Circuito Integrado – Clasificación y más

Un Circuito Integrado es un conjunto de elementos electrónicos que se «imprimen» en un material semiconductor dentro de una carcasa ó empaque plástico ó cerámico. Para empezar, la primer patente de un circuito integrado se le otorgo a Robert Noyce [1]. De hecho, fue además, uno de los fundadores de las empresas Intel e Fairchild Semiconductor. Además, unos meses antes Jack Kilby ingreso la patente de un circuito electrónico en miniatura. Sin embargo la diferencia entre ambos diseños fue el material semi-conductor que se uso. Por una parte Noyce utilizo silicio y Kilby lo diseño con Germanio [4].

Dos de las primeras empresas en utilizar a los circuitos integrados fueron Texas Instruments y Fairchild Semiconductors.  Entonces estas dos personas iniciaron una de las mayores etapas de expansión tecnológica en la humanidad.

El diseño de los circuitos integrados comienza con la fabricación de cristales de mono-silicio. Entonces estos son creados a partir de, básicamente arena (SiO2 – Dioxido de Silicio) [3] . Por ejemplo cuando se forman estos cristales se pueden crear obleas de mono-silicio.  Así que al ser expuestas a rayos ultravioletas  mediante mascarillas, permiten » imprimir » capas de transistores.

Un circuito integrado esta construido principalmente con transistores cuyas interconexiones forman circuitos de propósito especifico.Por ejemplo, cuando estas capas se ordenan y crean con determinadas conexiones, se crean circuitos digitales básicos como las compuertas lógicas. Es decir, el arreglo de muchas compuertas lógicas en un orden específico da lugar a los circuitos digitales como lo son los multilplexores, sumadores, multiplicadores, osciladores, etc.
Circuito integrado empaquetado DIP8Figura-1. Empaquetado Though Hole – DIP8.

Clasificación de los circuitos integrados

Los circuitos integrados se podrían clasificar de acuerdo a su función.

  • Amplificadores .
  • Memorias .
    • EEPROM .
    • Flash .
    • etc .
  • Sistemas embebidos .
    • Sistemas reconfigurables.
      • FPGA’s .
      • CPLD’s .
      • GAL ‘s .
    • Microprocesadores .
    • Microcontroladores .
    • Compuertas lógicas .
    • DSP’s .
  • ASIC – An application-specific integrated circuit (Circuitos Integrados de Propósito Específico ).
    • Decodificadores .
    • Multiplexores .
    • Reloj de Tiemop Real .
    • Controladores, Drivers e Interfaces .
    • Administración de energía .
    • Criptografía .
    • Cargadores .
    • etc .
  • Etc.

Empaquetados comunes de un circuito integrado

El empaquetado de un circuito impreso, se refiere a la estructura externa que presenta. Generalmente se desea que los circuitos sean lo más pequeños posible. Para esto, los distintos fabricantes de circuito impresos han establecido estándares de empaquetados. Estos están en función a la tecnología de ensamble. Existen principalmente dos categorías, » Though Hole » y » Montaje superficial » .

 

Though Hole

Son circuitos cuyos pines atraviesan a la tarjeta electrónica o PCB donde esté montado. Los empaquetados más comunes, son los DIP (Dual in-Line Package). Los circuitos DIP tienen dos filas de pines. Los hay desde 8 pines hasta 40 pines.  Los pines se enumeran en un formato » U » comenzando a partir de la muesca y la fila izquierda. La Figura-1, muestra un empaquetado general DIP-8. El estándar indica que la separación entre cada pin es de 2.54mm. En la Figura-2 y Figura-3, se muestra un ejemplo de aplicación usando el empaquetado DIP. Una de las ventajas principales es el realizar un prototipo relativamente fácil, dado que se puede usar un protoboard para este propósito.

 

Circuito Integrado DIP en Protoboard

Figura-2. Circuito DIP8 en protoboard .

Circuito Integrado DIP8

Figura-3. Circuito Integrado DIP8 en protoboard.

Montaje superficial

Los circuitos integrados de montaje superficial son aquellos que no requieren perforaciones en la PCB. Por tal motivo, las principales ventajas de los circuitos de montaje (SMD), son: requieren menos espacio en la PCB, no necesitan perforaciones (en algunos casos es mas económico no tener perforaciones), pueden integrar, debido a su tamaño, más pines en menos área.

La desventaja más importante radica en su dificultad para realizar un prototipo. Por lo general para utilizar a un circuito SMD se requiere una PCB. En caso opuesto, los componentes Though Hole no necesariamente requieren de una PCB.

La Figura-4 y Figura-5, muestran un circuito integrado SMD montado en una PCB.

Circuito Integrado SMD

Figura-4. El GPS NEO-6M es un circuito integrado de montaje superficial, por o tanto sus pines no requieren de perforaciones para sus conexiones,(Aunque, si pueden requerir vías – que son pequeñas perforaciones que unen a las distintas capas de una PCB).

Circuito integrado SMD ejemplo 2

Figura-5. NRF24L01+ es un circuito integrado que permite recibir y transmitir información por radio frecuencia, en la banda de los 2.4Ghz. Es un componente QFN20.

Empaquetados SMD más comunes

  • QFN8
  • QFN32
  • TQFP16
  • SOIC8
  • SOIC16

Si te interesa saber más sobre las dimensiones de los componentes de montaje superficial, puedes ver el tutorial que tenemos sobre PCB’s. También este documento esta muy bueno para averiguar más información: http://pcbget.ru/Files/Standarts/IPC_7351.pdf

 

 

Autor:

Dr. Rubén E-Marmolejo.

Profesor Universidad de Guadalajara, México

 

 

Fuentes:

[1] – https://www.google.com/patents/US2981877  Patente del primer circuito impreso

[2] – https://www.edn.com/electronics-blogs/edn-moments/4412805/Noyce-receives-1st-IC-patent–April-25–1961-

[3] – https://www.quora.com/What-exactly-is-Inside-an-IC

[4] – http://corphist.computerhistory.org/corphist/documents/doc-496d289787271.pdf

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