THE COMPUTER

 

INTRODUCCIÓN

 

El presente trabajo trata sobre la estructura y función de los Circuitos Integrados.

 

  En el desarrollo del presente trabajo se hizo uso de una Investigación bibliográfica en libros, revistas, obras generales o Enciclopedias, Tesis e Internet. También se utilizó la elaboración de Mapas Conceptuales, figuras. Tablas, imágenes, etc.

 

  Este proyecto de Investigación tiene como contenido los antecedentes históricos de los Circuitos Integrados, su definición, la forma en que son fabricados, el material del cual están hechos, clasificación de acuerdo a su estructura y función; funciones de los circuitos integrados, el uso de estos y las ramas que abarca el uso de los circuitos integrados.

 

  La importancia de este trabajo radica en la gran utilización que presentan los Circuitos Integrados en la electrónica y en la fabricación de cualquier aparato nuevo. Otro detalle muy importante es que los Circuitos Integrados son uno de los dispositivos más importantes en la electrónica ya que si no fuera por ellos; no contaríamos con la tecnología que actualmente poseemos. La razón de su uso es por su tamaño; ya que estos circuitos pueden contener miles de transistores y otros componentes como resistencias, diodos, resistores, capacitadores, etc.; y medir solamente unos centímetros.

 

  Los ordenadores comúnmente llamados computadoras o Pc utilizan esta característica de los Circuitos Integrados ya que todas las funciones lógicas y aritméticas de una computadora pueden ser procesadas por un solo chip a gran escala llamado Microprocesador o cerebro de la computadora.

 

Los objetivos logrados con el desarrollo de este trabajo fueron Conocer la historia de los circuitos integrados, como y cuando surgieron, saber los materiales del cual están hechos, conocer un poco sobre como se construyen, saber para que sirven, donde son utilizados, conocer las funciones que realizan en los aparatos y/o sistemas.

 

 INTRODUCCIÓN A LOS CIRCUITOS INTEGRADOS

 

  Como todos sabemos los Circuitos Integrados son unos pequeños circuitos electrónicos fabricados con una función específica como pueden ser: Operaciones Aritméticas, funciones lógicas, amplificación, codificación, decodificación, controladores, etc.

 

  Estos Circuitos Integrados por lo general se combinan para formar sistemas mucho mas complejos que pueden ser desde una calculadora, un reloj digital, un videojuego, hasta una computadora, etc.

 

 

 

Se fabrican mediante la difusión de impurezas en silicio mono cristalino, que sirve como material semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con un haz de flujo de electrones.

 

  La característica más notable de un Circuito Integrado es su tamaño; ya que puede contener 275, 000 transistores, además de una multitud de otros componentes como son transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, y medir desde menos de un centímetro a poco mas de tres centímetros.

 

Otra de las características de los circuitos integrados es que rara vez se pueden reparar; es decir si un solo componente de un circuito integrado llegara a fallar, se tendría que cambiar la estructura completa; esto se debe al tamaño diminuto y los miles de componentes que poseen.

 

 Que son los Circuitos Integrados

 

 Un circuito integrado o (ci ) es aquel en el cual todos los componentes, incluyendo transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, se fabrican e interconectan completamente sobre un chip o pastilla semiconductor de silicio.

 

 Una vez procesado, el chip se encierra en una cápsula plástica o de cerámica que contiene los pines de conexión a los circuitos externos.

 

 Los chips digitales más pequeños contienen varios componentes sencillos como compuertas, inversores y flip-tops. Los más grandes contienen circuitos y sistemas completos como contadores, memorias, microprocesadores, etc. La mayoría de los circuitos integrados digitales vienen en presentación tipo vip (dual in-line package) o de doble hilera. Los ci mas comunes tipo vip son los de 8, 14, 16,24, 40 y 64 pines.

 

   En la cápsula trae impresa la información respecto al fabricante, la referencia del dispositivo y la fecha de fabricación.

 

 Además del tipo vip, existen otras presentaciones comunes de los circuitos integrados digitales como la cápsula metálica, la plana y la " chip carrier". Existen circuitos integrados que utilizan cápsulas smt o de montaje superficial, smt son casi 4 veces mas pequeños que los vip .

 

  La tecnología smt (surface-mount technology) es la que ha permitido obtener calculadoras del tamaño de una tarjeta de crédito.

 

 

 

Historia de los Circuitos Integrados.

 

La introducción de los tubos de vacío a comienzos del siglo XX propició el rápido crecimiento de la electrónica moderna. Con estos dispositivos se hizo posible la manipulación de señales, algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos y telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión para generar ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío pudieron amplificarse las señales de radio y de sonido débiles, y además podían superponerse señales de sonido a las ondas de radio. El desarrollo de una amplia variedad de tubos, diseñados para funciones especializadas, posibilitó el rápido avance de la tecnología de comunicación radial antes de la II Guerra Mundial, y el desarrollo de las primeras computadoras, durante la guerra y poco después de ella.

 

 

 

Hoy día, el transistor, inventado en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo de vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un costo, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Los progresos subsiguientes en la tecnología de semiconductores, atribuible en parte a la intensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de exploración del espacio, llevó al desarrollo, en la década de 1970, del circuito integrado. Estos dispositivos pueden contener centenares de miles de transistores en un pequeño trozo de material, permitiendo la construcción de circuitos electrónicos complejos, como los de los microordenadores o microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites de comunicaciones.

 

 

 

El primer circuito Integrado fue creado por Jack Kilby en la empresa Texas Instruments en el año de 1959; poco más de una década después de la invención del transistor en los laboratorios Bell en 1947.

 

 

 

A partir de 1966 los Circuitos Integrados comenzaron a fabricarse por millones y en la actualidad se considera una pieza esencial en los aparatos electrónicos.

 

ESTRUCTURA DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS

 

 

 

En este capitulo se dará a conocer la forma en que los circuitos integrados son fabricados, así como los materiales de los cuales están constituidos; también veremos la clasificación de dichos circuitos de acuerdo a su estructura y la clasificación de acuerdo a su función.

 

 Como se fabrican los Circuitos Integrados.

 

  Los Circuitos Integrados digitales disponibles se fabrican a partir de pastillas de silicio. El procesamiento del silicio para obtener CI o chips es relativamente complicado.

 

   El silicio utilizado para la fabricación de chips es de una pureza de orden del 99.9999999%. Una vez sintetizado, el silicio se funde en una atmósfera inerte y se cristaliza en forma de barras cilíndricas de hasta 10cm de diámetro y 1 m de largo.

 

   Cada barra se corta en pastillas de 0.25 a 0.50 mm de espesor y las superficies de estas ultimas se pulen hasta quedar brillantes. Dependiendo de su tamaño, se obtienen varios cientos de circuitos idénticos (chips) sobre ambas superficies mediante un proceso llamado planar, el mismo utilizado para producir transistores en masa..

 

  Para fabricar un chip, las pastillas de silicio se procesan primero para hacer transistores. Una pastilla de silicio por si misma es aislante y no conduce corriente. Los transistores se crean agregando impurezas como fósforo o arsénico a determinadas regiones de la pastilla. Las conexiones se realizan a través de líneas metálicas.

 

  Cada rasgo de forma sobre la pastilla rociando en las regiones seleccionadas un químico protector sensible a la luz llamado photoresist, el cual forma una película muy delgada sobre la superficie de la pastilla. La pastilla es entonces bombardeada con luz, mediante un proyector deslizante muy preciso llamado alineador óptico.

 

   El alineador posee un dispositivo muy pequeño llamado mascara, que evita que la luz incida sobre puntos específicos de la pastilla, cuando la luz alcanza un área determinada de la pastilla elimina el photoresist presente en esa zona. A este proceso se le denomina fotolitografía.

 

  Mediante un proceso de revelado, el químico se deposita en las regiones descubiertas por la luz e ignora las encubiertas por la mascara. Estas ultimas zonas aun permanecen recubiertas de " photoresist".

 

  La precisión del alineador óptico determina que tan fino puede hacerse un rasto. A comienzos de los 70´s, era difícil hacer transistores de menos de 10 micras de tamaño. Ahora, los transistores alcanzan tamaños inferiores a una velocidad de respuesta de los dispositivos.

 

  A continuación, la pastilla se calienta a altas temperaturas; esto origina que el silicio no procesado de la superficie se convierta en oxido de silicio (SiO2). El SiO2 se esparce sobre la superficie de la pastilla y forma sobre la misma una delgada película aislante de unas pocas micras de espesor.

 

  De este modo se obtiene el primer nivel de metalización de chips. Para obtener una nueva capa de metalización, el SiO2 se trata nuevamente con "photoresist" y se expone al alineador óptico, repitiéndose el mismo procedimiento seguido con el silicio del primer nivel.

 

  Las diferentes capas van creciendo una sobre otra formando una estructura parecida a un sándwich, con el SiO2 como el pan y el metal o el silicio dopado como la salchicha, la mayoría de Circuitos Integrados no se hacen con mas de tres capas de metalización.