No se sabe a quién se le ocurrió por primera vez poner dos o más transistores en un solo chip semiconductor. La idea puede haberse originado justo después de que la industria de los semiconductores comenzara a producir elementos semiconductores. Se sabe que la base teórica de este enfoque se publicó a principios de los años 50. Se tardó menos de 10 años en superar los problemas tecnológicos, y ya a principios de los años 60 apareció el primer dispositivo que contenía varios componentes electrónicos en un solo paquete: un microchip (chip). Desde entonces, la humanidad ha emprendido un camino de perfección que aún no ha terminado.
Finalidad de los circuitos impresos
En la actualidad, se fabrican en circuitos integrados una gran variedad de componentes electrónicos con distintos grados de integración. Pueden utilizarse como bloques de construcción para montar diversos dispositivos electrónicos. Por ejemplo, un circuito receptor de radio puede implementarse de diferentes maneras. Un punto de partida es utilizar microcircuitos de transistores. Conectando sus cables, es posible hacer un dispositivo receptor. El siguiente paso es utilizar conjuntos individuales en un diseño integrado (cada uno en su propio alojamiento):
- amplificador de radiofrecuencia
- heterodino;
- mezclador;
- amplificador de audiofrecuencia.
Por último, la variante más moderna es tener todo el receptor en un solo chip, añadiendo sólo unos pocos elementos pasivos externos. Obviamente, a medida que aumenta el grado de integración, el diseño de los circuitos se simplifica. Incluso un ordenador completo puede implementarse ahora en un solo chip. Su rendimiento seguirá siendo inferior al de los dispositivos informáticos convencionales, pero con los avances de la tecnología, quizá este punto también pueda ser conquistado.
Tipos de chip
Hoy en día se fabrica un enorme número de tipos de microcircuitos. Prácticamente cualquier conjunto electrónico completo, estándar o especializado, está disponible en un diseño micro. No es posible enumerar y desmontar todos los tipos en el marco de una revisión. Pero, en términos generales, los CI pueden dividirse en tres categorías globales según su funcionalidad.
- Digital. Trabajan con señales discretas. Los niveles digitales se introducen en la entrada y las señales en forma digital se toman también de la salida. Esta clase de dispositivos abarca desde los elementos lógicos más sencillos hasta los microprocesadores más avanzados. Esto incluye también las matrices lógicas programables, los dispositivos de memoria, etc.
- Analógico. Trabajan con señales que cambian según una ley continua. Un ejemplo típico de este tipo de chip es un amplificador de audiofrecuencia. También se incluyen en esta clase los estabilizadores de línea integrados, los generadores de señales y los sensores de medición, entre otros. Los conjuntos de elementos pasivos (resistencias, circuitos RC, etc.) también pertenecen a la categoría analógica.resistencias, circuitos RC, etc.).
- Analógico a digital (digital a analógico). Estos chips no sólo convierten los datos discretos en continuos o viceversa. Las señales de origen o de recepción en la misma carcasa pueden ser amplificadas, convertidas, moduladas, decodificadas, etc. Los sensores analógico-digitales se utilizan ampliamente para comunicar los circuitos de medición de diversos procesos tecnológicos con los dispositivos informáticos.
Los CI también se subdividen según el tipo de fabricación:
- Semiconductor: fabricado en un único chip semiconductor;
- Los elementos pasivos de película se fabrican a base de películas gruesas o finas;
- Híbrido: dispositivos semiconductores activos (transistores etc.).
Pero para la aplicación de los microcircuitos esta clasificación no da mucha información práctica en la mayoría de los casos.
Chipshells
Para proteger el contenido interno y simplificar la instalación, los microcircuitos se colocan en un paquete. Al principio, la mayoría de los microcircuitos se fabricaban en una caja metálica (redondo o rectangular) con clavijas flexibles dispuestas alrededor del perímetro.
Este diseño no podía aprovechar al máximo la miniaturización porque las dimensiones del dispositivo eran muy grandes en comparación con el tamaño del chip. Además, el grado de integración era bajo, lo que no hacía sino agravar el problema. A mediados de los sesenta, el paquete DIP (paquete doble en línea), una caja rectangular con clavijas rígidas en ambos lados. El problema del gran tamaño no se resolvió, pero, sin embargo, esta solución permitió conseguir una mayor densidad de empaquetado, además de facilitar el montaje automatizado de los circuitos electrónicos. El número de pines DIP oscila entre 4 y 64, aunque los paquetes con más de 40 son todavía muy raros.
¡Importante! La distancia entre pines de los microcircuitos DIP de producción nacional es de 2,5 mm, mientras que la de los microcircuitos importados es de 2,54 mm (1 línea = 0,1 pulgadas.). Por ello, surgen problemas al intercambiar homólogos completos, aparentemente rusos e importados. Una pequeña discrepancia hace que sea difícil encajar la misma funcionalidad y asignación de pines en placas y paneles.
Con el desarrollo de la tecnología electrónica, las desventajas de los paquetes DIP se hicieron evidentes. Los microprocesadores no tenían suficientes pines, y el aumento del número de pines requería más espacio en las placas. El segundo problema que puso fin a la era de la dominación DIP fue la proliferación del montaje en superficie. En lugar de soldar los chips en los agujeros de las placas, se soldaban directamente en las almohadillas. Este método de montaje resultó ser muy racional, por lo que se necesitaban chips en envases adaptados a la soldadura a la superficie. Y el proceso de sustitución de los dispositivos de montaje de los "agujeros" (agujero verdadero), denominados como SMD (detalle de montaje en superficie).
El primer paso hacia un diseño de montaje en superficie fue la introducción de los paquetes SOIC y sus modificaciones (SOP, HSOP y otros diseños). Al igual que los tipos DIP, los tallos están dispuestos en dos filas en los lados largos, pero son paralelos a la parte inferior de la caja.
Otra novedad es la carcasa QFP. Esta maleta tiene pasadores de forma cuadrada en cada lado. Es similar al paquete PLLC pero está más cerca del DIP aunque las patas también están alrededor de la circunferencia.
Durante algún tiempo, los chips DIP se mantuvieron en el sector de los dispositivos programables (ROMs, controladores, PLM), pero la proliferación de la programación en el chip ha desplazado a los paquetes de doble fila de agujeros verdaderos de esta área también. Hoy en día, incluso las piezas que antes se montaban en agujeros -como los reguladores de tensión integrados, etc.- están ahora preparadas para el SMD.
El desarrollo de las carcasas de los microprocesadores ha tomado un camino diferente. Dado que el número de clavijas no cabe en el perímetro de ningún cuadrado de tamaño razonable, las patas de un chip grande se disponen en una matriz (PGA, LGA, etc.).
Ventajas del uso de chips
La llegada del microchip revolucionó el mundo de la electrónica (especialmente en la tecnología de microprocesadores). Los ordenadores en tubos, que ocupaban una o varias habitaciones, se recuerdan como una curiosidad histórica. Pero una CPU moderna contiene unos 20.000 millones de transistores. Si suponemos una superficie de transistores discretos de al menos 0,1 centímetros cuadrados, la superficie ocupada por el procesador en su conjunto tendría que ser de al menos 200.000 metros cuadrados, es decir, unos 2.000 pisos de tres habitaciones de tamaño medio.
También hay que dejar espacio para la memoria, las tarjetas de sonido, las tarjetas de audio, los adaptadores de red y otros periféricos. El coste de montar tantos componentes discretos sería enorme y la fiabilidad sería inaceptablemente baja. La resolución de problemas y la reparación habrían llevado mucho tiempo. Está claro que la era del ordenador personal sin los circuitos altamente integrados nunca se habría producido. Además, sin la tecnología moderna, no se habrían creado dispositivos de uso intensivo de la informática, desde los de consumo hasta los industriales o científicos
La dirección del desarrollo de la electrónica está predeterminada desde hace muchos años. Se trata sobre todo de un aumento del grado de integración de los elementos del chip, que se debe al continuo desarrollo de la tecnología. Existe un salto cualitativo cuando las capacidades de la microelectrónica alcancen sus límites, pero esto es un asunto de un futuro bastante lejano.
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