¿Qué es un circuito integrado?
Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es un dispositivo electrónico que contiene una gran cantidad de componentes electrónicos, como transistores, resistencias, condensadores y conexiones, integrados en un solo sustrato.
Atendiendo a su tecnología de fabricación, existen dos tipos principales:
- Circuitos integrados de película fina (Thin Film)
- Monolíticos: Se fabrican depositando capas delgadas de material sobre un sustrato semiconductor
- Híbridos: Combinan componentes discretos y circuitos integrados en un solo sustrato
- Circuitos integrados de película gruesa (Thick Film)
- Circuitos híbridos gruesos: Utilizan capas más espesas que los de película fina.
La tecnología de fabricación permite colocar miles, e incluso millones, de componentes electrónicos en un pequeño chip, lo que hace posible construir dispositivos complejos en un espacio reducido. Los circuitos integrados se utilizan en una amplia variedad de dispositivos electrónicos, como ordenadores, móviles, electrodomésticos, automóviles y muchos otros. Hay diferentes tipos, cada uno diseñado para realizar funciones específicas. Algunos incluyen microprocesadores, circuitos integrados analógicos, digitales, de memoria, entre otros.
La capacidad de integrar múltiples funciones en un solo chip ha sido fundamental para el desarrollo de la electrónica moderna, ya que permite la miniaturización de dispositivos, reduce costos y mejora la eficiencia. Además podemos clasificar los circuitos integrados en función de su Tecnología de Fabricación:
- Tecnología bipolar: Utiliza transistores bipolares
- Tecnología MOS (Metal-Oxide-Semiconductor): Utiliza transistores MOS
- CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor): Combina transistores MOS y CMOS, lo que es común en la fabricación de microprocesadores y muchos circuitos digitales
Rangos de temperatura de un semiconductor
Como el resto de los semiconductores, también los circuitos integrados, están diseñados para operar dentro de rangos específicos de temperatura y varían según la categoría de aplicación y la calidad de los dispositivos. A continuación se presentan los rangos operativos más comunes para los semiconductores en las categorías comercial, industrial y militar:
Semiconductores comerciales
- Rango de temperatura común: A menudo, los semiconductores comerciales están diseñados para operar en un rango de temperatura de aproximadamente - 40°C a 85°C.
- Ejemplos de aplicaciones: Dispositivos electrónicos de consumo, electrodomésticos y productos informáticos convencionales.
Semiconductores industriales
- Rango de temperatura ampliado: Los semiconductores industriales suelen tener un rango de temperatura más amplio para adaptarse a entornos más exigentes. Pueden operar en un rango de aproximadamente - 40°C a 125°C (o incluso más).
- Ejemplos de aplicaciones: Sistemas de control industrial, electrónica automotriz y equipos de comunicación robustos.
Semiconductores militares y de grado aeroespacial
- Rangos de temperatura amplios y especificaciones rigurosas: Los semiconductores para aplicaciones militares y aeroespaciales suelen tener requisitos más estrictos. Los rangos de temperatura pueden extenderse desde - 55°C hasta 125°C (o más).
- Ejemplos de aplicaciones: Aviónica militar, sistemas de defensa y satélites.
Es importante destacar que estas franjas son aproximadas y pueden variar según el dispositivo y el fabricante. Además, algunos dispositivos especializados pueden tener requisitos específicos de temperatura según la aplicación. Cuando se seleccionan semiconductores para una aplicación en concreto, es crucial tener en cuenta el entorno en el que operarán. Los fabricantes proporcionan información detallada de sus productos, que incluye especificaciones de temperatura, para garantizar que los dispositivos funcionen de manera confiable.
Aplicaciones de los circuitos integrados
Chips y microchips tienen una amplia variedad de aplicaciones en numerosos campos y sectores. A continuación os presentamos algunas de las más comunes:
Electrónica de consumo
- Móviles y smartphones: Utilizan una variedad de chips y microchips, como procesadores, memoria y chips de comunicación.
- Televisores y monitores: Incorporan circuitos para el procesamiento de señales de video y audio.
- Electrodomésticos: Muchos electrodomésticos modernos, como lavadoras, refrigeradores y hornos, utilizan circuitos integrados para el control y la interfaz de usuario.
Informática
- Ordenadores: Microprocesadores, chips de memoria y otros circuitos integrados son esenciales para el funcionamiento de las computadoras.
- Dispositivos de almacenamiento: Discos duros y unidades de estado sólido contienen chips y microchips para el almacenamiento y acceso a datos.
Automoción
- Sistemas de control del motor: Utilizan circuitos integrados para gestionar la operación eficiente del propulsor.
- Sistemas de navegación y entretenimiento: Incorporan chips para la navegación por GPS y la reproducción de audio y vídeo.
Comunicaciones
- Redes de comunicación: Equipos de red, como routers y switches, emplean circuitos integrados para la gestión del tráfico de datos.
- Dispositivos móviles: Además de los teléfonos móviles, chips y microchips están presentes en dispositivos de comunicación como radios y walkie-talkies.
Salud
- Equipos médicos: Desde monitores de pacientes hasta equipos de imágenes médicas, utilizan circuitos integrados para procesar señales y datos médicos.
- Dispositivos de monitoreo de salud: Wearables y sensores biomédicos incorporan chips y microchips para medir y analizar datos de salud.
Industrial
- Sistemas de control industrial: Utilizan chips y microchips para automatizar procesos y controlar maquinaria.
- Sensores y actuadores: Circuitos integrados están presentes en dispositivos de medición y control utilizados en entornos industriales.
Aeroespacial y Defensa
- Sistemas de navegación y control: Utilizan chips y microchips en aviones, satélites y sistemas de defensa.
- Equipos de comunicación militar: Utilizan tecnología de circuitos integrados para la comunicación segura.
Energía
- Sistemas de energía renovable: Controladores y convertidores de energía utilizan circuitos integrados en sistemas de energía solar y eólica.
- Gestión de energía: Chips de gestión de baterías y sistemas de distribución de energía incorporan chips y microchips.
Estas son solo algunas de las muchas aplicaciones. Su versatilidad y capacidad para integrar múltiples funciones en un espacio compacto los hacen esenciales en la mayoría de los dispositivos electrónicos modernos.
Clasificación de los circuitos integrados atendiendo a su funcionalidad
Esta categorización ofrece una visión panorámica de cómo estos dispositivos cumplen roles específicos en diversos sistemas:
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- Circuitos integrados de control de alimentación: Driver de motor, convertidores DC-DC, convertidores de PWM, de descarga de condensador, reguladores de voltaje, de corrección de factor de potencia, etc.
- Circuitos integrados de interfaces: De ADSL, de bus CAN, de línea, de Ethernet, LVDS, USB, etc.
- Circuitos integrados lógicos: Puertas lógicas, biestables, multiplexores y demultiplexores, codificadores y decodificadores, multiplicadores, sumadores, etc.
- Circuitos integrados de sensor: Algunos como circuitos integrados PIR, para sensores ambientales, sensores de corriente, biométricos, de movimiento, de sonido, de luz y color, de fuerza, de presión, CCD, etc.
- Circuitos integrados para iluminación: Circuitos integrados para drivers LED.
- Optoacopladores y fotodetectores
- Amplificadores operacionales y comparadores
- Circuitos integrados de comunicación: Moduladores y demoduladores, circuitos transmisores de radiofrecuencia, etc.
- Circuitos integrados de audio y video: Amplificadores de señal de audio, amplificadores de video, etc.
- Convertidores de datos: Para medición de energía, adquisición de datos, etc.
- Procesadores y microcontroladores: Procesadores de señal DSP, de propósitos general como los ARM Cortex, los PIC de Microchip, AVR de Atmel, específicos de aplicación ASIC, con funciones de comunicación inalámbrica RF, Wi-FI, Zigbee, etc.
- Memorias: ROM, RAM, EEPROM, FLASH, NVRAM, etc
Esta es sólo una clasificación, pero el mundo de chips y microchips no para de crecer y crecer y muchas veces las funcionalidades están mezcladas y la clasificación en uno u otro grupo es una idea demasiado estricta.
