Circuito integrado

Circuitos integrados de memoria con una ventana de cristal decuarzo que posibilita su borrado mediante radiacin ultravioleta.

Un circuito integrado (CI), tambin conocido comochip omicrochip, es una estructura de pequeas dimen-siones de material semiconductor, de algunos milme-tros cuadrados de rea, sobre la que se fabrican circuitoselectrnicos generalmente mediante fotolitografa y queest protegida dentro de un encapsulado de plstico ocermica. El encapsulado posee conductores metlicosapropiados para hacer conexin entre el CI y un circuitoimpreso.

1 HistoriaEn abril de 1949, el ingeniero alemn Werner Jacobi[1](Siemens AG) completa la primera solicitud de patentepara circuitos integrados con dispositivos amplicadoresde semiconductores. Jacobi realiz una tpica aplicacinindustrial para su patente, la cual no fue registrada.Ms tarde, la integracin de circuitos fue conceptualiza-da por el cientco de radares Georey Dummer (1909-2002), que estaba trabajando para la Royal Radar Esta-blishment del Ministerio de Defensa Britnico, a nalesde la dcada de 1940 y principios de la dcada de 1950.El primer circuito integrado fue desarrollado en 1959 porel ingeniero Jack S. Kilby[1] (1923-2005) pocos mesesdespus de haber sido contratado por la rma Texas Ins-truments. Se trataba de un dispositivo de germanio queintegraba seis transistores en una misma base semicon-ductora para formar un oscilador de rotacin de fase.En el ao 1990 Kilby fue galardonado con el Premio No-bel de Fsica por la enorme contribucin de su invento al

Georey Dummer en los aos 1950.

desarrollo de la tecnologa.[2]

Robert Noyce desarroll su propio circuito integrado, quepatent unos seis meses despus. Adems resolvi algu-nos problemas prcticos que posea el circuito de Kilby,como el de la interconexin de todos los componentes;al simplicar la estructura del chip mediante la adicinde metal en una capa nal y la eliminacin de algunas delas conexiones, el circuito integrado se hizo ms adecua-do para su produccin en masa. Adems de ser uno delos pioneros del circuito integrado, Robert Noyce tam-bin fue uno de los co-fundadores de Intel Corporation,uno de los mayores fabricantes de circuitos integrados delmundo.[3]

Los circuitos integrados se encuentran en todos losaparatos electrnicos modernos, tales como relojes, auto-mviles, televisores, reproductores MP3, telfonos mvi-les, computadoras, equipos mdicos, etc.El desarrollo de los circuitos integrados fue posible gra-cias a descubrimientos experimentales que demostraron

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2 3 TIPOS

que los semiconductor, particularmente los transistores,pueden realizar algunas de las funciones de las vlvulasde vaco.La integracin de grandes cantidades de diminutos tran-sistores en pequeos chips fue un enorme avance sobreel ensamblaje manual de los tubos de vaco (vlvulas)y en la fabricacin de circuitos electrnicos utilizandocomponentes discretos.La capacidad de produccin masiva de circuitos integra-dos, su conabilidad y la facilidad de agregarles comple-jidad, llev a su estandarizacin, reemplazando circuitoscompletos con diseos que utilizaban transistores discre-tos, y adems, llevando rpidamente a la obsolescencia alas vlvulas o tubos de vaco.Son tres las ventajas ms importantes que tienen los cir-cuitos integrados sobre los circuitos electrnicos cons-truidos con componentes discretos: su menor costo; sumayor eciencia energtica y su reducido tamao. El bajocosto es debido a que los CI son fabricados siendo impre-sos como una sola pieza por fotolitografa a partir de unaoblea, generalmente de silicio, permitiendo la produccinen cadena de grandes cantidades, con una muy baja tasade defectos. La elevada eciencia se debe a que, dada laminiaturizacin de todos sus componentes, el consumo deenerga es considerablemente menor, a iguales condicio-nes de funcionamiento que un circuito electrnico hom-logo fabricado con componentes discretos. Finalmente, elms notable atributo, es su reducido tamao en relacin alos circuitos discretos; para ilustrar esto: un circuito inte-grado puede contener desde miles hasta varios millonesde transistores en unos pocos milmetros cuadrados[4].Los avances que hicieron posible el circuito integrado hansido, fundamentalmente, los desarrollos en la fabricacinde dispositivos semiconductores a mediados del siglo XXy los descubrimientos experimentales que mostraron queestos dispositivos podan reemplazar las funciones de lasvlvulas o tubos de vaco, que se volvieron rpidamenteobsoletos al no poder competir con el pequeo tamao,el consumo de energa moderado, los tiempos de conmu-tacin mnimos, la conabilidad, la capacidad de produc-cin en masa y la versatilidad de los CI.[5]

Entre los circuitos integrados ms complejos y avanza-dos se encuentran los microprocesadores, que controlannumerosos aparatos, desde telfonos mviles y hornos amicroondas hasta computadoras. Los chips de memoriasdigitales son otra familia de circuitos integrados, de im-portancia crucial para la moderna sociedad de la infor-macin. Mientras que el costo de disear y desarrollarun circuito integrado complejo es bastante alto, cuandose reparte entre millones de unidades de produccin, elcosto individual de los CIs por lo general se reduce almnimo. La eciencia de los CI es alta debido a que elpequeo tamao de los chips permite cortas conexionesque posibilitan la utilizacin de lgica de bajo consumo(como es el caso de CMOS), y con altas velocidades deconmutacin.

A medida que transcurren los aos, los circuitos integra-dos van evolucionando: se fabrican en tamaos cada vezms pequeos, con mejores caractersticas y prestacio-nes, mejoran su eciencia y su ecacia, y se permite asque mayor cantidad de elementos sean empaquetados (in-tegrados) en un mismo chip (vase la ley de Moore). Altiempo que el tamao se reduce, otras cualidades tambinmejoran (el costo y el consumo de energa disminuyen, ya la vez aumenta el rendimiento). Aunque estas ganan-cias son aparentemente para el usuario nal, existe unaferoz competencia entre los fabricantes para utilizar geo-metras cada vez ms delgadas. Este proceso, y lo espera-do para los prximos aos, est muy bien descrito por laInternational Technology Roadmap for Semiconductors.[6]

2 PopularidadSlo ha trascurrido medio siglo desde que se inici sudesarrollo y los circuitos integrados se han vuelto casiomnipresentes. Computadoras, telfonos mviles y otrasaplicaciones digitales son ahora partes de las socieda-des modernas. La informtica, las comunicaciones, lamanufactura y los sistemas de transporte, incluyendoInternet, todos dependen de la existencia de los circui-tos integrados. De hecho, muchos estudiosos piensan quela revolucin digital causada por los circuitos integradoses uno de los sucesos ms signicativos de la historia dela humanidad.[7]

3 TiposExisten al menos tres tipos de circuitos integrados:

Circuitos monolticos: Estn fabricados en un so-lo monocristal, habitualmente de silicio, pero tam-bin existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.

Circuitos hbridos de capa na: Son muy si-milares a los circuitos monolticos, pero, adems,contienen componentes difciles de fabricar contecnologa monoltica. Muchos conversores A/D yconversores D/A se fabricaron en tecnologa hbridahasta que los progresos en la tecnologa permitieronfabricar resistencias precisas.

Circuitos hbridos de capa gruesa: Se apartanbastante de los circuitos monolticos. De hechosuelen contener circuitos monolticos sin cpsula,transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dielc-trico, interconectados con pistas conductoras. Lasresistencias se depositan por serigrafa y se ajustanhacindoles cortes con lser. Todo ello se encapsula,en cpsulas plsticas o metlicas, dependiendo de ladisipacin de energa calrica requerida. En muchos

3casos, la cpsula no est moldeada, sino que sim-plemente se cubre el circuito con una resina epoxipara protegerlo. En el mercado se encuentran circui-tos hbridos para aplicaciones en mdulos de radiofrecuencia (RF), fuentes de alimentacin, circuitosde encendido para automvil, etc.

4 ClasicacinAtendiendo al nivel de integracin -nmero decomponentes- los circuitos integrados se puedenclasicar en:

SSI (Small Scale Integration) pequeo nivel: de 10 a100 transistores

MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000transistores

LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000transistores

VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande:10.001 a 100.000 transistores

ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande:100.001 a 1.000.000 transistores

GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande:ms de un milln de transistores

En cuanto a las funciones integradas, los circuitos se cla-sican en dos grandes grupos:

Circuitos integrados analgicos. Pueden constar des-de simples transistores encapsulados juntos, sinunin entre ellos, hasta circuitos completos y fun-cionales, como amplicadores, osciladores o inclusoreceptores de radio completos.

Circuitos integrados digitales. Pueden ser desde b-sicas puertas lgicas (AND, OR, NOT) has-ta los ms complicados microprocesadores omicrocontroladores.

Algunos son diseados y fabricados para cumplir una fun-cin especca dentro de un sistema mayor y ms com-plejo.En general, la fabricacin de los CI es compleja ya quetienen una alta integracin de componentes en un espaciomuy reducido, de forma que llegan a ser microscpicos.Sin embargo, permiten grandes simplicaciones con res-pecto a los antiguos circuitos, adems de un montaje msecaz y rpido.

5 Limitaciones de los circuitos in-tegrados

Existen ciertos lmites fsicos y econmicos al desarro-llo de los circuitos integrados. Bsicamente, son barrerasque se van alejando al mejorar la tecnologa, pero no des-aparecen. Las principales son:

5.1 Disipacin de potencia

Los circuitos elctricos disipan potencia. Cuando el n-mero de componentes integrados en un volumen dadocrece, las exigencias en cuanto a disipacin de esta poten-cia, tambin crecen, calentando el sustrato y degradandoel comportamiento del dispositivo. Adems, en muchoscasos es un sistema de realimentacin positiva, de mo-do que cuanto mayor sea la temperatura, ms corrienteconducen, fenmeno que se suele llamar "embalamientotrmico" y, que si no se evita, llega a destruir el dispo-sitivo. Los amplicadores de audio y los reguladores detensin son proclives a este fenmeno, por lo que suelenincorporar protecciones trmicas.Los circuitos de potencia, evidentemente, son los quemsenerga deben disipar. Para ello su cpsula contiene par-tes metlicas, en contacto con la parte inferior del chip,que sirven de conducto trmico para transferir el calor delchip al disipador o al ambiente. La reduccin de resisti-vidad trmica de este conducto, as como de las nuevascpsulas de compuestos de silicona, permiten mayores di-sipaciones con cpsulas ms pequeas.Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendola tensin de alimentacin y utilizando tecnologas de ba-jo consumo, como CMOS. An as en los circuitos conms densidad de integracin y elevadas velocidades, ladisipacin es uno de los mayores problemas, llegndosea utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos.Precisamente la alta resistividad trmica del arseniuro degalio es su taln de Aquiles para realizar circuitos digita-les con l.

5.2 Capacidades y autoinducciones parsi-tas

Este efecto se reere principalmente a las conexioneselctricas entre el chip, la cpsula y el circuito dondeva montada, limitando su frecuencia de funcionamiento.Con pastillas ms pequeas se reduce la capacidad y laautoinduccin de ellas. En los circuitos digitales excita-dores de buses, generadores de reloj, etc, es importantemantener la impedancia de las lneas y, todava ms, enlos circuitos de radio y de microondas.

4 8 ENLACES EXTERNOS

5.3 Lmites en los componentesLos componentes disponibles para integrar tienen ciertaslimitaciones, que dieren de sus contrapartidas discretas.

Resistores. Son indeseables por necesitar una grancantidad de supercie. Por ello slo se usan valoresreducidos y en tecnologas MOS se eliminan casi to-talmente.

Condensadores. Slo son posibles valores muy redu-cidos y a costa de mucha supercie. Como ejemplo,en el amplicador operacional A741, el condensa-dor de estabilizacin viene a ocupar un cuarto delchip.

Inductores. Se usan comnmente en circuitos de ra-diofrecuencia, siendo hbridos muchas veces. En ge-neral no se integran.

5.4 Densidad de integracinDurante el proceso de fabricacin de los circuitos integra-dos se van acumulando los defectos, de modo que ciertonmero de componentes del circuito nal no funcionancorrectamente. Cuando el chip integra un nmero mayorde componentes, estos componentes defectuosos dismi-nuyen la proporcin de chips funcionales. Es por ello queen circuitos de memorias, por ejemplo, donde existen mi-llones de transistores, se fabrican ms de los necesarios,de manera que se puede variar la interconexin nal paraobtener la organizacin especicada.

6 Vase tambin Transistor Etiqueta RFID Complementary metal oxide semiconductor Transistor de unin bipolar

7 Referencias[1] Circuito integrado. Ingeniatic. 2011.[2] Jack Kilby - Biografa. Universidad de Murcia.[3] Historia del circuito integrado en la pgina ocial de los

Premios Nobel[4] Encrucijadas 50 - El desafo del futuro. Universidad

Nacional de Buenos Aires.[5] The History of the Integrated Circuit. Nobelprize.org.[6] International Technology Roadmap for Semiconduc-

tors. ITRS.[7] Revolucin digital. Universidad de Mlaga.

8 Enlaces externos

Wikimedia Commons alberga contenido multi-media sobre Circuito integrado. Commons

Documentacin sobre Jack Kilby y su descubri-miento en el sitio web de la empresa Texas Instru-ments.

Chiptunning.

59 Text and image sources, contributors, and licenses9.1 Text

Circuito integrado Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito%20integrado?oldid=81388914 Colaboradores: AstroNomo, Centeno,PACO, 4lex, Moriel, Sauron, Hashar, ManuelGR, Sanbec, Dodo, Ascnder, Sms, Antonio Pramo, Tano4595, Murphy era un optimista,Jsanchezes, Lopezmts, Robotito, Enric Naval, Marcelo Huerta, Melocoton, Xenoforme, Cinabrium, Renabot, Digigalos, Xuankar, Airunp,Edub, Emijrp, Rembiapo pohyiete (bot), Magister Mathematicae, Murven, RobotQuistnix, Superzerocool, Chobot, Pertile, Jekter, Yrbot,Amads, Baito, Seanver, BOT-Superzerocool, Xavimetal, YurikBot, LoquBot, KnightRider, The Photographer, R0MAN0, Gothmog,HECTOR ARTURO AZUZ SANCHEZ, SMP, Maldoror, Chlewbot, Tomatejc, Mirkovich, BOTpolicia, CEM-bot, Jorgelrm, Laura Fio-rucci, Vmsa, Bostok I, Eamezaga, Antur, Dorieo, FrancoGG, Lotesse, Thijs!bot, Srengel, Mahadeva, Yeza, RoyFocker, Will vm, Isha,Xoneca, Gusgus, Mpeinadopa, JAnDbot, Jugones55, Galenox, DarkKapo, Kved, Rafa3040, Muro de Aguas, Klystrode, Gsrdzl, Commons-Delinker, TXiKiBoT, Gorospe, Angietigger, Humberto, Ale ashero, Claudio Elias, Marvelshine, Phirosiberia, Chabbot, Plux, Snakefang,Biasoli, Bucephala, Esv23, AlnoktaBOT, Cinevoro, Aibot, Technopat, Galandil, Queninosta, Erl, Raystorm, Libertad y Saber, Matdrodes,Fernando Estel, Shooke, Vatelys, 3coma14, Muro Bot, Edmenb, Komputisto, Racso, MRK2001, Soapx, SieBot, Anoryat, Ctrl Z, DaBot,Rigenea, Chrihern, Empikki, Bigsus-bot, Switcher6746, Manw, Greek, Mafores, Javierito92, HUB, Antn Francho, Eduardosalg, Leonpo-lanco, Botito777, Mendezmh, Poco a poco, Alexbot, Neurotronix, Mariooooo, Mokillo, Alfonso Mrquez, Aipni-Lovrij, Camilo, UA31,SergioN, Abajo estaba el pez, AVBOT, PyroMaker, JCeb, Gabriel Fernando Rosso R., Angel GN, Diegusjaimes, CarsracBot, Sdepares,Arjuno3, Andreasmperu, Bifus, Vic Fede, Dangelin5, Lucianinski, Joss87, Juancxo, ArthurBot, SuperBraulio13, Ortisa, Xqbot, Jkbw, Ru-binbot, Dreitmen, Ricardogpn, Igna, Botarel, Yvon ramirez, BOTirithel, TobeBot, Halfdrag, RedBot, Vubo, Ascatzihualtl, Fitoschido, Elmago de la Wiki, PatruBOT, Tarawa1943, Jorge c2010, Foundling, EmausBot, Savh, AVIADOR, HRoestBot, TuHan-Bot, Sergio AndresSegovia, Africanus, Reypg87, Fel.mendo, Emiduronte, Bragina, ChuispastonBot, Khiari, Raikkonen F1, Waka Waka, Diamondland, What-supchap, Jozhuaa, Green182, Travelour, Gins90, Mrsebastoon, Bambadee, Gusama Romero, Vetranio, Gbloem1, LlamaAl, rico JniorWouters, Joryes, Helmy oved, Syum90, Baute2010, Mommynotamushed, Escrotoletal, Addbot, Daniel carmona 40343, Jarould, BenjaBot,Gonzalo Rodriguez Zabala, Prodigyaa y Annimos: 394

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