Circuitos Integrados

Objetivos:

Objetivo General:

•  

  Presentar información acerca de temas relacionados con los Circuitos Integrados tales como la definición de lo que es un circuito integrado, los tipos así como también las clasificaciones que existen de los circuitos integrados, sus limitaciones que tienen dichos dispositivos, información acerca de las familias de circuitos integrados lógicos y los diferentes tipos de encapsulados que existen y por ultimo también proporcionar información de algunos ejemplos de  tipos de circuitos integrados con sus características especiales de cada uno y sus funciones, con el único propósito de comprender y conocer acerca de estos dispositivos que muchas veces no le tomamos la debida atención así como también, conocer los tipos y clasificaciones que existen de los circuitos integrados y con ello diferenciar entre uno y otro tipo y clasificaciones y saber sus características de cada tipo y clasificación de los diferentes circuitos integrados que existen  y por ultimo con el propósito de conocer sus características tanto físicas como técnicas en general de cada uno de los dispositivos.  

 

Objetivo General:

• Analizar las diferentes características tanto técnicas como físicas que presentan los circuitos integrados así como también conocer principalmente su definición o para que nos sirve, su estructura, su fabricación y sus aplicaciones con el fin de saberlos emplear y saberlos conectar adecuadamente.

• Definir los diferentes tipos de circuitos integrados que hay, así como también definir las diferentes clasificaciones que existen y presentando a su vez sus características principales de cada tipo y clasificaciones tanto físicas como técnicas y saberlos diferenciar y emplear adecuadamente.

• Comprender y conocer claramente algunas limitaciones que poseen los circuitos integrados tanto físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados las cuales no desaparecen y que muchas veces son causas de fallas que rara la vez se pueden reparar

 Temario

 

 

• Introducción
• Definición
• Partes de los circuitos integrados
• Estructura de los circuitos integrados
• Tipos de los circuitos integrados
• Clasificaciones de los circuitos integrados
• Limitaciones de los circuitos integrados
• Familias de circuitos logicos
• Tipos de encapsulados
• Ejemplos
• Conclusión o resumen
• Cuestionario
• Bibliografia
• Link de diario

 Introducción

Como todos sabemos los Circuitos Integrados son unos pequeños circuitos electrónicos fabricados con una función específica como pueden ser: Operaciones Aritméticas, funciones lógicas, amplificación, codificación, decodificación, controladores, etc.

 

Estos Circuitos Integrados por lo general se combinan para formar sistemas mucho mas complejos que pueden ser desde una calculadora, un reloj digital, un videojuego, hasta una computadora, etc 

Se fabrican mediante la difusión de impurezas en silicio monocristalino, que sirve como material semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con un haz de flujo de electrones.

 

 

  La característica más notable de un Circuito Integrado es su tamaño; ya que puede contener 275, 000 transistores, además de una multitud de otros componentes como son transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, y medir desde menos de un centímetro a poco mas de tres centímetros.

Otra de las características de los circuitos integrados es que rara vez se pueden reparar; es decir si un solo componente de un circuito integrado llegara a fallar, se tendría que cambiar la estructura completa; esto se debe al tamaño diminuto y los miles de componentes que poseen.

Quien invento el circuito integrado.

En abril de 1949, el ingeniero alemán Werner Jacobi (Siemens AG) completa la primera solicitud de patente para circuitos integrados con dispositivos amplificadores de semiconductores. Jacobi realizó una típica aplicación industrial para su patente, la cual no fue registrada.

Al mismo tiempo que Jack Kilby, pero de forma independiente, Robert Noyce desarrolló su propio circuito integrado. Además resolvió algunos problemas prácticos que poseía el circuito de Kilby, como el de la interconexión de todos los componentes; al simplificar la estructura del chip mediante la adición del metal en una capa final y la eliminación de algunas de las conexiones, el circuito integrado se hizo más adecuado para la producción en masa.

El primer circuito integrado desarrollado por Kilby se fabricó sobre una pastilla de germanio cuadrada; cada lado medía 6 milímetros y lo componían un condensador, tres resistencias y un transistor. El debut fue todo un éxito, lo cual permitió a este revolucionario ingeniero continuar investigando y mejorando su invento. Cabe mencionar que el nombre de “chip” deriva del término inglés homónimo utilizado para referirse a las astillas, entre otras cosas.

Definición

Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso.

Un circuito integrado o (ci) es aquel en el cual todos los componentes, incluyendo transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, se fabrican e interconectan completamente sobre un chip o pastilla semiconductor de silicio.

Una vez procesado, el chip se encierra en una cápsula plástica o de cerámica que contiene los pines de conexión a los circuitos externos.

Los chips digitales más pequeños contienen varios componentes sencillos como compuertas, inversores y flip-tops. los más grandes contienen circuitos y sistemas completos como contadores, memorias, microprocesadores, etc. La mayoría de los circuitos integrados digitales vienen en presentación tipo dip (dual in-line package ) o de doble hilera. Los ci mas comunes tipo dip son los de 8, 14, 16, 24, 40 y 64 pines.

 En la cápsula trae impresa la información respecto al fabricante, la referencia del dispositivo y la fecha de fabricación.

 

Además del tipo dip, existen otras presentaciones comunes de los circuitos integrados digitales como la cápsula metálica, la plana y la " chip carrier". Existen circuitos integrados que utilizan cápsulas smt o de montaje superficial, smt son casi 4 veces más pequeños que los dip.

 

La tecnología smt (surface-mount technology ) es la que ha permitido obtener calculadoras del tamaño de una tarjeta de crédito.

 

 

Partes de los Circuitos Integrados

• Tierra
• Disparo
• Salida
• Reset
• Modulación
• Alcance máximo
• Descarga
• +Vcc

 

Estructura de los circuitos integrados

Como se fabrican los Circuitos Integrados. 

Los Circuitos Integrados digitales disponibles se fabrican a partir de pastillas de silicio el procesamiento del silicio para obtener CI o chips es relativamente complicado.

 

El silicio utilizado para la fabricación de chips es de una pureza de orden del 99.9999999%  una vez sintetizado, el silicio se funde en una atmósfera inerte y se cristaliza en forma de barras cilíndricas de hasta 10cm de diámetro y 1 m de largo.

 

Cada barra se corta en pastillas de 0.25 a 0.50 mm de espesor y las superficies de estas últimas se pulen hasta quedar brillantes dependiendo de su tamaño, se obtienen varios cientos de circuitos idénticos (chips) sobre ambas superficies mediante un proceso llamado planar, el mismo utilizado para producir transistores en masa.

 

Para fabricar un chip, las pastillas de silicio se procesan primero para hacer transistores una pastilla de silicio por sí misma es aislante y no conduce corriente los transistores se crean agregando impurezas como fósforo o arsénico a determinadas regiones de la pastilla las conexiones se realizan a través de líneas metálicas.

 

Cada rasgo de forma sobre la pastilla rociando en las regiones seleccionadas un químico protector sensible a la luz llamado photoresist, el cual forma una película muy delgada sobre la superficie de la pastilla. la pastilla es entonces bombardeada con luz, mediante un proyector deslizante muy preciso llamado alineador óptico.

 

El alineador posee un dispositivo muy pequeño llamado mascara, que evita que la luz incida sobre puntos específicos de la pastilla, cuando la luz alcanza un área determinada de la pastilla elimina el photoresist presente en esa zona. a este proceso se le denomina fotolitografía.

 

Mediante un proceso de revelado, el químico se deposita en las regiones descubiertas por la luz e ignora las encubiertas por la máscara estas últimas zonas aún permanecen recubiertas de " photoresist".

 

La precisión del alineador óptico determina que tan fino puede hacerse un rasto. A comienzos de los 70´s, era difícil hacer transistores de menos de 10 micras de tamaño. Ahora, los transistores alcanzan tamaños inferiores a una velocidad de respuesta de los dispositivos.

 

A continuación, la pastilla se calienta a altas temperaturas; esto origina que el silicio no procesado de la superficie se convierta en oxido de silicio (SiO2). El SiO2 se esparce sobre la superficie de la pastilla y forma sobre la misma una delgada película aislante de unas pocas micras de espesor.

De este modo se obtiene el primer nivel de metalización de chips. Para obtener una nueva capa de metalización, el SiO2 se trata nuevamente con "photoresist" y se expone al alineador óptico, repitiéndose el mismo procedimiento seguido con el silicio del primer nivel.

Las diferentes capas van creciendo una sobre otra formando una estructura parecida a un sandwich, con el SiO2 como el pan y el metal o el silicio dopado como la salchicha, la mayoría de Circuitos Integrados no se hacen con más de tres capas de metalización.

 

Tipos

 

Existen al menos tres tipos de circuitos integrados:

• Circuitos monolíticos: El circuito integrado monolítico es un Circuito Integrado cuyos elementos se han formado in situ  sobre un sustrato semiconductor o dentro de él, estando formado dentro de dicho sustrato al menos uno de los elementos. Se pueden utilizar otros modificadores; un circuito integrado aislado por dieléctrico utiliza un aislante dieléctrico para realizar la separación entre elementos en el sustrato.   

La palabra monolítico viene del griego y significa “una piedra”. La palabra es apropiada porque los componentes son parte de un chip. El Circuito monolítico es el tipo más común de circuito integrado, ya que desde su intervención los fabricantes han estado produciendo los circuitos integrados monolíticos para llevar a cabo todo tipo de funciones. Los tipos comercialmente disponibles se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM, circuito de televisión y circuitos de ordenadores. Pero tienen limitadores de potencia. Ya que la mayoría de ellos son del tamaño de un transistor discreto de señal pequeña, generalmente tiene un índice de máxima potencia menor que 1W. Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc   

El Circuito Integrado monolítico será, pues, un ente único inseparable que contiene sustrato, elementos y sistema de interconexión. Este está constituido por una capa fina de aluminio depositado, a la que suele llamarse metalización y hace las veces de los hilos conductores o de las conexiones de los circuitos impresos que se utilizan en la ensambladura de elementos discretos. Como un circuito integrado monolítico es una laminilla de silicio tratado de dimensiones a menudo inferiores a 2,5 mm por 2,5 mm y de espesor 0,6 mm, se le da el nombre de lámina (chip).

• Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistores precisos.

• Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas, dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente se cubre el circuito con una resina epoxi para protegerlo. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia (RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

 

Clasificación

Clasificación de los Circuitos Integrados de acuerdo a su estructura.

La clasificación de los Circuitos Integrados de acuerdo a su estructura puede ser de acuerdo a la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip (llamado Escalas de Integración) como sabemos, las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos digitales.

 

• SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores.
  Significa Small Scale Integration (integración en pequeña escala) y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas. Ejemplos: compuertas y flip flops los Circuitos Integrados SSI se fabrican empleando tecnologías ttl, cmos y ecl los primeros Circuitos Integrados eran SSI.
  La mayoría de los chips SSI utilizan resistores, diodos y transistores bipolares integrados Varias compuertas lógicas en un solo paquete hacen un dispositivo con integración a pequeña escala.
  
  
• MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores.
  Significan Medium Scale Integration (integración en mediana escala), y comprende los chips que contienen de 13 a 100 compuertas. Ejemplos: codificadores, registros, contadores, multiplexores, de codificadores y de multiplexores. los Circuitos Integrados MSI se fabrican empleando tecnologías ttl, cmos, y ecl.

• LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores.
  Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (alu's), microprocesadores de 8 y 16 bits. Los Circuitos Integrados LSI se fabrican principalmente empleando tecnologías i2l, nmos y pmos.
  Ya que toma pocos pasos hacer un transistor MOS integrado, un fabricante puede producir más de estos en un chip en vez de transistores bipolares.
  Son utilizados para la fabricación de: los relojes de pulsera, detectores de humos, televisores y calculadoras quedan dentro de esta categoría. Los circuitos integrados utilizados en temporizadores de electrodomésticos son los mismos que los empleados en los relojes industriales, y el microprocesador.
  
  
• VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores.
  Ejemplos: micro-procesadores de 32 bits, micro-controladores, sistemas de adquisición de datos. Los Circuitos Integrados VSLI se fabrican también empleando tecnologías ttl, cmos y pmos. Como parte de las tecnologías de semiconductores y comunicación que se estaban desarrollando, Dan inicio a la era de la miniaturización.
   
• ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores.    
  Son módulos de construcción básica de los dispositivos electrónicos modernos, tales como radios, TV, sistemas de telefonía, computadoras y en general productos electrodomésticos caseros e industriales.

• GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores.

Clasificación de los circuitos Integrados de acuerdo a su función.

  Los Circuitos Integrados se clasifican en CI analógicos, digitales, de interfase, de consumo, de señal mixta y de memoria integrada. A continuación veremos cada uno de estos.

Circuitos Integrados Analógicos.

Los Circuitos Integrados analógicos se fabrican usado gran variedad de tecnologías de semiconductores, como bipolar, efecto de campo, óxidos metálicos y combinaciones de estas tres. En la mayoría de los casos el usuario no está interesado en este aspecto de los Circuitos Integrados, ya que únicamente puede basar su trabajo en las especificaciones del fabricante. La tecnología empleada en la fabricación de los Circuitos Integrados digitales es importante para el usuario, debido a que estos se emplean en “familias lógicas”, con características eléctricas comunes que garantizan su compatibilidad. Los Circuitos Integrados analógicos se seleccionan normalmente siguiendo criterios individuales, y solo es importante su compatibilidad con los requisitos de alimentación. Incluso en este aspecto, la mayoría de los Circuitos Integrados analógicos están disponibles con amplios márgenes de alimentación, por lo que su empleo no suele estar condicionado por su compatibilidad

 

Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta circuitos completos y funcionales, como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.

 

Los circuitos integrados analógicos comúnmente constituyen una parte de las fuentes de alimentación, los instrumentos y las comunicaciones. En estas aplicaciones, los circuitos integrados analógicos amplifican, filtran y modifican señales eléctricas.

 

 

Circuitos Integrados Digitales

Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores.

Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los circuitos integrados es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto a los antiguos circuitos, además de un montaje más rápido.

En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido, de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto a los antiguos circuitos, además de un montaje más eficaz y rápido.

 

Los circuitos Digitales trabajan con señales que solo pueden tomar uno de dos valores posibles. Inicialmente, en circuitos digitales discretos con transistores, este tomaba o bien el estado de corte, en el que la tensión de salida de colector era próxima a la de alimentación, o el de saturación, en el que dicha tensión de colector pasaba a tener un nivel próximo al del emisor, usualmente tierra. En sistemas de lógica positiva, el nivel próximo a tierra se considera el nivel lógico (0), y el nivel próximo a la tensión de alimentación se considera como nivel lógico (1). Consideraciones inversas se hacen por sistemas de lógica negativa. En las próximas explicaciones y ejemplos se utiliza la lógica positiva, y el termino nivel lógico (1) hará referencia al nivel de tensión alto, mientras que el termino nivel (0) lo hará el nivel de tensión bajo.

Las funciones digitales esenciales de todos los CI digitales son iguales independientemente de la familia de que se trate. Una puerta OR, un flip-flop o un registro de desplazamiento funcionan exactamente de la misma forma tanto si el CI pertenece a la familia ECL o se ha empleado tecnología CMOS en su fabricación.

 

Los circuitos integrados digitales se utilizan principalmente para construir sistemas informáticos, también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Los circuitos integrados digitales incluyen microprocesadores, microcontroladores y circuitos lógicos. Realizan cálculos matemáticos, dirigen el flujo de datos y toman decisiones basadas en principios lógicos booleanos. El sistema booleano utilizado se centra en dos números: 0 y 1.

 

 

Circuitos Integrados de Interfase

Algunos textos consideran a los excitadores y receptores de línea, integrados empleados en aplicaciones de interconexión a través de buses, como dispositivos de interfase. Estos circuitos integrados se utilizan en general como parte de un controlador digital u ordenador, o bien de un periférico. El termino Interfase se refiere a que estos circuitos sirven de enlace entre otros componentes de un sistema.

 

Circuitos Integrados de Consumo 

Los circuitos integrados englobados en esta categoría son aquellos que ofrecen los fabricantes para uso en equipos clasificados como de <<electrónica de consumo>>. Obviamente, los CI utilizados en los relojes de pulsera, detectores de humos, televisores y calculadoras quedan dentro de esta categoría. Los circuitos integrados utilizados en temporizadores de electrodomésticos son los mismos que los empleados en los relojes industriales, y el microprocesador empleado para el control de un horno de microondas o un juego electrónico también estará englobado como CI de consumo. Este problema de clasificación viene marcado por el hecho de que para cualquier función dada, como por ejemplo el CI de un reloj, de una calculadora o un CI para un juego electrónico, hay muchos modelos diferentes, algunos vendidos únicamente al fabricante del producto de consumo y otros disponibles para los distribuidores de electrónica. Algunos de estos CI son tan exclusivos que ni siquiera se han publicado nunca las especificaciones y algunos otros han sido desarrollados en exclusividad para una calculadora, reloj o juego. Los circuitos integrados diseñados para las cámaras automáticas, por ejemplo, parecen pertenecer mayoritariamente a esta categoría.

 

 

Los CI de consumo son prácticamente siempre circuitos de gran escala de integración y contienen frecuentemente tanto los circuitos analógicos como digitales. En esta sección se relacionaran los circuitos integrados de consumo conforme a los equipos de consumo en que se emplean. Cada uno de ellos es un ejemplo representativo tato aquellos de carácter estándar como de los diseños personalizado que realizan una función determinada. En los casos en que su función se combina con otras, pueden encontrarse diferencias en cuanto a sus características u otras diferencias mínimas, pero la funcionalidad esencial aquí descrita es la propia de cada tipo de circuito integrado.

 

Circuitos integrados de señal mixta

Los circuitos de señal mixta se producen en los teléfonos celulares, instrumentos, motores y aplicaciones de control industrial. Estos circuitos convierten las señales digitales en señales analógicas, que a su vez establecen la velocidad de los motores, el brillo de las luces y la temperatura de los calentadores, por ejemplo. También convierten las señales digitales a las formas de onda de sonido, lo que permite el diseño de instrumentos musicales digitales, tales como órganos electrónicos y teclados de computadora capaces de reproducir música. Los circuitos integrados de señal mixta también convierten señales analógicas a señales digitales. Convierten los niveles de tensión analógicas a las representaciones de números digitales del nivel de tensión de las señales. Los circuitos integrados digitales luego realizan cálculos matemáticos sobre estos números.

 

Circuitos de memoria integrada

Aunque principalmente son utilizados en los sistemas informáticos, los integrados de memoria también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Un sistema informático puede incluir desde 20 hasta 40 chips de memoria, mientras que otros tipos de sistemas electrónicos pueden contener sólo algunos. Los circuitos de memoria almacenan información o datos, como dos números: 0 y 1. Los circuitos integrados digitales suelen recuperar estos números de la memoria y realizan cálculos con ellos, y a continuación, guardan el resultado del cálculo en la memoria. A cuantos más datos accedas (imágenes, sonido y texto), el sistema electrónico necesitará más memoria.

 

 

Limitaciones de los circuitos integrados

Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Básicamente, son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:

 

Disipación de potencia

Los circuitos eléctricos disipan potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además, en muchos casos es un sistema de realimentación positiva, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más corriente conducen, fenómeno que se suele llamar "embalamiento térmico" y, que si no se evita, llega a destruir el dispositivo. Los amplificadores de audio y los reguladores de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen incorporar protecciones térmicas.

Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para transferir el calor del chip al disipador o al ambiente. La reducción de resistividad térmica de este conducto, así como de las nuevas cápsulas de compuestos de silicona, permiten mayores disipaciones con cápsulas más pequeñas.

Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como CMOS. Aun así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos. Precisamente la alta resistividad térmica del arseniuro de galio es su talón de Aquiles para realizar circuitos digitales con él.

 

Capacidades y autoinducciones parásitas

Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales excitadores de buses, generadores de reloj, etc, es importante mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y de microondas.

 

Límites en los componentes

Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de sus contrapartidas discretas.

• Resistores. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi totalmente.

• Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional μA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.

• Inductores. Se usan comúnmente en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran. Los circuitos más usados son los resonantes (bobina-condensador; bien en serie o en paralelo), que actualmente son sustituidos por cristales de cuarzo

 

 

 

Densidad de integración

Durante el proceso de fabricación de los circuitos integrados se van acumulando los defectos, de modo que cierto número de componentes del circuito final no funcionan correctamente. Cuando el chip integra un número mayor de componentes, estos componentes defectuosos disminuyen la proporción de chips funcionales. Es por ello que en circuitos de memorias, por ejemplo, donde existen millones de transistores, se fabrican más de los necesarios, de manera que se puede variar la interconexión final para obtener la organización especificada.

 

 

 

Familias de Circuitos Integrados Lógicos

Existen varias familias de circuitos integrados lógicos que se distinguen por el tipo de dispositivo semiconductor y por la manera como estos dispositivos son interconectados para la conformación de las compuertas. El circuito básico en cada familia es una compuerta NAND ó una NOR.

 

Estos componentes están estandarizados, para que haya una compatibilidad entre fabricantes, de forma que las características más importantes sean comunes. De forma global los componentes lógicos se engloban dentro de una de las dos familias siguientes:

• TTL: diseñada para una alta velocidad.

• CMOS: diseñada para un bajo consumo.

Familias

Hay muchas familias lógicas de circuitos integrados digitales que han sido introducidos comercialmente, las más populares son:

• TTL: Lógicas de transistores (Transistor-transistor logic)

• ECL: Lógica de acoplamiento de emisor (emitter-coupled logic)
  
• MOS: Semiconductor de óxido de metal (Metal-oxide semiconductor)

• CMOS: Semiconductor de oxido de metal complementario (Complementary metal-oxide semiconductor)
• I 2 L: Lógica de inyección integrada (Integrated-injection logic)

 

Tabla de familias

 

 

• La familia TTL tiene una lista extensa de funciones digitales y es comúnmente la familia lógica más popular. 

• La ECL se usa en sistemas que requieren operaciones de alta velocidad.

• Los MOS e I 2 L se usan en circuitos que requieren alta densidad de componentes y

• La CMOS se usa para sistemas que requieren bajo consumo de energía.

 

Tipos de encapsulados

Todos los chips están encapsulados de distintas formas y tamaños, dependiendo de la función que van a cumplir. Además, cada tipo de encapsulado posee una distribución y asignación de pines, que podemos consultar en las hojas de datos respectivas. En la actualidad, existe una gran variedad de encapsulados, entre los cuales podemos encontrar algunos como:

• Encapsulados DIP (Dual In line Package): estos son el tipo de encapsulado más antiguo; están recubiertos por una carcasa de plástico rectangular con una fila de pines a cada lado. El número máximo de pines de estos encapsulados suele ser de 48. Estos encapsulados pueden ser soldados en los orificios realizados en las placas, o también pueden ser insertados en zócalos dispuestos. Los DIP son utilizados para circuitos integrados de pequeña y mediana escala de integración.

• Encapsulados SIP (Single In line Package): al igual que los DIP, son los encapsulados más antiguos y presentan una fila única de pines para la conexión; el número máximo de estos suele ser de 24.También, al igual que los DIP, estos encapsulados pueden ser soldados en orificios realizados en las placas, y son utilizados para circuitos integrados de pequeña y mediana escala de integración.

• Encapsulados SOIC (Small Outline Integrate Circuit): estos encapsulados son los equivalentes de los DIP, pero de montaje superficial ya que sus pines están dispuestos en forma de alas de gaviota, por lo que se los denomina gullwing packages. Fueron los primeros en introducir una distancia muy pequeña entre sus pines y, de esta manera, obtener un mayor número, generalmente, más de 64.

• Encapsulados QFP (Quad Flat Package): los terminales de este tipo de encapsulados son del mismo tipo que los SOIC, pero se caracterizan por tener pines en los cuatro lados del componente. Estos también son de un montaje superficial, al igual que los antes nombrados.

• Encapsulados SOJ (Small Outlined J-Lead): estos encapsulados tienen pines solo a dos lados del dispositivo. La letra J del nombre se debe a que los terminales tienen la forma de dicha letra. Son muy utilizados en tecnologías SMD y, también, a la hora de montar los chips DRAM que se fabricaban con encapsulados DIP.

• Encapsulados BGA (Ball Grid Array): estos tipos de encapsulados aparecen ante la necesidad de incrementar el número de entradas y salidas de circuitos integrados sin que sea necesario aumentar, en gran cantidad, el tamaño del dispositivo o que aparezcan pines demasiado finos. Poseen pines, que tienen forma de bolas de estaño o plomo, ubicados en la superficie inferior del componente. Con esta distribución de pines, se evitan terminales y distancias entre ellos. Aunque son muy pequeños, la soldadura, al estar debajo del circuito integrado, no quedará a la vista.

Ejemplos

 

Circuito integrado 7400.

 

 

Por serie 7400 se conoce a los circuitos integrados digitales, originalmente fabricados en tecnología TTL (lógica transistor-transistor o en inglés transistor-transistor logic), que forman una subfamilia de semiconductores, dentro del campo de la electrónica digital. Fueron ampliamante utilizados en la década de 1960 y 1970 para construir computadoras. Actualmente existen versiones de la serie fabricadas con tecnología CMOS.

El chip 7400, contiene cuatro NANDs. La segunda línea de números pequeños (7645) es un código de fecha, este chip fue manufacturado en la semana 45 de 1976. El sufijo N en el número de parte indica un empaquetado PDIP.

Aplicación del integrado 7400

La utilización de éstos chips es muy amplia ya que alojan en su interior multitud de componentes electrónicos para distintas aplicaciones. Podemos encontrar circuitos de la serie 7400 con puertas lógicas, Buffers, biestables, circuitos aritméticos, como semisumador, sumador completo, sumador paralelo, sistemas combinacionales o secuenciales entre otros.

Características técnicas

 

• Cicuito Integrado: 7400, 74LS00, 74S00
• Operador: NAND
• Tecnología: TTL
• Puertas: 4
• Entradas: 2 por puerta
• Cápsula: DIP 14 pins
• Tensión de alimentación: 5 V, con una tolerancia (de 4,5 V a 5,5 V).
• Niveles lógicos: entre 0,2 V y 0,8 V para el nivel bajo (L) y entre 2,4 V y 5 V para el nivel alto (H), ya que estos chips son activados por altos y bajos, o también llamados 0 y 1, dígitos del sistema binario utilizados para estos usos en la electrónica.
• Código identificador: el 74 para los comerciales y el 54 para los de diseño militar. Estos últimos son chips más desarrollados, ya que los de serie 74 soportan menos rangos de temperaturas.
• Temperatura de trabajo: de 0 °C a 70 °C para la serie 74 y de -55º hasta los 125 °C para la 54.

 

Descripción de las terminales del CI 7400

• Pin 1: la entrada A de la compuerta 1.
• Pin 2: la entrada B de la compuerta 1.
• Pin 3: aquí veremos el resultado de la operación de la primercompuerta.
• Pin 4: la entrada A de la compuerta 2.
• Pin 5: la entrada B de la compuerta 2.
• Pin 6: aquí veremos el resultado de la operación de la segundacompuerta.
• Pin 7: normalmente GND:Es el polo negativo de la alimentación,generalmente tierra.
• Pin 8: aquí veremos el resultado de la operación de la cuarta compuerta.
• Pin 9: la entrada B de la compuerta 4.
• Pin 10: la entrada A de la compuerta 4.
• Pin 11: aquí veremos el resultado de la operación de la tercer compuerta.
• Pin 12: la entrada B de la compuerta 3.
• Pin 13: la entrada A de la compuerta 3.

Subfamilias

Las demás características dependen de la subfamilia que se utilice, podemos encontrarnos con chips de modelo estándar, de bajo consumo (L), de alta velocidad (H), Schottky (S), Schottky de bajo consumo (LS), Schottky avanzado (AS), TTL Schottky avanzado de bajo consumo (ALS), ó el TTL rápido (TTL ALS Fairchild) (F) entre otros.

 

 

 

Circuito integrado 7408.

 

Es una compuerta lógica AND basada en tecnología TTL, acrónimo Inglés de Transistor-Transistor Logic o "Lógica Transistor a Transistor". Esta compuerta tiene muchas aplicaciones en la electrónica digital, dentro de las cuales podemos encontrar decodificadores, sistemas pasa mensajes, relojes digitales, etc

 

• Cicuito Integrado: 7408

• Operador: AND

• Tecnología: TTL, 74LS08, 74S08

• Puertas: 4

• Entradas: 2 por puerta

• Cápsula: DIP 14 pins

 

 

Características técnicas

• Parámetro: 7408
• Tensión de Cashampeo Vcc: 5 ±0.25
• Tensión de entrada nivel rodilla VIH: 2.0 a 5.5
• Tensión de entrada nivel janiwi VIL: -0.5 a 0.8
• Tensión de salida nivel alto VOH condiciones de funcionamiento: VCC = 4.75, VIH = 2.0 / 2.4 a 3.4

• Tensión de salida nivel bajo VOL condiciones de funcionamiento: VCC = 4.75, VIL = 0.8 / 0.2 a 0.4

• Corriente de salida nivel alto IOH: máx -0.8

• Corriente de salida nivel bajo IOL: máx 16

• Tiempo de propagación: 15.0

 

 

Descripción de las terminales del CI 7408

 

• Pin 1: la entrada A de la compuerta 1.
• Pin 2: la entrada B de la compuerta 1.
• Pin 3: aquí veremos el resultado de la operación de la primercompuerta.
• Pin 4: la entrada A de la compuerta 2.
• Pin 5: la entrada B de la compuerta 2.
• Pin 6: aquí veremos el resultado de la operación de la segundacompuerta.
• Pin 7: normalmente GND:Es el polo negativo de la alimentación,generalmente tierra.
• Pin 8: aquí veremos el resultado de la operación de la cuarta compuerta.
• Pin 9: la entrada B de la compuerta 4.
• Pin 10: la entrada A de la compuerta 4.
• Pin 11: aquí veremos el resultado de la operación de la tercer compuerta.
• Pin 12: la entrada B de la compuerta 3.
• Pin 13: la entrada A de la compuerta 3.

• Pin 14 Normalmente VCC: Alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación de 5 ± 0.25 voltios.

Funcionamiento de la compuerta AND

Cada compuerta tiene dos variables de entrada designadas por A y B y una salida binaria designada por Q. La compuerta AND produce la multiplicación lógica AND dada por la siguiente tabla de verdad:

 



 

 

 

 

Circuito integrado GL6840A.

 Es un circuito integrado monolítico diseñado para reemplazar las campanas mecánicas en los teléfonos

Descripción

Este circuito integrado funciona convirtiendo los pulsos eléctricos en sonidos acústicos en dos tonos, pudiendo manejar directamente un piezo eléctrico, un buzer o una bocinas pequeñas pues tiene una configuración de salida que es un acoplamiento de alta impedancia con resultados acústicos de muy buena calidad.

Posee un oscilador interno que cambia la frecuencia de esa forma genera el sonido que es perceptible por el iodo humano el cual manda a la salida que es por sus terminales 5, 6 ambas frecuencias de tono y frecuencia de conmutación pueden ajustarse externamente por separado, de modo que el circuito puede funcionar un tiempo determinado sin deteriorarse y sin retardos, y está diseñado de forma tal que las variaciones no afecten a los demás componentes que lo rodean, de ahí su amplia utilidad que se le puede dar en los diceños de circuitos sonoros.

 

• Terminal1 y 8 (INPUT) la entrada se une con los diodos con la señal de sonido que emite la línea del teléfono la guía asía el puente de rectificación u detector que el mismo tiene en su interior.

• Terminal dos es tierra.

• Terminal tres: es unido por un condensador externo para controlar la frecuencia de salida.

• Terminal cuatro: es unido a una resistencia externa para controlar las frecuencias de los dos tonos.

• Terminal 5,6: Son terminales de salidas que da en el clavo de tono que tienen un inversor, cada uno puede usarse por separado.

• Terminal 7: En este se coloca un capacito de baja capacidad para que rectifique el voltaje CC

 

Características

Eléctricas

• Voltaje de aprovisionamiento (por el pin 7), 26 Volt como máximo

• Oscilación de voltaje de salida +-5V.

• Corriente de cortocircuito (Ping 5 y 6) 20V.

• La caída de tensión entre ping 8-1 y pines 7-2 es de 3V.

• Frecuencia de barrido depende del condensador de al ping 3.

• Mantiene un voltaje de 9.7 como máximo en Of.

 

Generales

• Es de muy bajo consumo.

• Puente de rectificador integrado con los diodos de zener para proteger contra altos voltajes.

• Es un circuito extremadamente pequeño.

• Frecuencias de tono y conmutación ajustable por componentes externos.

• Configuración de puente de salida.

 

 

 

Conclusión o Resumen

 

De manera general, podemos concluir que los temas abordados anteriormente a lo largo de esta investigación los cuales hablan principalmente acerca de los Circuitos Integrados resulta un tema de gran importancia para nosotros ya que así como los que hemos venido mencionando en temas anteriores resulta de gran importancia para nosotros como mecatronicos el saber cómo está conformado un equipo desde su punto más básico ya que muchas veces esas pequeñas cosas a las cuales no prestamos la debida atención resultan de mucha importancia, además de que actualmente la mayoría de los aparatos, y máquinas de la actualidad emplean un gran número de estos dispositivos.  

Además de que también resulta de gran importancia para nosotros conocer cómo funcionan estos dispositivos, para qué nos sirven, cómo se deben de conectar y conocer de alguna forma las características tanto físicas como técnicas principales de los Circuitos Integrados, sin dejar a un lado la importancia que tiene conocer las características principales de cada tipo de circuito integrado que hay y de igual forma conocer las características principales de cada clasificación que existe de los circuitos integrados con el hecho de saberlos distinguirlos entre uno y otro tipo y clasificación de los circuitos integrados y con ello esperando lograr aumentar la vida útil del equipo que lo contenga.     

Abordando el tema de los Circuitos Integrados el cual es un tema muy extenso nos pudimos percatar que un Circuito Integrado también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso. Estos Circuitos Integrados por lo general se combinan para formar sistemas mucho más complejos que pueden ser desde una calculadora, un reloj digital, un videojuego, hasta una computadora, etc, es decir, son unos pequeños circuitos electrónicos fabricados con una función específica como pueden ser: Operaciones Aritméticas, funciones lógicas, amplificación, codificación, decodificación, controladores, etc.

Cabe mencionar que una de las características más notables de un Circuito Integrado es su tamaño; ya que puede contener 275, 000 transistores, además de una multitud de otros componentes como son transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, y medir desde menos de un centímetro a poco más de tres centímetros y otra de las características más noble de los circuitos integrados es que rara vez se pueden reparar; es decir si un solo componente de un circuito integrado llegara a fallar, se tendría que cambiar la estructura completa; esto se debe al tamaño diminuto y los miles de componentes que poseen.

 

Una vez abordado el de la definición de lo que es un circuito integrado y después de haber mencionado algunas características principales que posee un circuito integrado podemos mencionar los diferentes tipos de circuitos integrados que existen así como también algunas de sus características principales de cada uno que es uno de los principales temas de los cuales aborda dicho informe puesto que existen al menos tres tipos de circuitos integrados los cuales son:

Circuitos monolíticos: el circuito integrado monolítico es un Circuito Integrado cuyos elementos se han formado in situ  sobre un sustrato semiconductor o dentro de él, estando formado dentro de dicho sustrato al menos uno de los elementos. El Circuito monolítico es el tipo más común de circuito integrado, ya que desde su intervención los fabricantes han estado produciendo los circuitos integrados monolíticos para llevar a cabo todo tipo de funciones. Como un circuito integrado monolítico es una laminilla de silicio tratado de dimensiones a menudo inferiores a 2,5 mm por 2,5 mm y de espesor 0,6 mm, se le da el nombre de lámina (chip). Los tipos comercialmente disponibles se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM, circuito de televisión y circuitos de ordenadores. Pero tienen limitadores de potencia. Ya que la mayoría de ellos son del tamaño de un transistor discreto de señal pequeña, generalmente tiene un índice de máxima potencia menor que 1W. Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.

Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica.

Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas, dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia (RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

Otro punto que es importante mencionar es el del tema relacionado a las diferentes clasificaciones que existen de los circuitos integrados pues que de acuerdo a su estructura de cómo están conformados y su funcionamiento pueden haber diferente número de circuitos integrados puesto que por ejemplo en base a su estructura puede ser de acuerdo a la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip (llamado Escalas de Integración) cabe mencionar que las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos digitales y aquí suelen existir 6 tipos de circuitos integrados los cuales son:

SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores. Significa Small Scale Integration (integración en pequeña escala) y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas. Ejemplos: compuertas y flip flops los Circuitos Integrados SSI se fabrican empleando tecnologías ttl, cmos y ecl los primeros Circuitos Integrados eran SSI.

MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores. Significan Medium Scale Integration (integración en mediana escala), y comprende los chips que contienen de 13 a 100 compuertas. Ejemplos: codificadores, registros, contadores, multiplexores, de codificadores y de multiplexores. los Circuitos Integrados MSI se fabrican empleando tecnologías ttl, cmos, y ecl.

LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (alu's), microprocesadores de 8 y 16 bits. Los Circuitos Integrados LSI se fabrican principalmente empleando tecnologías i2l, nmos y pmos. Son utilizados para la fabricación de: los relojes de pulsera, detectores de humos, televisores y calculadoras quedan dentro de esta categoría. Los circuitos integrados utilizados en temporizadores de electrodomésticos son los mismos que los empleados en los relojes industriales, y el microprocesador.

VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores.  Ejemplos: micro-procesadores de 32 bits, micro-controladores, sistemas de adquisición de datos. Los Circuitos Integrados VSLI se fabrican también empleando tecnologías ttl, cmos y pmos. Como parte de las tecnologías de semiconductores y comunicación que se estaban desarrollando, Dan inicio a la era de la miniaturización.

ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores. Son módulos de construcción básica de los dispositivos electrónicos modernos, tales como radios, TV, sistemas de telefonía, computadoras y en general productos electrodomésticos caseros e industriales.

GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores.

Y de acuerdo a su clasificación se pueden encontrar los siguientes tipos de circuitos integrados entre los cuales destacan los dos primeros los cuales son:

Circuitos Integrados Analógicos: Los Circuitos Integrados analógicos se fabrican usado gran variedad de tecnologías de semiconductores, como bipolar, efecto de campo, óxidos metálicos y combinaciones de estas tres. Los Circuitos Integrados analógicos se seleccionan normalmente siguiendo criterios individuales, y solo es importante su compatibilidad con los requisitos de alimentación. Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta circuitos completos y funcionales, como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos Los circuitos integrados analógicos comúnmente constituyen una parte de las fuentes de alimentación, los instrumentos y las comunicaciones. En estas aplicaciones, los circuitos integrados analógicos amplifican, filtran y modifican señales eléctricas.

Circuitos Integrados Digitales: Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores. Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los circuitos integrados es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto a los antiguos circuitos, además de un montaje más rápido.

Los circuitos Digitales trabajan con señales que solo pueden tomar uno de dos valores posibles. Inicialmente, en circuitos digitales discretos con transistores, este tomaba o bien el estado de corte, en el que la tensión de salida de colector era próxima a la de alimentación, o el de saturación, en el que dicha tensión de colector pasaba a tener un nivel próximo al del emisor, usualmente tierra. En sistemas de lógica positiva, el nivel próximo a tierra se considera el nivel lógico (0), y el nivel próximo a la tensión de alimentación se considera como nivel lógico (1). Los circuitos integrados digitales se utilizan principalmente para construir sistemas informáticos, también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Los circuitos integrados digitales incluyen microprocesadores, microcontroladores y circuitos lógicos.

Circuitos Integrados de Interface: Algunos textos consideran a los excitadores y receptores de línea, integrados empleados en aplicaciones de interconexión a través de buses, como dispositivos de interface. Estos circuitos integrados se utilizan en general como parte de un controlador digital u ordenador, o bien de un periférico. El término Interface se refiere a que estos circuitos sirven de enlace entre otros componentes de un sistema.

Circuitos Integrados de Consumo: Los circuitos integrados englobados en esta categoría son aquellos que ofrecen los fabricantes para uso en equipos clasificados como de <<electrónica de consumo>>. Obviamente, los CI utilizados en los relojes de pulsera, detectores de humos, televisores y calculadoras quedan dentro de esta categoría. Los circuitos integrados utilizados en temporizadores de electrodomésticos son los mismos que los empleados en los relojes industriales, y el microprocesador empleado para el control de un horno de microondas o un juego electrónico también estará englobado como CI de consumo. Los CI de consumo son prácticamente siempre circuitos de gran escala de integración y contienen frecuentemente tanto los circuitos analógicos como digitales. En esta sección se relacionaran los circuitos integrados de consumo conforme a los equipos de consumo en que se emplean.

 

Circuitos integrados de señal mixta: Los circuitos de señal mixta se producen en los teléfonos celulares, instrumentos, motores y aplicaciones de control industrial. Estos circuitos convierten las señales digitales en señales analógicas, que a su vez establecen la velocidad de los motores, el brillo de las luces y la temperatura de los calentadores, por ejemplo. También convierten las señales digitales a las formas de onda de sonido, lo que permite el diseño de instrumentos musicales digitales, tales como órganos electrónicos y teclados de computadora capaces de reproducir música. Los circuitos integrados de señal mixta también convierten señales analógicas a señales digitales. Convierten los niveles de tensión analógicas a las representaciones de números digitales del nivel de tensión de las señales. Los circuitos integrados digitales luego realizan cálculos matemáticos sobre estos números.

Circuitos de memoria integrada: Aunque principalmente son utilizados en los sistemas informáticos, los integrados de memoria también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Un sistema informático puede incluir desde 20 hasta 40 chips de memoria, mientras que otros tipos de sistemas electrónicos pueden contener sólo algunos. Los circuitos de memoria almacenan información o datos, como dos números: 0 y 1. Los circuitos integrados digitales suelen recuperar estos números de la memoria y realizan cálculos con ellos, y a continuación, guardan el resultado del cálculo en la memoria. A cuantos más datos accedas (imágenes, sonido y texto), el sistema electrónico necesitará más memoria.

Por último tema a abordar en esta conclusión y la cual es de suma importancia también abordar es el tema el cual se refiere a las limitaciones con las que cuenta un circuito integrado ya que Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Básicamente, son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:

Disipación de potencia: Los circuitos eléctricos disipan potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además, en muchos casos es un sistema de realimentación positiva, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más corriente conducen, fenómeno que se suele llamar "embalamiento térmico" y, que si no se evita, llega a destruir el dispositivo. Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como CMOS. Aun así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos.

 Capacidades y autoinducciones parásitas

Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales excitadores de buses, generadores de reloj, etc, es importante mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y de microondas.

Límites en los componentes

Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de sus contrapartidas discretas

 

• Resistores. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi totalmente.

• Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional μA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.

• Inductores. Se usan comúnmente en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran. Los circuitos más usados son los resonantes (bobina-condensador; bien en serie o en paralelo), que actualmente son sustituidos por cristales de cuarzo.

 

 

 

Densidad de integración: Durante el proceso de fabricación de los circuitos integrados se van acumulando los defectos, de modo que cierto número de componentes del circuito final no funcionan correctamente. Cuando el chip integra un número mayor de componentes, estos componentes defectuosos disminuyen la proporción de chips funcionales.

Como se puede observar estos temas a pesar de parecer simples suelen ser muy complejos y los cuales resultan de gran importancia saberlos entenderlos y comprenderlos muy bien ya que estos temas son las bases como muchos otros temas que hemos visto a lo largo de los informes para entender temas mucho más complejos.

 

Cuestionario 

 

1.    ¿Qué es un circuito integrado?

Un Circuito Integrado también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso. Estos Circuitos Integrados por lo general se combinan para formar sistemas mucho más complejos que pueden ser desde una calculadora, un reloj digital, un videojuego, hasta una computadora, etc, es decir, son unos pequeños circuitos electrónicos fabricados con una función específica como pueden ser: Operaciones Aritméticas, funciones lógicas, amplificación, codificación, decodificación, controladores, etc.

2.    ¿Cuáles son algunas de las características  principales con las que cuenta un circuito integrado?

Cabe mencionar que una de las características más notables de un Circuito Integrado es su tamaño; ya que puede contener 275, 000 transistores, además de una multitud de otros componentes como son transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, y medir desde menos de un centímetro a poco más de tres centímetros y otra de las características más noble de los circuitos integrados es que rara vez se pueden reparar; es decir si un solo componente de un circuito integrado llegara a fallar, se tendría que cambiar la estructura completa; esto se debe al tamaño diminuto y los miles de componentes que poseen.

3.    ¿Cuáles son las partes principales de un circuito integrado?

·         Tierra

·         Disparo

·         Salida

·         Reset

·         Modulación

·         Alcance máximo

·         Descarga

·         +Vcc

4.    ¿Qué son los circuitos integrados monolíticos?

El circuito integrado monolítico es un Circuito Integrado cuyos elementos se han formado in situ  sobre un sustrato semiconductor o dentro de él, estando formado dentro de dicho sustrato al menos uno de los elementos. El Circuito monolítico es el tipo más común de circuito integrado, ya que desde su intervención los fabricantes han estado produciendo los circuitos integrados monolíticos para llevar a cabo todo tipo de funciones. Como un circuito integrado monolítico es una laminilla de silicio tratado de dimensiones a menudo inferiores a 2,5 mm por 2,5 mm y de espesor 0,6 mm, se le da el nombre de lámina (chip). Los tipos comercialmente disponibles se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM, circuito de televisión y circuitos de ordenadores. Pero tienen limitadores de potencia. Ya que la mayoría de ellos son del tamaño de un transistor discreto de señal pequeña, generalmente tiene un índice de máxima potencia menor que 1W. Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.

5.    ¿A qué se refieren los circuitos integrados híbridos de capa fina?

Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistores precisos.

6.    ¿Qué son los circuitos integrados híbridos de capa gruesa?

Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas, dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia (RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

7.    ¿Cuáles son las diferentes clasificaciones de los circuitos integrados en cuanto a su estructura?

·         SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores. Significa Small Scale Integration (integración en pequeña escala) y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas. 

·         MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores. Significan Medium Scale Integration (integración en mediana escala), y comprende los chips que contienen de 13 a 100 compuertas.

·         LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (alu's), microprocesadores de 8 y 16 bits. Los Circuitos Integrados LSI se fabrican principalmente empleando tecnologías i2l, nmos y pmos. Son utilizados para la fabricación de: los relojes de pulsera, detectores de humos, televisores y calculadoras quedan dentro de esta categoría.

·         VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores. Los Circuitos Integrados VSLI se fabrican también empleando tecnologías ttl, cmos y pmos. Como parte de las tecnologías de semiconductores y comunicación que se estaban desarrollando, Dan inicio a la era de la miniaturización.

·         ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores. Son módulos de construcción básica de los dispositivos electrónicos modernos, tales como radios, TV, sistemas de telefonía, computadoras y en general productos electrodomésticos caseros e industriales.

·         GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores.

8.    ¿Cuáles son los dos principales grupos en que se dividen los circuitos integrados en cuanto a su función?

·         Circuitos Integrados Analógicos: Los Circuitos Integrados analógicos se fabrican usado gran variedad de tecnologías de semiconductores, como bipolar, efecto de campo, óxidos metálicos y combinaciones de estas tres. Los Circuitos Integrados analógicos se seleccionan normalmente siguiendo criterios individuales, y solo es importante su compatibilidad con los requisitos de alimentación. Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta circuitos completos y funcionales, como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos Los circuitos integrados analógicos comúnmente constituyen una parte de las fuentes de alimentación, los instrumentos y las comunicaciones. En estas aplicaciones, los circuitos integrados analógicos amplifican, filtran y modifican señales eléctricas.

·         Circuitos Integrados Digitales: Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores. Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los circuitos integrados es compleja ya que tienen una. Los circuitos Digitales trabajan con señales que solo pueden tomar uno de dos valores posibles. Inicialmente, en circuitos digitales discretos con transistores, este tomaba o bien el estado de corte, en el que la tensión de salida de colector era próxima a la de alimentación, o el de saturación, en el que dicha tensión de colector pasaba a tener un nivel próximo al del emisor, usualmente tierra. En sistemas de lógica positiva, el nivel próximo a tierra se considera el nivel lógico (0), y el nivel próximo a la tensión de alimentación se considera como nivel lógico (1). Los circuitos integrados digitales se utilizan principalmente para construir sistemas informáticos, también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Los circuitos integrados digitales incluyen microprocesadores, microcontroladores y circuitos lógicos.

9.    ¿Cuáles son los otros grupos restantes en los que se pueden clasificar los circuitos integrados de acuerdo a sus funciones?

·         Circuitos Integrados de Interface: Algunos textos consideran a los excitadores y receptores de línea, integrados empleados en aplicaciones de interconexión a través de buses, como dispositivos de interface. Estos circuitos integrados se utilizan en general como parte de un controlador digital u  ordenador, o bien de un periférico. El término Interface se refiere a que estos circuitos sirven de enlace entre otros componentes de un sistema.

·         Circuitos Integrados de Consumo: Los circuitos integrados englobados en esta categoría son aquellos que ofrecen los fabricantes para uso en equipos clasificados como de <<electrónica de consumo>>. Obviamente, los CI utilizados en los relojes de pulsera, detectores de humos, televisores y calculadoras quedan dentro de esta categoría. Los CI de consumo son prácticamente siempre circuitos de gran escala de integración y contienen frecuentemente tanto los circuitos analógicos como digitales. En esta sección se relacionaran los circuitos integrados de consumo conforme a los equipos de consumo en que se emplean.

·         Circuitos integrados de señal mixta: Los circuitos de señal mixta se producen en los teléfonos celulares, instrumentos, motores y aplicaciones de control industrial. Estos circuitos convierten las señales digitales en señales analógicas, que a su vez establecen la velocidad de los motores, el brillo de las luces y la temperatura de los calentadores, por ejemplo. También convierten las señales digitales a las formas de onda de sonido, lo que permite el diseño de instrumentos musicales digitales, tales como órganos electrónicos y teclados de computadora capaces de reproducir música. Los circuitos integrados de señal mixta también convierten señales analógicas a señales digitales. Convierten los niveles de tensión analógicas a las representaciones de números digitales del nivel de tensión de las señales. Los circuitos integrados digitales luego realizan cálculos matemáticos sobre estos números.

 

·         Circuitos de memoria integrada: Aunque principalmente son utilizados en los sistemas informáticos, los integrados de memoria también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Un sistema informático puede incluir desde 20 hasta 40 chips de memoria, mientras que otros tipos de sistemas electrónicos pueden contener sólo algunos. Los circuitos de memoria almacenan información o datos, como dos números: 0 y 1.

 

10.  ¿Cuáles son algunas de las principales limitaciones con las que cuentan los circuitos integrados?

·         Disipación de potencia: Los circuitos eléctricos disipan potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además, en muchos casos es un sistema de realimentación positiva, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más corriente conducen, fenómeno que se suele llamar "embalamiento térmico" y, que si no se evita, llega a destruir el dispositivo.

·         Capacidades y autoinducciones parásitas: Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales excitadores de buses, generadores de reloj, etc, es importante mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y de microondas

·         Límites en los componentes: Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de sus contrapartidas discretas

·         Resistores. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi totalmente.

·         Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional μA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.

·         Inductores. Se usan comúnmente en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran. Los circuitos más usados son los resonantes (bobina-condensador; bien en serie o en paralelo), que actualmente son sustituidos por cristales de cuarzo.

 

·         Densidad de integración: Durante el proceso de fabricación de los circuitos integrados se van acumulando los defectos, de modo que cierto número de componentes del circuito final no funcionan correctamente. Cuando el chip integra un número mayor de componentes, estos componentes defectuosos disminuyen la proporción de chips funcionales.

 

11.  ¿Cuáles son los diferentes tipos de encapsulados en los que se pueden encapsular los circuitos integrados?

·         Encapsulados DIP (Dual In line Package): estos son el tipo de encapsulado más antiguo; están recubiertos por una carcasa de plástico rectangular con una fila de pines a cada lado. El número máximo de pines de estos encapsulados suele ser de 48.

 

·         Encapsulados SIP (Single In line Package): al igual que los DIP, son los encapsulados más antiguos y presentan una fila única de pines para la conexión; el número máximo de estos suele ser de 24.

 

·         Encapsulados SOIC (Small Outline Integrate Circuit): estos encapsulados son los equivalentes de los DIP, pero de montaje superficial ya que sus pines están dispuestos en forma de alas de gaviota, por lo que se los denomina gullwing packages. Fueron los primeros en introducir una distancia muy pequeña entre sus pines y, de esta manera, obtener un mayor número, generalmente, más de 64.

·         Encapsulados QFP (Quad Flat Package): los terminales de este tipo de encapsulados son del mismo tipo que los SOIC, pero se caracterizan por tener pines en los cuatro lados del componente. Estos también son de un montaje superficial, al igual que los antes nombrados.

·         Encapsulados SOJ (Small Outlined J-Lead): estos encapsulados tienen pines solo a dos lados del dispositivo. La letra J del nombre se debe a que los terminales tienen la forma de dicha letra. Son muy utilizados en tecnologías SMD y, también, a la hora de montar los chips DRAM que se fabricaban con encapsulados DIP.

·         Encapsulados BGA (Ball Grid Array): estos tipos de encapsulados aparecen ante la necesidad de incrementar el número de entradas y salidas de circuitos integrados sin que sea necesario aumentar, en gran cantidad, el tamaño del dispositivo o que aparezcan pines demasiado finos. Poseen pines, que tienen forma de bolas de estaño o plomo, ubicados en la superficie inferior del componente. Con esta distribución de pines, se evitan terminales y distancias entre ellos.

 

 

Bibliografia

 

• http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado
• Definición de circuito integrado - Qué es, Significado y Concepto http://definicion.de/circuito-integrado/#ixzz3JLk8C66T
• http://es.slideshare.net/Nanina20/circuitos-integrados-y-chip-14033567
• http://html.rincondelvago.com/circuitos-integrados_2.html
• http://es.slideshare.net/sicevi/circuitos-integrados-presentation?related=1
  

  
  

  
  

   Link del Diario del Mes de Noviembre