Circuitos integrados

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CIRCUITOS INTEGRADOS

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CIRCUITOS INTEGRADOS

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CONCEPTO

• Un circuito integrado (CI), también conocido como chip, microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica.

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INVENCIÓN

• El primer circuito integrado fue desarrollado en 1959 por el ingeniero Jack Kilby (1923-2005) pocos meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Se trataba de un dispositivo de germanio que integraba seis transistores en una misma base semiconductora para formar un oscilador de rotación de fase.

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TIPOS• Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo

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

• Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.

• Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia (RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

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CLASIFICACIÓN

• Por el número de componentes de los circuitos integrados se pueden clasificar en:• SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores• MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1. 000 transistores• LSI (Large Scale Integration) grande: 1. 001 a 10. 000 transistores• VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10. 001 a 100. 000 transistores• ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100. 001 a 1. 000. 000

transistores• GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores

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• En cuanto a las funciones integradas, los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:• Circuitos integrados analógicos: Pueden constar

desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta circuitos completos y funcionales, como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.

• Circuitos integrados digitales: Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores. Algunos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema mayor y más complejo con código binario (1 y 0).

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CIRCUITOS INTEGRADOS ANÁLOGOS Los circuitos integrados analógicos

comúnmente constituyen una parte de las fuentes de alimentación, los instrumentos y las comunicaciones.

En estas aplicaciones, los circuitos integrados analógicos amplifican, filtran y modifican señales eléctricas.

En los teléfonos celulares, amplifican y filtran la señal de entrada de la antena del teléfono.

El sonido codificado en la señal tiene un nivel de baja amplitud, después de que el circuito filtra la señal sonora de la señal de entrada, el circuito amplifica la señal de sonido y lo envía al altavoz de tu teléfono celular, lo que le permite escuchar la voz en el otro extremo.

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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES

Los circuitos integrados digitales se utilizan principalmente para construir sistemas informáticos, también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores.

Los circuitos integrados digitales incluyen microprocesadores, micro controladores y circuitos lógicos.

Realizan cálculos matemáticos, dirigen el flujo de datos y toman decisiones basadas en principios lógicos booleanos

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TIPOS DE ENCAPSULADOS• Dentro de los más comunes tenemos:• DIP (Dual in-line package): Los pines se extienden a lo largo del encapsulado (en ambos lados) y

tiene como todos los demás una muesca que indica el pin número 1.• SIP (Single In‐Line Package): Los pines se extienden a lo largo de un solo lado del encapsulado y

se lo monta verticalmente en la placa y aunque esta reducción en la zona de montaje que permite una mayor densidad de montaje, la reducción en los pines implica menos circuitos internos.

• PGA (Pin Grid Array): Los múltiples pines de conexión se sitúan en la parte inferior del encapsulado. Este tipo se utiliza para CPUs de PC y era la principal opción a la hora de considerar la eficiencia pin-capsula-espacio antes de la introducción de BGA. Los PGAs se fabricaron de plástico y cerámica, los de plástico son los más utilizados y los de cerámica son utilizados pocas aplicaciones.

• QFP (Quad Flat Package): Los pines de conexión se extienden a lo largo de los cuatro bordes del CI. Este es en la actualidad el encapsulado de montaje superficial más popular, debido que permite un mayor número de pines.

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TIPOS DE ENCAPSULADO Y OTROS

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OTROS ENCAPSULADOS

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OTROS ENCAPSULADOS

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VENTAJAS

• Los CI tienen dos principales ventajas:• El bajo costo es debido a que posee todos sus componentes impresos

en una unidad de fotolitografía en lugar de ser construidos un transistor a la vez. Más aún, los CI empaquetados usan mucho menos material que los circuitos discretos.

• El rendimiento es alto ya que los componentes de los CI cambian rápidamente y consumen poco poder (comparado sus contrapartes discretas) como resultado de su pequeño tamaño y proximidad de todos sus componentes.

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DESVENTAJAS

• La desventaja que pueden presentar estos circuitos integrados son susceptibles a ser dañados por las altas temperaturas si no son disipados correctamente, otra cosa es que si se daña una de sus funciones hay que reemplazar el circuito completo.

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USOS• El uso de los circuitos integrados

cubre una infinidad de tipos y funciones. Siendo omnipresentes en ordenadores, celulares, counicaciones, manufactura, transporte, internet..

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MODO DE USO Y RECOMENDACIONES

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IDENTIFICACIÓN DE PINES

• Todos los circuitos integrados son polarizados y cada pin es único en término de ubicación y función. Esto significa que el encapsulado debe tener alguna forma para determinar a qué pin corresponde. La mayoría de los circuitos integrados ocupan una hendidura (Notch) o un punto (Dot) para indicar cuál es el primer pin.

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IDENTIFICACIÓN DE PINES

• Una vez que se sabe dónde se encuentra el primer pin, los números de pines restantes incrementan secuencialmente en sentido con las manijas del reloj alrededor del chip.

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C.I. EN LOS PROTOBOARDS• Cada uno de los pines en un circuito integrado

están separados por 0.1″ (2.54mm), lo cual es una separación estándar y es perfecta para poder montarlos en protoboards. • El área entre cada fila de pines está

perfectamente distanciada para permitir que un circuito integrado se monte en el área central de un protoboard. Esto permite que cada uno de los pines tenga su propia fila en el protoboard, y se asegura que estos no hagan cortocircuito el uno con el otro.

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C.I. EN LOS PCB

• Aparte de ser usados en protoboards, los circuitos integrados pueden ser soldados en placas PCB. Se insertan a un lado de la placa y son soldados al otro lado. A veces, en vez de soldarlo directamente al circuito integrado, es buena idea poner un zócalo. Esto permitirá que un circuito integrado se pueda sacar y ser intercambiado si llega a quemarse.

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MANIPULACIÓN DEL CI

• Al comprar algún CI, puede que algunas veces nos vengan insertados en pequeños pedazos de tecnopor, esponjas, cajas de aluminio, etc negras, están se utilizan para que las patas del CI no se doblen.

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MANIPULACIÓN DEL CI

• El material que se utiliza para proteger las patas del CI también significa que se debe tener cuidado en el agarre de los CI con las manos, y es que, aunque parezca absurdo, con el solo hecho de rosar con los dedos de la mano las patas del CI podemos dañar los delicados circuitos internos debido a la carga estática que poseemos nosotros en nuestro cuerpo. Para saber si esto puede pasar en nuestro CI debemos ver las indicaciones de la “datasheet” de nuestro circuito integrado. Si es así entonces debemos tener cuidado con su manipulación. Lo recomendable es que se sostenga con unas pinzas o con un alicate de punta y ubicándolo en zócalos en los PCB.

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MANIPULACIÓN DEL CI

• De igual manera se debe tener consideración al soldarlos directamente a los PCB, ya que al ser calentados a grados de calor superiores a lo que se permite, puede dañar el CI. Para ello también es recomendable usar zócalos.