Circuitos Integrados 4º IPE

Diferencia entre Circuito y C.I. Circuito: Conjunto de conductores que recorre una corriente eléctrica, y en el cual hay generalmente intercalados aparatos productores o consumidores de esta corriente. Circuito integrado: Combinación de elementos de circuito miniaturizados que se alojan en un único soporte o chip, generalmente de silicio.

Ventajas Menor peso Menor longitud de conexiones Mayor velocidad de respuesta Menor número de componentes auxiliares Bajo precio Bajo consumo de energía

Introducción Definición: Un circuito integrado (CI) es un cristal semiconductor de silicio, llamado pastilla, que contiene componentes eléctricos tales como transistores, diodos, resistencias y capacitores, los diversos componentes están interconectados dentro de la pastilla para forma un circuito electrónico. La pastilla está montada en un empaque plástico (cerámico) con sus conexiones soldadas a las patillas externas para conformar el circuito integrado. Los circuitos integrados actuales no miden más de un centímetro de largo y pueden contener millones de transistores.

Primer Transistor Bell Labs, 1948

Primer Circuito Integrado ECL 3-input Gate Motorola 1966

Vista interna de un circuito integrado

Microprocesador 4004 - Intel 1971 1000 transistores 1 MHz operación

Microprocesador Pentium IV - Intel

Circuitos Integrados Vienen en dos clases de pastillas Pastilla de hilera doble (DIP) Pastilla Plana

Interior Encapsulado

Oblea de silicio

FABRICACIÓN Traer al mundo un procesador es sumamente complejo, pero resumiéndolo mucho podríamos decir que se elaboran de la siguiente manera: Exposición. Se expone un capa de dióxido de silicio al calor y a determinados gases para lograr que crezca y obtener una lámina u oblea de silicio tan fina que es imperceptible al ojo humano. Fotolitografía. Se aplica luz ultravioleta sobre la oblea a través de una plantilla. El dibujo de dióxido de silicio resultante se fija con productos químicos. Un procesador consta de varias de estas capas, cada una con una plantilla distinta y cada una más fina que la anterior. Implantación de iones. La oblea es bombardeada con iones para alterar la forma en la que el silicio conduce la electricidad en esas zonas. División. En cada oblea se han creado miles de micros. Una vez el trazado de su circuito ha sido comprobado, se cortan individualmente con una sierra de diamante. Empaquetado. La parte más fácil. Cada micro se inserta en el paquete protector que le da la apariencia que todos conocemos y que le permitirá ser conectado a otros dispositivos.

FABRICACIÓN Fabricar un circuito integrado es un proceso complejo, ya que tiene una alta integración de componentes en un espacio muy reducido. Cada fabricante tiene sus propias técnicas que guardan como secreto de empresa, aunque las técnicas son parecidas. La fabricación se realiza en las llamadas salas limpias.

SALA LIMPIA La principal característica de estas fábricas es que son inmaculadamente limpias, ya que una simple mota de polvo podría echar a perder millares de microprocesadores. Para evitarlo cuentan con sistemas de filtración que renuevan el aire diez veces por minuto. Es decir, son 10.000 veces más limpias que un quirófano. Sus trabajadores van completamente forrados con un traje estéril que una persona poco familiarizada tardaría más de media hora en ponerse.

Características de los CI’s Tienen tamaños normalizados Número de patillas (pins) varía entre 8 y 64 Cada uno tiene una designación numérica impresa en su superficie Cada fabricante publica un libro de características (databook)

Clasificación Los circuitos integrados se clasifican en dos categorías generales: Lineales Operan con señales continuas para producir funciones electrónicas (eje. Amplificadores, moduladores, osciladores o incluso receptores de radio completos. Digitales Operan con señales binarias y se hacen compuertas digitales interconectadas. Desde una o varias puertas lógicas (and, or, not) hasta los más complicados microprocesadores.

Tabla de integración de los CI’s Nivel de Integración Número de Compuertas Función SSI Integración en Pequeña Escala Unas pocas compuertas Ninguna función, solo compuertas MSI Integración de Mediana Escala 10 a 100 Compuertas Cumplir con una función lógica completa LSI Integración de Gran escala Más de 100 compuertas Funciones lógicas con más de 100 compuertas VLSI Integración a Muy Gran Escala Miles

Circuitos Integrados Lineales Amplificador operacional(741) Temporizador(555)

Electrónica 6.- CIRCUITOS INTEGRADOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES Es un componente básico en la realización de circuitos analógicos y muy común en las funciones electrónicas de control. Características: Gran resistencia de entrada (Idealmente ) Elevada ganancia de tensión Baja resistencia de salida (Idealmente 0)

Electrónica 6.- CIRCUITOS INTEGRADOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES (continuación)

Electrónica 6.- CIRCUITOS INTEGRADOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES (continuación) Funcionamiento sin realimentación. Comparador Si V+ > V-  V0 = + Vcc Si V- > V+  V0 = - Vcc

Electrónica 6.- CIRCUITOS INTEGRADOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES (continuación) Funcionamiento con realimentación. a) Si introducimos la señal por la entrada no inversora V+ (amplificador no inversor) Vo = (1 + R2/R1) Vin

Electrónica 6.- CIRCUITOS INTEGRADOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES (continuación) Funcionamiento con realimentación. a) Amplificador no inversor. Ejemplo Si R2 = 20 k y R1 = 10k  V0 = 3 Vin

Electrónica 6.- CIRCUITOS INTEGRADOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES (continuación) Funcionamiento con realimentación. b) Si introducimos la señal por la entrada inversora V- (amplificador inversor) Vo = - (R2/R1) Vin

Electrónica 6.- CIRCUITOS INTEGRADOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES (continuación) Funcionamiento con realimentación. a) Amplificador inversor. Ejemplo Si R2 = 20 k y R1 = 10k  V0 = -2 Vin

Otros circuitos con Amp.Oper. Sumador y Restador

Electrónica 6.- CIRCUITOS INTEGRADOS TEMPORIZADOR 555 Circuito integrado temporizador de 8 pines Requiere sólo unos pocos componentes adicionales para realizar útiles tareas, relacionadas con la temporización tales como osciladores astables, etc... Puede funcionar como retardador de desconexión (monoestable) El 555 esta compuesto por 23 transistores, 2 diodos, y 16 resistores encapsulado en silicio

Electrónica 6.- CIRCUITOS INTEGRADOS TEMPORIZADOR 555 (continuación) Puede funcionar como generador de onda cuadrada (astable) T = T1 + T2 T1 = 0.7 × (R1 + R2) × C1 T2 = 0.7 × R2 × C1 F = 1 / T

Circuito aplicación 555 Biestable

Diseño de circuitos impresos

Proceso de fabricación de circuitos impresos UV Placa PCB de perfil con máscara superpuesta Resina Cobre Fibra Máscara Revelado Atacado Eliminación de la resina

Circuito del proyecto: Puerta de garaje con cierre automático