Este artículo trata sobre microchips (circuitos integrados). Para otros usos de este término, véase
Microchip.
Los CI se hicieron posibles gracias a descubrimientos experimentales que mostraban que artefactos
semiconductores podían realizar las funciones de los
tubos de vacío, así como a los avances científicos de la fabricación de semiconductores a mediados del siglo XX. La integración de grandes cantidades de pequeños
transistores dentro de un pequeño espacio fue un gran avance en la elaboración manual de circuitos utilizando
componentes electrónicos discretos. La capacidad de producción masiva de los circuitos integrados, así como la fiabilidad y acercamiento a la construcción de un diagrama a bloques en circuitos, aseguraba la rápida adopción de los circuitos integrados estandarizados en lugar de diseños utilizando transistores discretos.
Los CI tienen dos principales ventajas sobre los circuitos discretos: costo y rendimiento. El bajo costo es debido a los chips; ya que posee todos sus componentes impresos en una unidad de
fotolitografía en lugar de ser construidos un transistor a la vez. Más aún, los CI empaquetados usan mucho menos material que los circuitos discretos. El rendimiento es alto ya que los componentes de los CI cambian rápidamente y consumen poco poder (comparado sus contrapartes discretas) como resultado de su pequeño tamaño y proximidad de todos sus componentes. Desde 2012, el intervalo de área de chips típicos es desde unos pocos milímetros cuadrados a alrededor de 450 mm
2, con hasta 9 millones de transistores por mm
2.
Los circuitos integrados son usados en prácticamente todos los equipos electrónicos hoy en día, y han revolucionado el mundo de la
electrónica.
Computadoras,
teléfonos móviles, y otros dispositivos electrónicos que son parte indispensables de las sociedades modernas, son posibles gracias a los bajos costos de los circuitos integrados.
Geoffrey Dummer en los años 1950
En abril de 1958, el ingeniero alemán Werner Jacobi
2 (Siemens AG) completa la primera solicitud de
patente para circuitos integrados con dispositivos amplificadores de
semiconductores. Jacobi realizó una típica aplicación industrial para su patente, la cual no fue registrada.
Más tarde, la integración de circuitos fue conceptualizada por el científico de radares
Geoffrey Dummer (1909-2002), que estaba trabajando para la Royal Radar Establishment del Ministerio de Defensa Británico, a finales de la década de 1940 y principios de la década de 1950.
Recién empleado por
Texas Instruments,
Jack S. Kilby registró sus ideas iniciales sobre el circuito integrado en julio de 1958, demostrando con éxito el primer ejemplo integrado de trabajo el 12 de septiembre de 1958. En su solicitud de patente del 6 de febrero de 1959, Kilby describió su nuevo dispositivo como "un cuerpo de material semiconductor ... en el que todos los componentes del circuito electrónico están completamente integrados". Se trataba de un dispositivo de
germanio que integraba
seis transistores en una misma base semiconductora para formar un
oscilador de rotación de fase. El primer cliente de la nueva invención fue el Fuerza Aérea de los Estados Unidos.
Robert Noyce desarrolló su propio circuito integrado, que patentó unos seis meses después. Además resolvió algunos problemas prácticos que poseía el circuito de Kilby, como el de la interconexión de todos los componentes; al simplificar la estructura del chip mediante la adición de
metal en una capa final y la eliminación de algunas de las conexiones, el circuito integrado se hizo más adecuado para su producción en masa. Además de ser uno de los pioneros del circuito integrado, Robert Noyce también fue uno de los cofundadores de
Intel Corporation, uno de los mayores fabricantes de circuitos integrados del mundo.
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Los circuitos integrados se encuentran en todos los
aparatos electrónicos modernos, tales como relojes, automóviles, televisores, reproductores MP3, teléfonos móviles, computadoras, equipos médicos, etc.
El desarrollo de los circuitos integrados fue posible gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los
semiconductor, particularmente los
transistores, pueden realizar algunas de las funciones de las
válvulas de vacío.
La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños chips fue un enorme avance sobre el ensamblaje manual de los
tubos de vacío (válvulas) y en la fabricación de circuitos electrónicos utilizando
componentes discretos.
La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, su confiabilidad y la facilidad de agregarles complejidad, llevó a su estandarización, reemplazando circuitos completos con diseños que utilizaban transistores discretos, y además, llevando rápidamente a la obsolescencia a las válvulas o tubos de vacío.
Son tres las ventajas más importantes que tienen los circuitos integrados sobre los circuitos electrónicos construidos con componentes discretos: su menor
costo; su mayor
eficiencia energética y su reducido tamaño. El bajo costo es debido a que los CI son fabricados siendo impresos como una sola pieza por
fotolitografía a partir de una
oblea, generalmente de
silicio, permitiendo la producción en cadena de grandes cantidades, con una muy baja tasa de defectos. La elevada eficiencia se debe a que, dada la miniaturización de todos sus componentes, el consumo de energía es considerablemente menor, a iguales condiciones de funcionamiento que un circuito electrónico homólogo fabricado con componentes discretos. Finalmente, el más notable atributo, es su reducido tamaño en relación a los circuitos discretos; para ilustrar esto: un circuito integrado puede contener desde miles hasta varios millones de
transistores en unos pocos milímetros cuadrados.
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Los avances que hicieron posible el circuito integrado han sido, fundamentalmente, los desarrollos en la fabricación de dispositivos semiconductores a mediados del siglo XX y los descubrimientos experimentales que mostraron que estos dispositivos podían reemplazar las funciones de las válvulas o tubos de vacío, que se volvieron rápidamente obsoletos al no poder competir con el pequeño tamaño, el consumo de energía moderado, los tiempos de conmutación mínimos, la confiabilidad, la capacidad de producción en masa y la versatilidad de los CI.
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Entre los circuitos integrados más complejos y avanzados se encuentran los
microprocesadores, que controlan numerosos aparatos, desde
teléfonos móviles y
horno de microondas hasta
computadoras. Los
chips de
memorias digitales son otra familia de circuitos integrados, de importancia crucial para la moderna sociedad de la información. Mientras que el costo de diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción, el costo individual de los CI por lo general se reduce al mínimo. La eficiencia de los CI es alta debido a que el pequeño tamaño de los chips permite cortas conexiones que posibilitan la utilización de lógica de bajo consumo (como es el caso de
CMOS), y con altas velocidades de conmutación.
A medida que transcurren los años, los circuitos integrados van evolucionando: se fabrican en tamaños cada vez más pequeños, con mejores características y prestaciones, mejoran su
eficiencia y su
eficacia, y se permite así que mayor cantidad de elementos sean empaquetados (integrados) en un mismo chip (véase la
ley de Moore). Al tiempo que el tamaño se reduce, otras cualidades también mejoran (el costo y el consumo de energía disminuyen, y a la vez aumenta el rendimiento). Aunque estas ganancias son aparentemente para el usuario final, existe una feroz competencia entre los fabricantes para utilizar geometrías cada vez más delgadas. Este proceso, y lo esperado para los próximos años, está muy bien descrito por la International Technology Roadmap for Semiconductors.
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Popularidad[editar]
Solo ha trascurrido medio siglo desde que se inició su desarrollo y los circuitos integrados se han vuelto casi omnipresentes.
Computadoras,
teléfonos móviles y otras aplicaciones digitales son ahora partes de las sociedades modernas. La
informática, las
comunicaciones, la
manufactura y los sistemas de
transporte, incluyendo
Internet, todos dependen de la existencia de los circuitos integrados. De hecho, muchos estudiosos piensan que la revolución digital causada por los circuitos integrados es uno de los sucesos más significativos de la historia de la humanidad.
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