jueves, 7 de julio de 2016

El Chip o Circuitos integrados

Circuitos integrados
Un circuito integrado –sinónimo de chips- es una pastilla o chip en la que se encuentran todos o casi todos los componentes electrónicos necesarios para realizar alguna función.
Estos componentes son transistores en su mayoría, aunque también contienen resistencias, diodos, etc
Los primeros circuitos integrados se desarrollaron al final de la década de los 50 y desde entonces están evolucionando continuamente, especialmente en el número de componentes que pueden colocarse en un único chip.




Chips
Los chips son pequeño pedazos de material de semiconductor (generalmente silicio) en que se empotra un circuito integrado.
Un chip típico mide menos de ¼ de pulgadas y puede contener varios millones de componentes (transistores) electrónicos.
Hay diferentes tipos de chips. Por ejemplo, la unidad de procesamiento central (llamado también microprocesador o CPU) contiene una unidad de procesamiento completo, mientras que los chips memoria contienen la memoria en blanco.

Historia del Microchip


El Microchip, o también llamado circuito integrado (CI), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una cantidad enorme de dispositivos microelectrónicos interactuados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores.
El primer Circuito Integrado fue desarrollado en 1958 por el Ingeniero Jack St. Clair Kilby, justo meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments.
Los elementos más comunes de los equipos electrónicos de la época eran los llamados "tubos al vacío". Las lámparas aquellas de la radio y televisión. Aquellas que calentaban como una estufa y se quemaban como una bombita.
En el verano de 1958 Jack Kilby se propuso cambiar las cosas. Entonces concibió el primer circuito electrónico cuyos componentes, tanto los activos como los pasivos, estuviesen dispuestos en un solo pedazo de material, semiconductor, que ocupaba la mitad de espacio de un clip para sujetar papeles.
El 12 de Septiembre de 1958, el invento de Jack Kilby se probó con éxito. El circuito estaba fabricado sobre una pastilla cuadrada de germanio, un elemento químico metálico y cristalino, que medía seis milímetros por lado y contenía apenas un transistor, tres resistencias y un condensador.
El éxito de Kilby supuso la entrada del mundo en la microelectrónica, además de millones de doláres en regalías para la empresa que daba trabajo a Kilby. El aspecto del circuito integrado era tan nimio, que se ganó el apodo inglés que se le da a las astillas, las briznas, los pedacitos de algo: chip.
En el año 2000 Jack Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución de su invento al desarrollo de la tecnología de la información.
Los circuitos integrados fueron posibles gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que lossemiconductores puede realizar las funciones de los tubos vacíos. La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños chips fue un enorme avance sobre la ensamblaje manual de los tubos de vacío (válvulas) y circuitos utilizando componentes discretos.
La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, confiabilidad y facilidad de agregarles complejidad, impuso la estandarización de los circuitos integrados en lugar de diseños utilizando transistores que pronto dejaron obsoletas a las válvulas o tubos de vacío.
Existen dos ventajas principales de los circuitos integrados sobre los circuitos convencionales: coste y rendimiento. El bajo coste es debido a que los chips, con todos sus componentes, son impresos como una sola pieza por fotolitografía y no construidos por transistores de a uno por vez.
Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores, que son usados en múltiples artefactos, desde computadoras hasta electrodomésticos, pasando por los teléfonos móviles.
Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados que son de importancia crucial para la moderna sociedad de la información.
Mientras el costo del diseño y desarrollo de un cirtuido integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción el costo individual por lo general se reduce al mínimo.
La eficiencia de los circuitos integrados es alto 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) en altas velocidades de conmutación.
Las estructuras de los microchips se volvieron más y más pequeñas.
Los fabricantes tuvieron éxito al duplicar el número de transistores en un chip cada 18 meses, tal como lo predijo la ley de Moore. Sin embargo, a medida que los tamaños se han reducido a escalas de átomos, los fabricantes se están acercando cada vez más a los límites de la miniaturización.
Ha llegado el tiempo de probar acercamientos completamente nuevos. Para ésto, los investigadores están actualmente buscando soluciones tales como el uso de pequeños "mini tubos de carbón", los cuales esperan utilizar en los microchips del futuro.
Tan sólo ha pasado medio siglo desde el inicio de su desarrollo y ya se han vuelto ubicuos. De hecho, muchos académicos creen que la revolución digital impulsada por los circuitos integrados es una de los sucesos más destacados de la historia de la humanidad.

La fabricación de un chip (Historia ilustrada)

Si bien los chips tal y como los conocemos actualmente no dejan de ser una forma de circuitos integrados, sus métodos de fabricación han mejorado tanto con el paso del tiempo que se pueden colocar miles de millones de transistores en algo tan pequeño como una moneda, o incluso más. La carrera por alcanzar escalas de fabricación aún más pequeñas está por alcanzar un límite crítico si el ritmo actual de desarrollo se mantiene, pero parece mentira que estos chips tan poderosos con los que lidiamos día a día vengan de algo tan sencillo y abundante como la arena. Intel ha publicado un documento en formato PDF que explica en términos muy gráficos y sencillos cómo se lleva a cabo la fabricación de un chip, desde un puñado de arena hasta los procesadores que tenemos instalados en nuestros ordenadores.
La fabricación de un chip (Historia ilustrada)
                  La fabricación de un chip (Historia ilustrada)
Una de las partes más impresionantes de este proceso es el "lingote" de silicio, que tiene un peso de unos cien kilogramos y que luego es cortado en rodajas muy delgadas llamadas "obleas", para transformarlas en los procesadores de hoy en día. A pesar de trabajar con un material que tiene una pureza tan alta, la oblea de silicio es apenas uno de los primeros eslabones en una larga cadena de tratamientos que le darán forma a los miles de millones de transistores que son parte de un procesador. Las obleas han aumentado su tamaño con el paso de los años, permitiendo costos de fabricación más bajos, precios más accesibles y una mayor producción, aunque actualmente el salto teórico de los 300 milímetros a los 450 milímetros enfrenta una gran resistencia por parte de los fabricantes, debido al aumento en los costos de la maquinaria necesaria para obtener lingotes y obleas adecuadas.
Este documento, además de dejar en claro cuáles son los pasos más importantes en el proceso de fabricación de un chip, nos demuestra también por qué algunos modelos son tan caros cuando recién salen al mercado. El silicio no es lo único que interviene en la creación de un chip, y no sólo estamos hablando de materiales. Los metales necesarios, la gente que se ha esforzado para diseñar estas maravillas, la energía que se consume durante la fabricación, las personas involucradas en fases como el empaquetado, el transporte y la distribución, y en el caso de fabricantes OEM, aquellos que colocan estos mismos chips en los ordenadores que compramos en cualquier tienda. Tarde o temprano, los costos de fabricación terminan bajando y abren paso a diseños más complejos y poderosos, pero nunca está de más el saber que el camino de un chip es mucho más arduo y costoso de lo que nosotros, los usuarios, podemos imaginar.

Fabricacion de placas de circuitos electronicos



https://www.youtube.com/watch?v=LqaRELYZ1yE  

¿Cómo funciona un chip?


En los chips se almacena y procesa la información. El microprocesador es el chip central, que controla la computadora y dentro del cual funciona la unidad aritmético-lógica. La unidad de control coordina el funcionamiento de los componentes de la computadora. Los registros de entrada y salida son unidades de memoria de menor tamaño que la memoria central, que guardan los datos y resultados con los que funciona la unidad aritmético-lógica. Todos están unidos por buses internos. Hay tres tipos de buses: los de direcciones, los de control y los de datos. 

Para qué se utilizan los chips

Inicialmente, las computadoras funcionaban con válvulas similares a las lamparitas eléctricas. Cuando, en la década de los 50 se introdujeron los transistores (dispositivos del tamaño de un garbanzo, construidos con materiales como el silicio o el geranio), se redujeron significativamente las dimensiones de las computadoras. Las primeras habían sido de tamaño gigantesco. Un nuevo avance se registró cuando el transistor fue reemplazado, en los años 70, por los chips de silicio, también denominados microchips. Estos minúsculos discos, de apenas pocos milímetros de diámetro, cumplen las funciones de millones de transistores. Cada uno de ellos cuenta con su propia unidad central de procesamiento, con memoria y con áreas de entrada y salida de la información. Dentro de una computadora, los microchips para la memoria y el procesamiento de datos están colocados sobre un tablero y conectados por hilos de cobre.

Clasificación

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 amplificadoresosciladores o inclusoreceptores 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.

Tipos

Existen al menos tres tipos de circuitos integrados:

  • Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanioarseniuro 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, transistoresdiodos, 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.