CIRCUITO INTEGRADO

¿Qué es un circuito integrado?

Un circuito integrado (CI), a veces llamado chip, microchip o circuito microelectrónico, es una oblea semiconductora en la que se fabrican miles o millones de diminutos resistores, condensadores, diodos y transistores. Un CI puede funcionar como amplificador, oscilador, temporizador, contador, compuerta lógica, memoria de ordenador, microcontrolador o microprocesador.

Un circuito integrado es el componente fundamental de todos los dispositivos electrónicos modernos. Como su nombre indica, es un sistema integrado de múltiples componentes miniaturizados e interconectados y que a la vez están incrustados en un fino sustrato de material semiconductor (normalmente cristal de silicio).

¿Cómo Funciona un Circuito Integrado?

Como se mencionó anteriormente, un circuito integrado es un pequeño dispositivo conformado por microcomponentes grabados en una oblea de silicio. Estos componentes están interconectados mediante una compleja red de vías que comienza en la oblea y termina en los pines de metal alrededor del encapsulado.

Los pines metálicos desempeñan un papel crucial al permitir que las señales eléctricas fluyan a través de los componentes del CI. Esta circulación de señales eléctricas posibilita que el circuito integrado cumpla con la función específica para la cual fue diseñado. Esta función puede ser el envío, recepción o almacenamiento de datos, la amplificación de señales, la ejecución de comandos, etc.

Tipos de Circuitos Integrados

Según su construcción, un circuito integrado puede dividirse en las siguientes categorías:

Circuito Integrado de Memoria

Este tipo de circuito integrado contiene un conjunto de celdas de memoria en un solo chip. Estas celdas son utilizadas para almacenar de manera temporal o permanente bits de datos en un sistema electrónico. Los circuitos integrados de memoria son comúnmente utilizados en memorias DRAM, SRAM, ROM, VRAM, etc.

Circuito Integrado Digital

Un circuito integrado digital es capaz de manejar señales discretas, es decir, este tipo de circuito solo puede operar en niveles de señal específica, como leer datos en binario, es decir, 0s y 1s. Este tipo de circuito está diseñado para utilizar múltiples puertas lógicas, flip-flops, codificadores multiplexores, decodificadores, etc.

Circuito Integrado Analógico

A diferencia de los circuitos integrados digitales, este tipo de circuito es capaz de procesar señales analógicas, es decir, una señal continuamente variable entre cero a voltaje de fuente de alimentación completa. Este tipo de circuitos se utiliza para diseñar amplificadores operacionales, reguladores lineales, osciladores, filtros activos, etc.

Circuito Integrado Mixto

Los circuitos integrados mixtos son capaces de soportar la combinación de señales analógicas y digitales, siendo diseñados para aplicaciones como Ethernet, administración de energía, radio, conversión de analógico a digital, de digital a analógico, etc.

¿Dónde se utiliza un Circuito Integrado?

El circuito integrado es un componente prácticamente omnipresente, siendo utilizado en un montón de dispositivos con distintos fines y tamaños, entre los dispositivos que usan un CI se incluyen:

• Amplificadores de audio
• Decodificadores y codificadores de radiofrecuencia
• Reguladores de voltaje
• Computadores y servidores
• Calculadoras
• Smartphones
• Memorias (RAM, ROM, etc.)
• Dispositivos lógicos
• Microcontroladores
• Microprocesadores
• etc.

¿Cómo se Fabrican un Circuito Integrado?

El proceso de fabricación para los circuitos integrados consta de procedimientos bastante complejos, no obstante, para este artículo intentaremos explicar los procedimientos de la forma menos técnica posible, todo con el fin de evitar confusión.

También es necesario aclarar que, aunque el proceso de fabricación tenga un principio y final cronológico, algunos procesos se pueden realizar varias veces, en diferentes condiciones y combinaciones.

Preparación de Oblea

El primer paso para la fabricación de un circuito integrado es la preparación de la oblea de silicio, que, por lo general, es una placa delgada, redonda y de diámetro variable. En algunos casos, las obleas poseen irregularidades, por lo tanto, se procede a cortar, dar forma y pulir el material semiconductor irregular con el objetivo de ser lo más adecuado posible para su posterior fabricación.

Oxidación

La oxidación es el proceso de agregar oxigeno al silicio, dando como resultado dióxido de silicio (SiO2). Para esta acción, se utilizan hornos esterilizados a altas temperaturas

La oxidación es el proceso de acelerar la reacción del oxígeno con el silicio, lo que daría como resultado dióxido de silicio (SiO2), para esta acción, es necesario utilizar hornos esterilizados por encima de los 1000 grados Celsius. Según la forma de introducir el oxígeno, la oxidación puede ser seca o húmeda, ambas opciones son válidas, aunque con ligeras diferencias.

Difusión

La difusión es el proceso de introducir impurezas en el silicio, desde una región de alta concentración hasta una de baja concentración. Este proceso busca modificar la resistividad del silicio al introducir átomos de impureza a temperaturas que oscilan entre 1000 y 1200 grados Celsius, con el objetivo de lograr el nivel de dopaje deseado.

Implantación Iónica

La implantación de iones es un método alternativo para introducir átomos de impurezas en la oblea de silicio. Este método controla y distribuye de manera precisa los átomos impuros sobre la oblea de silicio, aunque provoca daños en la misma. Todo el proceso se realiza a bajas temperaturas y alta energía mediante un campo de aceleración.

Deposición de Vapor Químico

La deposición química en fase de vapor es un proceso que implica la reacción química de vapores y gases para formar materiales sólidos sobre el sustrato de silicio. Este método presenta una tasa de deposición rápida y actúa como aislante en la superficie de la oblea. Durante este proceso, los precursores gaseosos reaccionan químicamente en la superficie del sustrato para formar capas delgadas de material sólido. La CVD permite la creación de películas uniformes y controladas en términos de espesor y composición.

Metalización

La metalización es el proceso de recubrir una capa metálica sobre una superficie metálica o no metálica. Este proceso busca proteger la superficie de factores ambientales externos, como aire, polvo, agua, etc. Luego del recubrimiento, la metalización es utilizada para grabar el patrón requerido para interconexión de los diversos componentes (transistores, diodos, etc.) que forman el circuito integrado.

Fotolitografía

La fotolitografía juega un papel fundamental en la creación de patrones microscópicos en la superficie de los diferentes componentes de un circuito integrado (CI). En este proceso, la oblea de silicio del CI se recubre con una capa de material fotosensible. Luego, se coloca una máscara que contiene la estructura deseada sobre la oblea. Después de este paso, la oblea se expone a luz ultravioleta para transferir el diseño geométrico de la máscara a la superficie de la oblea.

Una vez formado el patrón geométrico, ciertas áreas de la oblea quedan expuestas. Estas áreas expuestas a la luz ultravioleta provocan la ruptura del material fotosensible, resultando en la descomposición de estas secciones. Posteriormente, durante el proceso de desarrollo, se utiliza un químico para eliminar las áreas debilitadas, dejando únicamente las secciones que conformarán el patrón final.

Empaquetado

Los circuitos integrados son colocados en “paquetes” con el fin de permitir la fácil colocación y manejo al momento de introducirlos en la placa de circuito impreso, además de proporcionar una protección extra contra posibles daños por calor, humedad, corrosión, golpes, etc. 

 Símbolo del circuito integrado