Circuit integrat

Circuit integrat

Un microchip

Un circuit integrat (CI), també conegut com a chip o microchip, és una estructura de chicotetes dimensions de material semiconductor, habitualment silici, d'alguns milímetros quadrats d'àrea, sobre la que es fabriquen circuits electrònics generalment per mig de fotolitografía i que està protegida dins d'un encapsulado plàstic o de ceràmica. El encapsulado posseïx conductors metàlics apropiats per a fer conexió entre el circuit integrat i un circuit imprés.

Els CI es varen fer possibles gràcies a descobriments experimentals que mostraven que artefactes semiconductors podien realisar les funcions dels tubos de buit, aixina com als alvanços científics de la fabricació de semiconductors a mitan de el XX. L'integració de grans cantitats de chicotets transistors dins d'un chicotet espai va ser un gran alvanç en l'elaboració manual de circuits utilisant components electrònics discrets. La capacitat de producció massiva dels circuits integrats, aixina com la fiabilitat i acostament a la construcció d'un diagrama a blocs en circuits, assegurava la ràpida adopció dels circuits integrats estandardisats en lloc de dissenys utilisant transistors discrets.

Els CI tenen dos principals ventages sobre els circuits discrets: cost i rendiment. El baix cost és pels chips; ya que posseïx tots els seus components impresos en una unitat de fotolitografía en lloc de ser construïts un transistor al mateix temps. Més encara, els CI empaquetats usen molt manco material que els circuits discrets. El rendiment és alt ya que els components dels CI canvien ràpidament i consumixen poca potència (comparat les seues contrapartes discretes) com a resultat del seu chicotet tamany i proximitat de tots els seus components. Des de 2012, l'interval d'àrea de chips típics és des d'uns pocs milímetros quadrats a al voltant de 450 mm², en fins a nou millons de transistors per mm².

Circuits integrats de memòria EPROM en una finestra de cristal de cuarzo que possibilita el seu borrat per mig de radiació ultravioleta.

Els circuits integrats són usats en pràcticament tots els equips electrònics hui en dia, i han revolucionat el món de l'electrònica, computadores, teléfons mòvils i atres dispositius electrònics que són part indispensable de les societats modernes, són possibles gràcies als baixos costs dels circuits integrats.

Història

Geoffrey Dummer en els anys 1950

El 15 d'abril de 1949, l'ingenier alemà Werner Jacobi (Siemens AG) completa la primera solicitut de palesa per a circuits integrats en dispositius amplificadors de semiconductors. Jacobi va realisar una típica aplicació industrial per al seu palés, la qual no va ser registrada.

Més vesprada, l'integració de circuits va ser conceptualizada pel científic de radars Geoffrey Dummer (1909-2002), que estava treballant per a la Royal Radar Establishment del Ministeri de Defensa Britànic, a finals de la década de 1940 i principis de la década de 1950.

Recent amprat per Texas Instruments, Jack S. Kilby va registrar les seues idees inicials sobre el circuit integrat en juliol de 1958, demostrant en èxit el primer eixemple integrat de treball el 12 de setembre de 1958. En la seua solicitut de palesa del 6 de febrer de 1959, Kilby va descriure el seu nou dispositiu com «un cos de material semiconductor [...] en el que tots els components del circuit electrònic estan completament integrats». Es tractava d'un dispositiu de germani que integrava sis transistors en una mateixa base semiconductora per a formar un oscilador de rotació de fase. El primer client de la nova invenció va ser la Força Aérea dels Estats Units.

En l'any 2000 Kilby va ser guardonat en el Premi Nobel de Física per l'enorme contribució del seu invent al desenroll de la tecnologia.

Robert Noyce va desenrollar el seu propi circuit integrat, que va patentar uns sis mesos despuix. Ademés va resoldre alguns problemes pràctics que posseïa el circuit de Kilby, com el de l'interconexió de tots els components; en simplificar l'estructura del chip per mig de l'adició de metal en una capa final i l'eliminació d'algunes de les conexions, el circuit integrat es va fer més adequat per a la seua producció en massa. Ademés de ser un dels pioners del circuit integrat, Robert Noyce també va ser un dels cofundadores d'Intel Corporation, un dels majors fabricants de circuits integrats del món.

Els circuits integrats es troben en tots els aparats electrònics moderns, tals com a rellonges, automòvils, televisors, reproductors MP3, teléfons mòvils, computadores, equips mèdics, etc.

El desenroll dels circuits integrats va ser possible gràcies a descobriments experimentals que varen demostrar que els semiconductors, particularment els transistors, poden realisar algunes de les funcions de les vàlvules de buit.

L'integració de grans cantitats de diminuts transistors en chicotets chips va ser un enorme alvanç sobre l'ensamblage manual dels tubos de buit (vàlvules) i en la fabricació de circuits electrònics utilisant components discrets.

La capacitat de producció massiva de circuits integrats, la seua confiabilidad i la facilitat d'agregar-los complexitat, va dur a la seua estandardisació, reemplaçant circuits complets en dissenys que utilisaven transistors discrets, i ademés, duent ràpidament a l'obsolescència a les vàlvules o tubos de buit.

Són tres les ventages més importants que tenen els circuits integrats sobre els circuits electrònics construïts en components discrets: el seu menor cost; el seu major eficiència energètica i el seu reduït tamany. El baix cost es deu a que els CI són fabricats sent impresos com una sola peça per fotolitografía a partir d'una oblea, generalment de silici, permetent la producció en cadena de grans cantitats, en una molt baixa taxa de defectes. L'elevada eficiència es deu a que, donada la miniaturisació de tots els seus components, el consum d'energia és considerablement menor, a iguals condicions de funcionament que un circuit electrònic homòlec fabricat en components discrets. Finalment, el més notable atribut, és el seu reduït tamany en relació en els circuits discrets; per a ilustrar açò: un circuit integrat pot contindre des de mills fins a varis millons de transistors en uns pocs milímetros quadrats.

Els alvanços que varen fer possible el circuit integrat han segut, fonamentalment, els desenrolls en la fabricació de dispositius semiconductors a mitan de el XX i els descobriments experimentals que varen mostrar que estos dispositius podien reemplaçar les funcions de les vàlvules o tubos de buit, que es varen tornar ràpidament obsolets al no poder competir en el chicotet tamany, el consum d'energia moderat, els temps de conmutaació mínims, la confiabilidad, la capacitat de producció en massa i la versatilitat dels CI.

Entre els circuits integrats més complexos i alvançats es troben els microprocessadors, que controlen numerosos aparats, des de teléfons mòvils i forn de microones fins a computadoras. Els chips de memòries digitals són una atra família de circuits integrats, d'importància crucial per a la moderna societat de l'informació. Mentres que el cost de dissenyar i desenrollar un circuit integrat complex és prou alt, quan es repartix entre millons d'unitats de producció, el cost individual dels CI per lo general es reduïx al mínim. L'eficiència dels CI és alta degut a que el chicotet tamany dels chips permet curtes conexions que possibiliten l'utilisació de llògica de baix consum (com és el cas de CMOS), i en altes velocitats de conmutaació.

A mida que transcorren els anys, els circuits integrats van evolucionant: es fabriquen en tamanys cada volta més chicotets, en millors característiques i prestacions, milloren la seua eficiència i la seua eficàcia, i es permet aixina que major cantitat d'elements siguen empaquetats (integrats) en un mateix chip (vore la llei de Moore). A el hora que el tamany es reduïx, atres qualitats també milloren (el cost i el consum d'energia disminuïxen, i al mateix temps aumenta el rendiment). Encara que estos guanys són aparentment per a l'usuari final, existix una feroç competència entre els fabricants per a utilisar geometria cada volta més primes. Este procés, i lo esperat per als pròxims anys, està molt ben descrit per l'International Technology Roadmap for Semiconductors.

Crisis dels microprocessadors

vore Escassea global de chips (2020-2023)

El confinament mundial derivat de la pandèmia de el COVID-19 en l'any 2020 va provocar un aument sense precedents en la demanda de microprocessadors, lo que va colapsar l'indústria mundial aumentant el preu dels microchips. Decenes de fàbriques que depenen dels microprocessadors varen retardar la seua producció o varen tancar temporalment.

L'indústria dels microchips s'enfronta a un atre important obstàcul: la Llei de Moore, que segons alguns especialistes estaria escomençant a fallar. A partir de 2010 el ritme de l'innovació va començar a ralentisar-se. En 2015 el CEO d'Intel, Bryant Krzanich, va reconéixer que hi havia una discontinuitat a el hora de miniaturizar els components de manera rendable. Per a fabricar un microchip d'última generació es requerix d'una tecnologia molt cara i complexa, la “litografia ultravioleta extrema”.

Popularitat

Solament ha transcorregut mig sigle des de que es va iniciar el seu desenroll i els circuits integrats s'han tornat casi omnipresents. Computadoras, teléfons mòvils i atres aplicacions digitals són ara partix de les societats modernes. l'informàtica, les comunicacions, la manufactura i els sistemes de transport, incloent Internet, tots depenen de l'existència dels circuits integrats. De fet, molts estudiosos pensen que la revolució digital causada pels circuits integrats és un dels successos més significatius de l'història de l'humanitat.

Vore també

• Amplificador electrònic
• Transistor
• Etiqueta RFID
• Complementary metal oxide semiconductor
• Transistor d'unió bipolar
• Fabricació de circuits integrats