Circuitos Integrados o Chips


El circuito Integrado (IC), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una cantidad enorme de dispositivos microelectrónicas interactuados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores.

El primer circuito integrado o chip 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 de vacío”, las lámparas usadas en radio y televisión y el transistor de germanio (Ge).

el primer chip inventado por Jack Kilby en 1958

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.

Existen dos ventajas principales de los circuitos integrados sobre los circuitos convencionales el coste y el 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.

dibujo basico de la estructura interna de un chip
Estructura interna de los Chip

Existen tres tipos de circuitos integrados

Circuito Monolítico

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 mono-cristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.

Circuito híbrido de capa fina

Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica.

Muchos conversores A/D – D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.

Circuito híbrido de capa gruesa

Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula (dices), 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, tanto en cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la disipación de potencia que necesiten.

En muchos casos, la cápsula no está “moldeada”, sino que simplemente consiste en una resina epoxi que protege el circuito.

En el mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de 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 clasifican en:

  • SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: inferior a 12.
  • MSI (Medium Scale Integration) medio: 12 a 99.
  • LSI (Large Scale Integration) grande: 100 a 9999.
  • VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10 000 a 99 999.
  • ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: igual o superior a 100 000.

En cuanto a las funciones integradas, existen dos clasificaciones fundamentales de circuitos integrados (IC):

Circuito integrado o chip analógico

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

El circuito integrado o chip analógico es de una familia bastante grande, aquí te detallamos algunos tipo que te puedes encontrar.

Amplificadores lineales

amplificador operacional ua741cn

Los transistores se usan en la zona activa en lugar de saturación y corte como los digitales. Se usan en instrumentación, sensores, comunicaciones, audio, video, pantallas táctiles, etc.

identificación de los pines del amplificador operacional 741
identificación de los pines del UA741

Filtros integrados

Los componentes R-L-C están cortados con láser para lograr una calibración imposible de obtener con componentes discretos. Se usan en todo tipo de aplicaciones de comunicaciones, sonido y video, en especial para frecuencias por encima de la capacidad de un procesador o DSP, por ejemplo radares, radio, Wifi. etc.

Osciladores

Osciladores variables controlados por voltaje (VCO), combinados con un PLL y un elemento resonante (cristal o filtro L-C) que completa el lazo. Tienen salida de distintas forma de onda: triangular, cuadrada, senoidal, etc.

identificación de los pines del LM555CN (temporizador universal)
identificación de los pines del LM555CN

Se usan en cualquier sistema que use una señal de reloj o una señal portadora: CPUs, radios, generadores de señales, tarjetas de sonido, música electrónica, controladoras de pantallas, etc.

Antenas integradas

De tipo stripline o slot, recortadas con láser y encapsuladas en resina, con filtros adaptadores de impedancia integrados. Se usan en GPS y gadgets inalámbricos donde no hay espacio para ser una antena discreta.

Sensores

Acelerómetros, presostatos, giroscopios, sensores de temperatura, o magnetómetros y sensores de video. Aunque muchos incluyen bloques digitales (interfaz serial ,memoria y registros de configuración), todos se basan en transductores analógicos en miniatura.

Reguladores lineales

Regulador de voltaje negativo L7905CV
Regulador voltaje L7905CV

Amplificadores lineales con feedback, con el elemento activo (transistor) de mayor tamaño para manejar mayores potencias. Se usan en reguladores de voltaje y corriente.

Radios integradas

Contienen varios bloques de diseño de un transmisor o receptor de radio: osciladores locales, filtros de frecuencia intermedia, amplificadores FET, sintonizadores, y a veces AGC (control automático de ganancia). Se usan en radios, teléfonos inalámbricos, celulares y adaptadores de Wifi o Bluetooth.

Diplexores

Sirven para usar una misma antena como transmisora y receptora. Como las potencias de entrada y salida son muy distintas, es imposible conectar todo en “Y” porque el transmisor destruye su propio receptor. El diplexor es como un switch que desconecta el receptor cuando detecta una señal desde el transmisor. Es fácil adivinar sus aplicaciones: radios, celulares, teléfonos inalámbricos, Wifi, etc.

Switchers de potencia

Encapsulado TSSOP-8 del MOSFET 8205a
Encapsulado TSSOP-8 del 8205A

Son el elemento activo de reguladores switching, con una entrada de feedback, oscilador interno o externo, y un switch (MOSFET) integrado, o una salida para controlar un transistor externo. Incluyen circuitos capacitivos bootstrap, para poder controlar un switch que trabaje a un voltaje mayor al del integrado, y una referencia de voltaje interna. Se usan en cualquier regulador de voltaje/corriente, fuentes de poder de CPUs, cargadores de baterías, ballasts de LEDs o de luces HID de vehículos, y en casi todo lo que se enchufe a la pared sin transformador.

Circuitos integrados digitales

Pueden ser desde básicas puertas lógicas hasta los más complicados microprocesadores. Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema.

Varios chips con tipos de encapsulados diferentes
Tipos de encapsulados existentes

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.

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