deze structuur worden zeer specifieke onzuiverheden toegevoegd. Het kristallijne basismateriaal wordt tijdens het doteren voorzien van atomen van een ander materiaal. Er ontstaat doormiddel van doteren een overschot aan vrije elektronen in het materiaal of juist een te kort aan vrije elektronen. Hierdoor wordt materiaal geleidend in de vorm van elektronengeleiding en gatengeleiding en wordt het oorspronkelijk isolerende basismateriaal verandert in een halfgeleidend materiaal.

Methodes door doteren
Er zijn verschillende manieren om het doteren uit te voeren. De meest gangbare methodes voor doteren zijn ionenimplantatie en diffusie. Deze twee methodes worden hieronder kort toegelicht.

Doteren doormiddel van ionenimplantatie
Doteren doormiddel van ionenimplantatie gebeurd met een ionenbron onder vacuüm. Over het algemeen is de ionenbron een speciale variant van een deeltjesversneller. In deze ionenbron wordt gebruik gemaakt van een magneetveld. Door het magneetveld worden ionen met de juiste massa afgescheiden. Het elektrische veld zorgt er voor dat de ionen worden versneld. De ionen worden door het elektrische veld vervolgens richting het materiaal, dat gedoteerd moet worden, geschoten. Dit gebeurd met zeer grote snelheden van meer dan 300.000 kilometer per uur. De ionen kunnen op verschillende dieptes het basismateriaal binnendringen.

Deze indringdiepte is afhankelijk van de grootte van het ion en het materiaal dat ingeplant moet worden in het basismateriaal. De onderdelen van het proces dat verbonden is aan ionenimplantatie kunnen nauwkeurig op elkaar worden afgestemd. Het is mogelijk om de snelheid van de ionen te regelen en versnellerspanning af te stemmen op het materiaal. Hiermee kan de indringdiepte van de ionen goed worden geregeld. Dit zorgt er voor dat de halfgeleider, die tijdens dit proces wordt gemaakt, over de juiste eigenschappen beschikt.

Doteren doormiddel van diffusie
Diffusie kan ook worden gebruikt als methode voor het doteren. Dit proces wordt meestal in twee stappen uitgevoerd. De eerste stap is het aanbrengen van een laag met een hoge concentratie onzuiverheden op het basismateriaal. Dit aanbrengen wordt ook wel predepositie genoemd. Vervolgens wordt het geheel doormiddel van warmte behandelt. Bij een hoge temperatuur worden de onzuiverheden in het kristalrooster opgenomen. Dit is doteren doormiddel van diffusie.

Wat is een geleider volgens de elektriciteitsleer?

Geleiders zijn volgens de elektriciteitsleer materialen en voorwerpen die elektrische stroom geleiden. Een goede geleider vertoont weinig weerstand tegen de elektrische stroom die er doorheen wordt getransporteerd. Hoe minder weerstand een materiaal of voorwerp tegen elektrische stroom biedt hoe beter de geleider te gebruiken is in de elektrotechniek. Alle metalen zijn geleiders van elektrische stroom. Er zijn echter wel verschillen in de eigenschappen van metalen. Sommige metalen zijn betere geleiders dan ander metalen. Metalen met een zeer kleine soortelijke weerstand tegen elektrische stroom zijn zilver en koper. Dit komt omdat het enige valentie-elektron van deze metalen zich bijna geheel als een vrij gas beweegt door het kristalrooster van het scheikundig element.

Temperatuurcoëfficiënt
Het overgrote deel van de metalen heeft een positieve temperatuurcoëfficiënt. Dit houdt in dat de weerstand van het metaal tegen elektronen toeneemt als de temperatuur van het metaal stijgt. Deze weerstand neemt toe omdat de atomen in het kristalrooster meer gaan trillen als de temperatuur hoger wordt. Door deze trilling wordt de beweging van de elektronen in de kristalroosters verstoort. Hierdoor kunnen de elektronen zich steeds moeilijker door het kristalrooster verplaatsen naarmate de temperatuur van het metaal wordt verhoogd of hoger wordt.

Supergeleiders
Supergeleiders zijn stoffen of materialen die geen weerstand bieden tegen elektrische stroom. Bij sommige materialen verdwijnt de weerstand tegen elektrische stroom als het materiaal op een bepaalde lage temperatuur wordt gebracht. Men spreekt van supergeleiding wanneer men stroom op gang brengt in een gesloten kring die bestaat uit supergeleidend materiaal en deze stroom gehandhaafd blijft en zal blijven rondlopen zonder aangelegde elektrische spanning. De kringstroom wekt een magnetisch veld op. Met supergeleiders kan men een permanent magnetisch veld opwekken. Doordat deze magneten permanent magnetisch zijn, worden ze veel toegepast. Het grote nadeel van permanente mageneten die gemaakt worden uit supergeleiders is de koeling. De meeste materialen worden supergeleidend bij zeer lage temperaturen. Deze temperaturen zijn slechts enkele graden boven het absolute nulpunt. Het koelen van de supergeleidende magneten gebeurd met kostbare koelinstallaties die veel energie gebruiken. Voor het koelen wordt meestal gebruik gemaakt van  vloeibaar helium.

Halfgeleiders
Halfgeleiders zijn stoffen die op het gebied van elektrische geleiding in het midden staan tussen een geleider en een isolator. Als men de structuur van halfgeleiders bekijkt kan men de conclusie trekken dat het om een isolator gaat. Echter een halfgeleider kan gemakkelijk in een geleider worden verandert. Hierbij zijn de eigenschappen op elektrisch gebied goed te manipuleren. Om de elektrische eigenschappen van halfgeleiders te verbeteren kan men elementen of bestandsdelen toevoegen die over de gewenste eigenschappen beschikken.

Er zijn ook stoffen die halfgeleider worden genoemd omdat ze geen groot geleidingsvermogen hebben en het geleidingsvermogen in grote mate afhankelijk is van de temperatuur waarin de stoffen worden gebruikt of geplaatst. Doormiddel van een speciale bewerking, genaamd dotering kunnen de eigenschappen van deze halfgeleiders worden beïnvloed. Halfgeleiders kunnen worden gebruikt voor het maken van componenten.

Wat is kunsthars en waarvoor worden kunstharssen gebruikt?

Kunstharsen zijn synthetische stoffen die eigenschappen en kenmerken hebben die sterke overeenkomsten vertonen met natuurlijke harsen. Natuurlijke harsen komen echter voor in bomen. Deze hars is belangrijk voor bomen omdat ze een helende functie hebben wanneer er scheuren of andere beschadigingen ontstaan in de bast van de boom. De hars zorgt er voor dat de wond van de boom goed beschermd is tegen ongedierte en virussen die de binnenkant van de boom kunnen aantasten. De hars uit bomen wordt door de inwerking van zuurstof hard.

Natuurlijke harsen kunnen ook worden ook door mensen gebruikt voor onder andere de productie van gom. Ook wordt natuurlijke hars gebruikt voor harszeep en daarnaast wordt hars toegepast in verschillende kleefmiddelen en lijmen. Veel pleisters hebben als kleefmiddel natuurlijke hars. Naast natuurlijke hars is er ook kunsthars ontwikkeld. Dit is een synthetische hars die voor verschillende doeleinden kan worden gebruikt.

Wat is kunsthars?
Kunsthars is een synthetische stof. Het is een kunststof die kunnen vallen onder de thermoplasten en thermoharders. Een thermoplastische kunststof is een kunststof die door verhitting weer vloeibaar wordt. Thermoharders zijn kunststoffen die juist door verhitting harder worden. Kunstharsen worden harder of zachter door de uitwerking van temperatuurverschillen, in tegenstelling tot natuurlijke hars die door invloed van zuurstof hard wordt.

Net als natuurlijke hars is kunsthars goed gietbaar. Kunsthars is zacht materiaal dat zich goed laat vervormen. Een andere eigenschap is dat kunsthars goed hecht. Kunstharsen isoleren goed en kunnen daardoor worden gebruikt als isolatiemateriaal. De eerste kunsthars die op grote schaal werd gebruikt was de thermoharder bakeliet. Dit is een fenolhars en wordt beschouwd als de eerste kunststof die volledig synthetisch is. Daarnaast zijn er door de jaren heen ook andere kunstharssoorten ontwikkeld zoals polyurethaanhars, alkydhars en epoxyhars. Kunstharsen worden in verschillende producten verwerkt.

Waar worden kunstharsen voor gebruikt?
Kunstharsen worden, zoals eerder genoemd, vanwege hun isolerende eigenschappen veelvuldig gebruikt in de elektrotechniek als isolatiemateriaal. Doordat kunstharsen in toenemende mate worden geproduceerd wordt het aanbod van kunstharsen op de markt groter. Het stijgende aanbod van kunstharsen zorgt er voor dat kunstharsen ook worden gebruikt als bouwstof. Daarnaast worden thermo hardende kunstharsen zoals bakeliet gebruikt voor handvaten van pannen en andere producten waarbij handvaten en andere onderdelen hittebestendig moeten zijn. Ook kunnen kunstharsen worden gebruikt voor doppen van flessen en chemicaliëncontainers.

Epoxyhars valt ook onder de thermohardende kunststoffen. Deze kunsthars wordt gebruikt voor materialen die licht maar wel stevig moeten zijn. Daarnaast wordt epoxyhars gebruikt voor printplaten die worden gebruikt om componenten op de solderen. Verder wordt epoxyhars gebruikt voor epoxylijm en bepaalde lakken.

Wat is een printplaat?

Computers, machines en andere producten bevatten printplaten. Deze zijn vaak groen gekleurd en voorzien van verschillende gekleurde componenten. Een printplaat is gemaakt van kunststof, epoxy of glasvezel. Een printplaat kan aan één kant of aan beide kanten voorzien zijn van een sporenpatroon. Dit sporenpatroon is een gedrukte bedrading. Deze sporen worden ook wel koperbanen of stroombanen genoemd. De sporen worden op de plaat aangebracht doormiddel van frezen en etsen.

Een kale printplaat bevat spotjes dit zijn de gaatjes op de stroombanen waar de componenten in geplaatst moeten worden. De componenten van een printplaat worden op de andere kant van de printplaat gesoldeerd. Hierdoor heeft een printplaat een stroombaanzijde en een componentenzijde.  Een printplaat die nog niet is voorzien van componenten wordt een kale printplaat genoemd.

Componenten op een printplaat
De componenten op een printplaat zijn verschillend. Deze componenten verschillen in vorm, grote en kleur. Ook de werking van de componenten verschild onderling, de componenten reageren allemaal verschillend op elektrische stroom of te wel de elektronen. Een aantal voorbeelden van componenten op een printplaat zijn de condensator, de diode, een led, thyristor, zenerdiode, IC, weerstand en de transistor. Hieronder worden een aantal van de hiervoor genoemde componenten van een printplaat kort uitgelegd.

Een weerstand heeft vaak een kleine afmeting. Daarom wordt de waarde van de weerstand in kleuren aangegeven. Deze kleurcode staat in kleurringen. Elke kleuring heeft een eigen waarde.

Een diode is een ook een component die op een printplaat kan worden geplaatst. Een diode is een halfgeleider en wordt gemaakt van silicium en germanium. Met een halfgeleider kan de geleidbaarheid worden bepaald.

Een transistor is een belangrijk onderdeel van een elektronische schakeling. Een transistor kan als schakelaar worden gebruikt maar kan ook als versterker dienen. Er zijn verschillende soorten transistors met diverse toepassingen.

Een IC is een afkorting die staat voor Integrated Circuit. Dit is in het Nederlands geïntegreerde schakeling. Deze worden op verschillende manieren toegepast.

Nauwkeurig werk
Het maken van een printplaat is zeer nauwkeurig werk. Het sporenpatroon moet worden bepaald en de weerstanden moeten nauwkeurig worden gesoldeerd op de plaat. Wanneer dit niet zorgvuldig gebeurd kunnen delen van de printplaat niet werken of is de gehele pintplaat niet bruikbaar. Naast het maken van een printplaat is ook het plaatsen van een printplaat in een machine nauwkeurig werk.