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• Katha Barría

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LICENCIATURA EN SISTEMAS ELÉCTRICOS Y AUTOMATIZACIÓN

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN ELECTRÓNICA I TEMA: LOS CIRCUITOS INTEGRADOS

ELABORADO POR: BARRÍA, KATHANIA 8-894-1630 LYNE, ALEXANDER 8-904-1057

PROFESOR: MIGUEL TALAVERA

FECHA DE ENTREGA: 15 DE JUNIO DE 2017

ÍNDICE

Introducción……………………………………………………………………………3 ¿Qué es un circuito integrado?...........................................................................4 Historia de los Circuitos Integrados…………………………………………………4 Estructura de un Circuito Integrado…………………………………………………5 ¿Por qué son importantes los Chips?................................................................5 ¿Cómo se fabrica un Circuito Integrado?...........................................................6 Tipos de Circuitos Integrados………………………………………………………..6 Clasificación de los Circuitos Integrados …………………………………………..7 Aplicaciones de los circuitos integrados……………………………………………7 Algunas de las utilidades más relevantes que tienen los chips………………….8 Conclusión……………………………………………………………………………..9 Infografía……………………………………………………………………………….10 Anexos………………………………………………………………………………….11

INTRODUCCIÓN

Este trabajo de Investigación tiene como contenido los antecedentes históricos de los Circuitos Integrados, su definición, la forma en que son fabricados paso a paso, el material del cual están hechos, clasificación de acuerdo a su estructura y función; funciones de los circuitos integrados. La importancia de este trabajo radica en la gran utilización que presentan los Circuitos Integrados en la electrónica y en la fabricación de cualquier aparato electrónico. Otro detalle muy importante es que los Circuitos Integrados son uno de los dispositivos más importantes en la electrónica ya que si no fuera por ellos; no contaríamos con la tecnología que actualmente poseemos. La razón de su uso es por su tamaño; ya que estos circuitos pueden contener miles de transistores y otros componentes como resistencias, diodos, resistores, capacitadores, etc; y medir solamente unos centímetros. Un grande ejemplo de su aplicación lo vemos en los ordenadores comúnmente llamados computadoras o PCs, ya que todas las funciones lógicas y aritméticas de una computadora pueden ser procesadas por un solo chip a gran escala llamado Microprocesador o cerebro de la computadora Los ordenadores comúnmente llamados computadoras o PCs utilizan esta característica de los Circuitos Integrados ya que todas las funciones lógicas y aritméticas de una computadora pueden ser procesadas por un solo chip a gran escala llamado Microprocesador o cerebro de la computadora. 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 más 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 más de tres centímetros.

Los Circuitos Integrados ¿Qué es un circuito integrado? Un circuito integrado también conocido como chip o microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos milímetros cuadrados de superficie (área), sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre el Circuito Integrado y un circuito impreso. Los CI se hicieron posibles gracias a descubrimientos experimentales que mostraban que artefactos semiconductores podían realizar las funciones de los tubos de vacío, así como a los avances científicos de la fabricación de semiconductores a mediados del siglo XX. La integración de grandes cantidades de pequeños transistores dentro de un pequeño espacio fue un gran avance en la elaboración manual de circuitos utilizando componentes electrónicos discretos.

Historia Muchos de los dispositivos microelectrónicos interactuados, especialmente transistores y diodos, sin dejar de lado componentes pasivos tales como condensadores y resistencias aprovechan la tecnología del circuito integrado, cuya historia se remonta a finales de la década de 1950, cuando un ingeniero llamado Jack St. Clair Kilby desarrolló el primer prototipo para la compañía Texas Instruments. Hasta ese entonces, los equipos electrónicos solían consistir de tubos al vacío (también llamados válvulas electrónicas o termoiónicas, entre otros de sus nombres), un componente usado para conmutar, modificar o amplificar una señal eléctrica controlando el movimiento de los electrones con ayuda de ciertos gases o en un espacio con una presión muy baja. Sin embargo, gracias al trabajo de Kilby, los componentes activos y pasivos comenzaron a ubicarse en una misma superficie de metal cuyas dimensiones eran decenas de veces inferiores a las de un sólo tubo al vacío. 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.

Pero el paso de tubos al vacío a semiconductores no fue una casualidad, sino que se apoyó en una serie de experimentos que demostraron la utilidad de estos últimos para reemplazar a los primeros en cuanto a funcionalidad se refiere, ocupando una fracción de su tamaño. Este gran avance, que hace parecer la realidad que lo precede propia de un absurdo, cobró fuerza en poco tiempo, gracias a que los circuitos integrados comenzaron a producirse en masa y el mundo pudo comprobar que además de su evidente ventaja con respecto a las válvulas, eran fiables y fáciles de complejizar. Estructura de un circuito integrado 1- Encapsulado: el encapsulado es normalmente de plástico aunque también puede ser de cerámica. 2- Patas o pines: las patas o pines son metálicas y su función principal es conectar el circuito interior del chip con el exterior. 3- Código de identificación: por el aspecto exterior del chip no podemos saber para qué sirve un chip y qué características tiene, es necesario identificarlo y consultar la documentación técnica del fabricante. Cada circuito integrado tiene un código, formado por números y letras que lo identifican. 4- Marcas: el encapsulado tiene dos marcas. Una es una muesca que sirve de guía para colocar correctamente el chip en un circuito (y no instalarlo al revés). La segunda marca es un pequeño punto que indica cuál es la pata n° 1. La numeración de las patas es importante porque cada una de ellas tiene una función diferente. 5- Circuito miniaturizado: la función del encapsulado es proteger el circuito miniaturizado que hay en su interior. Unas conexiones eléctricas conectan el circuito con las patas. 6- Chip de silicio: el circuito miniaturizado está grabado en una pequeña plaquita de silicio de pocos milímetros de lado que se llama chip y que por extensión, da nombre a todo el conjunto. La palabra inglesa chip se podría traducir como “pedacito”. Una ciudad en miniatura. Hay que ampliar el chip más de 100 veces para poder ver los componentes individuales: transistores, diodos, etc. Y sus conexiones. Tiene la apariencia de una ciudad en miniatura y sólo un experto puede interpretarlo. ¿Por qué son importantes los Chips? Son tres las ventajas más importantes que tienen los circuitos integrados sobre los circuitos electrónicos construidos con componentes discretos: su menor costo; su mayor eficiencia energética y su reducido tamaño. El bajo costo es debido a que los CI son fabricados siendo impresos como una sola pieza por fotolitografía a partir de una oblea, generalmente de silicio, permitiendo la producción en cadena de grandes cantidades, con una muy baja tasa de defectos. La elevada eficiencia se debe a que, dada la miniaturización de todos sus componentes, el consumo de energía es

considerablemente menor, a iguales condiciones de funcionamiento que un circuito electrónico homólogo fabricado con componentes discretos. Finalmente, el más notable atributo, es su reducido tamaño en relación a los circuitos discretos; para ilustrar esto: un circuito integrado puede contener desde miles hasta varios millones de transistores en unos pocos milímetros cuadrados ¿Cómo se fabrica un Circuito Integrado? El material más importante en la fabricación de los chips es el silicio, un material semiconductor que se obtiene de la de arena rica en sílice (oxido de silicio, SiO2 es la combinación de silicio con oxígeno). A partir de la arena se extrae el silicio y se purifica. El silicio puro se introduce en un horno y se le da forma de lingotes cilíndricos. Estos lingotes se cortan en láminas muy delgadas, las obleas. Sobre las obleas se graban, mediante técnicas muy complejas, decenas o centenares de circuitos miniaturizados. Posteriormente las obleas se cortan para obtener los circuitos individuales (chips), que finalmente se encapsulan. Tipos de Circuitos Integrados Existen al menos tres tipos de circuitos integrados:  Circuitos monolíticos: 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. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.  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. Las resistencias 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 de los Circuitos Integrados Atendiendo al nivel de integración —número de componentes— los circuitos integrados se pueden clasificar en:      

SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1. 000 transistores LSI (Large Scale Integration) grande: 1. 001 a 10. 000 transistores 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: más de un millón de transistores

En cuanto a las funciones integradas, los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:  Circuitos integrados analógicos. 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.  Circuitos integrados digitales. Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más complicados microprocesadores o micro controladores. Algunos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema mayor y más complejo. 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. Aplicaciones de los circuitos integrados Entre los circuitos integrados más complejos y avanzados se encuentran los microprocesadores, que controlan numerosos aparatos, desde teléfonos móviles y horno de microondas hasta computadoras. Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados, de importancia crucial para la moderna sociedad de la información. Mientras que el costo de diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción, el costo individual de los CI por lo general se reduce al mínimo. La eficiencia de los CI es alta debido a que el pequeño tamaño de los chips permite cortas conexiones que posibilitan la utilización de lógica de bajo consumo (como es el caso de CMOS), y con altas velocidades de conmutación.

Algunas de las utilidades más relevantes que tienen los chips:  Por su bajo costo y excelentes servicios, el ci 555, además de ser conocido como temporizador, su versatilidad también permite usarlo de multivibrador y detector de impulsos.  El temporizador sirve para regular electrodomésticos, es indispensable en los hornos de microonda, vídeos, lavadoras, cocinas eléctricas, que puede variar mucho si se tiene en cuenta la finalidad del aparato.  Los circuitos integrales de interfase son los transformadores analógico digitales, usados en instrumentación, utillaje, telemetría, manejado por computador y otros controles, en los que una señal analógica de ingreso es usada en un componente digital.  Magnitudes físicas como temperatura, radiación, iluminación, presión, etc., pueden calcularse mediante un circuito integrado, al convertirlas en pulsiones eléctricas analógicas y luego trasladarlas a valores digitales para manejarlas digitalmente.  El chip de alarma es de uso masivo y se utiliza en diversos sistemas de seguridad.  Una importante utilidad de circuito integrado es la de medir la expresión genética, al registrar cuando un gen es excitado y genera su valor proteico.  El chip implantado en el cuerpo humano, para controlarlo en el trabajo, ha logrado imponerse y ser una realidad a pesar del rechazo de los defensores de los derechos civiles.  Los circuitos también se desempeñan en la tecnología micro arrayas, para analizar miles de genes a la vez. A medida que transcurren los años, los circuitos integrados van evolucionando: se fabrican en tamaños cada vez más pequeños, con mejores características y prestaciones, mejoran su eficiencia y su eficacia, y se permite así que mayor cantidad de elementos sean empaquetados (integrados) en un mismo chip. Al tiempo que el tamaño se reduce, otras cualidades también mejoran (el costo y el consumo de energía disminuyen, y a la vez aumenta el rendimiento). Aunque estas ganancias son aparentemente para el usuario final, existe una feroz competencia entre los fabricantes para utilizar geometrías cada vez más delgadas.

CONCLUSIÓN Los objetivos logrados con el desarrollo de este trabajo fueron conocer la historia de los circuitos integrados, como y cuando surgieron, saber los materiales del cual están hechos, conocer un poco sobre cómo se construyen, saber para qué sirven, donde son utilizados, conocer las funciones que realizan en los aparatos y/o sistemas. Cabe resaltar que sólo ha trascurrido medio siglo desde que se inició el desarrollo y los circuitos integrados se han vuelto casi omnipresentes. Computadoras, teléfonos móviles y otras aplicaciones digitales son ahora partes de las sociedades modernas. La informática, las comunicaciones, la manufactura y los sistemas de transporte, incluyendo Internet, todos dependen de la existencia de los circuitos integrados. De hecho, muchos estudiosos piensan que la revolución digital causada por los circuitos integrados es uno de los sucesos más significativos de la historia de la humanidad.

Infografía http://blogs.publico.es/ignacio-martil/2016/04/15/el-circuito-integradola-tecnologia-que-cambio-nuestra-vida/ https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado http://definicion.de/circuito-integrado/ http://roble.pntic.mec.es/jlop0164/archivos/chip.pdf http://hectorpiro.over-blog.es/article-definicion-usos-circuitosintegrados-85875847.html

Anexos

Un pequeño chip sustituye a un circuito de gran tamaño

El primer circuito integrado

Estructura de un chip

Fabricación de un Circuito Integrado