Quais são os diferentes tipos de circuitos integrados?

¿Cuáles son los diferentes tipos de circuitos integrados?

Los circuitos integrados (CI) son sinónimos de electrónica. Dondequiera que haya un dispositivo electrónico, definitivamente hay uno o más circuitos integrados. No hay electrónica sin circuitos integrados. La electrónica se ha vuelto tan popular, ampliamente aceptada y aplicable en todas partes, todo gracias a la invención de los circuitos integrados. Los circuitos integrados son la integración miniaturizada de circuitos electrónicos completos en un único chip semiconductor. Los circuitos integrados se fabrican mediante procesos de fabricación rigurosos y complejos. Esta es la razón por la que los circuitos integrados son altamente confiables, adecuados para la producción a gran escala, tienen circuitos grandes en dimensiones extremadamente pequeñas, consumen menos energía y pueden operar a alta frecuencia y velocidad.

¿Qué es un circuito integrado?

La idea de los circuitos integrados se contempló por primera vez cuando se inventaron los transistores. Convencionalmente, los circuitos electrónicos se producían ensamblando diferentes componentes discretos e interconectándolos en un prototipo o placa de circuito impreso. Con la introducción de los transistores, la tecnología de los semiconductores dio un gran salto adelante y los investigadores comenzaron a encontrar formas de colocar no sólo transistores sino circuitos electrónicos completos en una sola oblea de silicio. Esto fue solo el comienzo.

El número de transistores y otros componentes electrónicos que pueden fabricarse e interconectarse en una sola oblea de silicio ha comenzado a aumentar rápidamente, casi duplicándose cada dos años. Esto se conoce popularmente como Ley de Moore. Desde que en 1965 se predijo la ley de Moore, sigue siendo aplicable hoy en 2021. Actualmente, los circuitos integrados son microscópicos o nanocircuitos integrados en un único chip semiconductor. El corazón de cualquier circuito integrado es un troquel en el que se fabrica un circuito electrónico completo y funcional a gran escala. Las conexiones salen de este circuito microscópico y se colocan en una matriz compacta como parte del paquete del CI.

A diferencia de los circuitos discretos, los componentes fabricados en un IC no se pueden desmontar ni reemplazar. El circuito permanece integrado como una sola unidad y no puede modificarse. Por eso estos circuitos microscópicos sobre datos pequeños se denominan circuitos integrados.

Tipos de circuitos integrados

Los circuitos integrados son una forma compleja de electrónica. Vienen en una amplia gama de características, empaques, aplicaciones y complejidades. Aún así, es posible clasificar de alguna manera varios circuitos integrados basándose en algunos factores de clasificación amplios.

Cualquier circuito integrado es básicamente una miniaturización de un circuito electrónico integrado. Por tanto, la escala a la que se logra la miniaturización es un criterio para clasificar los chips CI. Esto está determinado por la cantidad de transistores o puertas lógicas que se integran en un solo IC. Según el tamaño del chip, los circuitos integrados se clasifican de la siguiente manera:

  1. Integración a pequeña escala
  2. Integración a mediana escala
  3. Integración a gran escala
  4. Integración a gran escala
  5. Integración a gran escala

Otro factor por el que se clasifican los circuitos integrados es el tipo de circuito. Después de todo, la electrónica se trata de señales. Según el tipo de señal, los circuitos integrados se clasifican de la siguiente manera:

  1. Circuitos integrados digitales
  2. circuitos integrados analógicos
  3. Circuitos integrados de señal mixta

Una tercera forma de clasificar los circuitos integrados es por su técnica de fabricación. En base a esto, los circuitos integrados se clasifican de la siguiente manera:

  1. Circuitos integrados de película delgada y gruesa
  2. Circuitos integrados monolíticos
  3. CI híbridos/multichip

Clasificación de circuitos integrados según el tamaño del chip

La escala de integración siempre ha sido la inspiración y aspiración de la industria de los semiconductores. La escala de integración denota el número de transistores o puertas integradas en un solo chip. En base a esto, los circuitos integrados son del siguiente tipo:

Integración a pequeña escala : en los primeros días de la tecnología de circuitos integrados, de 1961 a 1965, los circuitos integrados sólo tenían unos pocos componentes integrados en un chip, normalmente de 2 a 10 transistores. Actualmente, los circuitos integrados con entre 10 y 100 transistores en un solo chip, que forman entre 3 y 30 puertas en el chip, se clasifican como circuitos integrados de integración a pequeña escala. Estos circuitos integrados se utilizan para fabricar flip-flops y circuitos integrados de puertas lógicas.

Integración a escala media : el siguiente nivel superior de integración de circuitos integrados es la escala media, en la que normalmente se fabrican en un solo chip de 100 a 1000 transistores, que forman de 30 a 300 puertas lógicas por chip. La tecnología de integración a mediana escala fue prominente entre 1966 y 1971. Esta tecnología se utiliza para fabricar multiplexores, decodificadores, contadores y registros.

Integración a gran escala : de 1971 a 1979, la tecnología de integración a gran escala (LSI) reemplazó a la tecnología MSI. En la integración a gran escala, se fabrican miles de transistores (normalmente entre 1.000 y 20.000 transistores, lo que da como resultado entre 300 y 3.000 puertas por chip) en un solo chip. Esta tecnología se utiliza para fabricar RAM, ROM y microprocesadores.

Integración a gran escala : de 1980 a 1984 se logró la integración a gran escala (VLSI). En la tecnología VLSI, se fabrican decenas de miles de transistores (normalmente entre 20.000 y 50.000 transistores que forman 3.000 puertas por chip) en un solo troquel. Esta tecnología se utiliza para diseñar procesadores de señales digitales (DSP) de 16 y 32 bits, procesadores RISC, microprocesadores y microcontroladores.

Integración a escala ultragrande : desde 1984 y hasta ahora, se ha logrado la integración a escala ultragrande (ULSI). En la tecnología ULSI, se fabrican entre 50.000 y miles de millones de transistores en un solo chip. La tecnología ULSI se utiliza principalmente para diseñar microprocesadores y controladores de 64 bits y superiores.

El futuro de la escala de integración de circuitos integrados reside en la nanotecnología. La Ley de Moore sigue siendo válida a pesar del aumento de los costes de investigación y desarrollo. Los fabricantes de semiconductores todavía esperan, y probablemente siempre puedan hacerlo, alcanzar un nivel de integración aún mayor. Las aplicaciones electrónicas modernas (inteligencia artificial, aprendizaje automático, aprendizaje profundo, computación en la nube, IoT, AIoT, realidad aumentada, realidad mixta, realidad holográfica, supercomputación, computación científica, etc.) exigen cada vez más memoria y también potencia computacional. . Es posible que la industria de los semiconductores nunca alcance un punto de saturación y que el nivel de integración nunca llegue a su fin.

Clasificación basada en el tipo de señal

La electrónica tiene que ver con el procesamiento de señales. Así, todos los circuitos electrónicos, así como los circuitos integrados, se clasifican en los siguientes tipos:

Circuitos integrados analógicos/lineales : estos circuitos integrados están diseñados para procesar señales continuas. En estos circuitos integrados, la entrada y la salida tienen una relación lineal. Estos circuitos integrados están diseñados para aplicaciones como amplificadores operacionales, amplificadores diferenciales, temporizadores, sensores, reguladores de voltaje, multiplicadores analógicos, bucles de bloqueo de fase, moduladores, demoduladores, filtros de audio, etc.

Circuitos integrados digitales : estos circuitos integrados están diseñados para procesar señales digitales, es decir, 0 o 1, ALTO o BAJO, ENCENDIDO o APAGADO. Estos circuitos integrados tienen entradas lógicas y generan una u otra función lógica. Los circuitos integrados digitales son los principales productos de la industria de los semiconductores. Estos circuitos integrados están diseñados para aplicaciones como flip-flops, puertas lógicas, contadores, registros, multiplexores, decodificadores, codificadores, microprocesadores y microcontroladores.

Circuitos integrados de señales mixtas : estos circuitos integrados están diseñados para procesar combinaciones de señales analógicas y digitales. Estos son los más complejos de diseñar, ya que los circuitos analógicos y digitales tienen diferentes requisitos de energía, niveles de señal y funcionamiento. Estos circuitos integrados están diseñados para aplicaciones como conversión de analógico a digital, conversión de digital a analógico, Ethernet, radio y administración de energía.

Clasificación basada en la fabricación.

La tecnología IC es el núcleo de la electrónica. Los circuitos integrados son posibles gracias a varios procesos de fabricación rigurosos. Según la técnica de fabricación, los circuitos integrados son del siguiente tipo:

Circuitos integrados de película delgada y gruesa : en este tipo de circuitos integrados, los componentes pasivos se fabrican en el chip, mientras que los transistores y diodos se conectan como componentes separados para formar un único circuito electrónico completo. Estos circuitos integrados son básicamente una combinación de componentes integrados y discretos en un solo paquete que ofrece una función unificada. En la tecnología de película delgada, los componentes pasivos, como resistencias y condensadores, se fabrican en el CI depositando una película de material conductor sobre un sustrato de vidrio o cerámica. Al variar el espesor del material conductor, se controlan las propiedades eléctricas pasivas como la resistividad y la capacitancia. En la tecnología de película gruesa, los componentes pasivos deseados se fabrican depositando material conductor mediante la técnica de impresión de seda sobre un sustrato cerámico. En esta técnica, las conexiones de los circuitos se realizan mediante pastas conductoras o dieléctricas y se utiliza una malla de alambres de acero inoxidable como pantalla. Después de imprimir el circuito sobre un sustrato cerámico, se cuece en un horno a altas temperaturas para infundir el circuito en la matriz.

Circuitos integrados monolíticos : en un circuito integrado monolítico, todos los componentes pasivos, activos y discretos se fabrican en un único cristal de silicio. Estos son los tipos de circuitos integrados más comunes que se utilizan en la actualidad. Son fáciles de producir y de funcionamiento muy fiable. Aunque esta es la técnica de fabricación de circuitos integrados más adoptada, todavía enfrenta muchos desafíos prácticos. Los más notables de estos desafíos son el aislamiento deficiente, la potencia limitada y el ruido de la señal.

Circuitos integrados híbridos/multichip : en este tipo de circuitos integrados, más de un chip individual está interconectado en un solo paquete. Los componentes activos, como transistores y diodos, y componentes pasivos, como resistencias y condensadores, se difunden en el chip y se interconectan a través de conexiones metálicas. Estos circuitos integrados se utilizan principalmente para aplicaciones de alta potencia (5 W a 50 W) o aplicaciones de alto rendimiento. Los circuitos integrados híbridos son mejores en tecnología y diseño en comparación con los circuitos integrados monolíticos.

Conclusión

Los circuitos integrados son el núcleo de la electrónica. En este artículo, solo cubrimos clasificaciones simples de circuitos integrados modernos. Esto sólo cubre una pequeña parte de las tecnologías IC. Los procesos de diseño y fabricación de circuitos integrados son temas infinitos. Hay mucho más que saber sobre los circuitos integrados. El futuro de los circuitos integrados está en la nanoelectrónica. Es otro tema vasto y fascinante.

contenido relacionado

Regresar al blog

Deja un comentario

Ten en cuenta que los comentarios deben aprobarse antes de que se publiquen.