Circuitos del mes de mayo Circuitos Integrados

Titulo: Circuitos Integrados

1.   Objetivo

Que el lector tenga la noción de los circuitos integrado además de poder hacer un correcta identificación mediante su uso y características principales.

2.   Definición de un circuito integrado

El circuito Integrado (IC), 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.

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.
Un pequeño chip sustituye a un circuito de gran tamaño

Código de Identificación

Marcas

Circuito Miniaturizado

 Chip de Silicio

Estructura de un Chip

Existen tres tipos de circuitos integrados:

-Circuito monolítico: 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. 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.

-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: circuito-integrado-de-control-de-motor-60190-2801781

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):

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

-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. 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.

• 3.   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: Evacuación del calor

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 calor producen, 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 las de sus contrapartidas discretas.
Resistencias. 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 uA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
Bobinas. Sólo se usan en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran.

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.

• 4.   Ejemplos de circuitos integrados

• 
  
• Comparador ( LM741, LM311...) .Se emplea para comparar el nivel de dos señales . Podemos, por ejemplo, activar un ventilador si se supera una determinada temperatura.

• Regulador de tensión (7805, 7806, 7809...) . Se utiliza cuando es necesario obtener una tensión continua a partir de la tensión alterna de la red eléctrica .

Datasheet

Antes de trabajar con los componentes electrónicos de un tipo específico de circuito integrado (IC), debe descargar una copia de la hoja de datos para la IC. Una hoja de datos del IC contiene mucha información útil. Además de información básica como el nombre del fabricante y el número de pieza del IC, usted encontrará información tales como:

Una descripción de lo que hace el circuito.

Pinout detalladas descripciones que decirte el propósito de cada pin.

Diagrama de los circuitos internos de la viruta. Para los circuitos simples, usted puede conseguir el diagrama detallado todo. Para los chips más complicados, obtendrás un diagrama conceptual en lugar de un esquema detallado.

Detallada las especificaciones eléctricas, tales como tensión máxima que se puede alimentar el circuito mediante el pin VCC o las cargas máximas actuales para salida de pines.

Condiciones de funcionamiento tales como temperaturas máximas y mínimas.

Tablas y gráficos que ilustran el comportamiento de los circuitos para dife

rentes condiciones de operación.

Fórmulas para el cálculo de características de funcionamiento del circuito. Por ejemplo, si el funcionamiento del circuito depende de un circuito externo de RC (resistorcapacitor), obtendrá las fórmulas para el cálculo de cómo estos componentes externos afectarán el funcionamiento del circuito.

Diagramas de circuitos de muestra.

Descripciones mecánicas incluyendo dimensiones

• 6.   Cuestionario

Ø  ¿Qué es un circuito integrado?

• Es una pastilla o chip muy delgado  en la que se encuentra internamente dispositivos microelectronicos.

• Que elementos puede contener un chip

Condensador, Resistencia, Transitor y Diodo

¿Cuáles son las dos ventajas de un circuito integrado?

• bajo coste
• Rendimiento

 ¿Cuantos tipos de circuitos integrados existen?

• 3

¿Cuáles son?

• ·        Monolítico
• ·        Hibrido de capa gruesa
•  Híbrido de capa fina 

• Porque son importantes los Chips?

Son dispositivos que han venido hacer mas practico y facil el trabajo ya que en ellos hay elementos que son necesario ademas de reducir el espacio que ocupan y sobre todo costos.

• Cual es el material mas común, que utilizan para crear este dispositivo?

Silicio

• Cuales son las limitaciones de los Circuitos integrados?

resistencias- bobina- condensadores

• Que es un "Datasheet" ?

Es una hoja que contiene datos acerca de los circuitos integrados que se utilizan, ademas de especificar su funcionamiento,Además de información básica como el nombre del fabricante y el número de pieza del IC

• ¿Que es un pinout?

 Es la descripción de cada pin y esto nos ayuda ademas a saber tales como tensión máxima que se puede alimentar el circuito mediante el pin VCC o las cargas máximas actuales para salida de pines. la temperatura adecuada  y obviamente su funcionamiento ademas de facilitar la lectura mas compleja de algunos circuitos integrados.

7.   Bibliografia

1.  http://www.mundodigital.net/la-historia-de-los-circuitos-integrados/
2. http://roble.pntic.mec.es/jlop0164/archivos/chip.pdf