Circuits integrats: tipus, fotolitografia i aplicacions

Electricidad y Electrónica22 dic 2024Actualizado el 7 nov 20265,02 KB

Resumen

El document explica què és un circuit integrat (CI), com es fabrica mitjançant fotolitografia i quins avantatges ofereix respecte als circuits amb components discrets. També classifica els tipus principals de CI (monolítics, híbrids de capa fina i híbrids de capa gruixuda) i introdueix els controladors d'interrupcions programables (PIC) i el sistema microcontrolador PICAXE.

Puntos clave

Un circuit integrat és una pastilla de material semiconductor protegida en un encapsulat, amb conductors metàl·lics per connectar-la a un circuit imprès.
La fotolitografia transfereix un patró des d'una fotomàscara a la superfície d'una oblia, normalment de silici.
Els CI tenen baix cost de producció en sèrie i alt rendiment, gràcies a la miniaturització i al menor consum d'energia.
Hi ha tres tipus principals: monolítics, híbrids de capa fina i híbrids de capa gruixuda.
Els circuits híbrids de capa gruixuda utilitzen resistències dipositades per serigrafia i ajustades amb làser.
El PIC (Programmable Interrupt Controller) assigna prioritats a les interrupcions i les serveix d'una en una a la CPU; el 8259A n'és un exemple conegut.
PICAXE és un sistema microcontrolador d'origen britànic basat en circuits PIC de Microchip, orientat a l'educació i al prototipatge.

Ponte a prueba

Què és un Circuit Integrat (CI)?

Un circuit integrat (CI), també conegut com a xip o microxip, és una pastilla petita de material semiconductor, d'alguns mil·límetres quadrats d'àrea, sobre la qual es fabriquen circuits electrònics generalment mitjançant fotolitografia i que està protegida dins d'un encapsulat de plàstic o ceràmica. L'encapsulat té conductors metàl·lics apropiats per fer connexió entre la pastilla i un circuit imprès.

Fotolitografia: Procés de Fabricació

La fotolitografia o litografia òptica és un procés emprat en la fabricació de dispositius semiconductors o circuits integrats. El procés consisteix a transferir un patró des d'una fotomàscara (anomenada retícula) a la superfície d'una oblia. El silici, en forma cristal·lina, es processa en la indústria en forma d'hòsties. Les hòsties s'empren com a substrat litogràfic, però hi ha altres opcions com el vidre, el safir, i fins i tot metalls. La fotolitografia (també anomenada "microlitografia" o "nanolitografia") treballa de manera anàloga a la litografia emprada tradicionalment en els treballs d'impressió i comparteix alguns principis fonamentals amb els processos fotogràfics.

Avantatges dels Circuits Integrats

Hi ha dos avantatges importants que tenen els circuits integrats sobre els circuits convencionals construïts amb components discrets: el seu baix cost i el seu alt rendiment. El baix cost és degut al fet que els CI són fabricats imprimint com una sola peça per fotolitografia a partir d'una oblia de silici, permetent la producció en cadena de grans quantitats amb una taxa de defectes molt baixa. L'alt rendiment és perquè, a causa de la miniaturització de tots els seus components, el consum d'energia és considerablement menor, a iguals condicions de funcionament.

Tipus de Circuits Integrats

Hi ha tres tipus principals de circuits integrats:

Circuits Monolítics
Estan fabricats en un sol monocristall, habitualment de silici, però també n'hi ha de germani, arseniür de gal·li, silici-germani, etc.
Circuits Híbrids de Capa Fina
Són molt similars als circuits monolítics, però, a més, contenen components difícils de fabricar amb tecnologia monolítica. Molts convertidors A/D i convertidors D/A es van fabricar en tecnologia híbrida fins que els progressos en la tecnologia van permetre fabricar resistències precises.
Circuits Híbrids de Capa Gruixuda
S'aparten força dels circuits monolítics. De fet, solen contenir circuits monolítics sense càpsula (dius), transistors, díodes, etc., sobre un substrat dielèctric, interconnectats amb pistes conductores. Les resistències es dipositen per serigrafia i s'ajusten fent talls amb làser. Tot això s'encapsula, tant en càpsules plàstiques com metàl·liques, depenent de la dissipació de potència que necessitin. En molts casos, la càpsula no està "modelada", sinó que simplement consisteix en una resina epoxi que protegeix el circuit. Al mercat es troben circuits híbrids per a mòduls de RF, fonts d'alimentació, circuits d'encesa per a automòbils, etc.

Controlador d'Interrupcions Programable (PIC)

El Programmable Interrupt Controller o PIC és un controlador programable d'interrupcions usat especialment en els IBM PC.

És un dispositiu que permet assignar nivells de prioritat a les seves interrupcions de sortida. Quan el dispositiu té múltiples interrupcions de sortida per fer, les fa en un ordre depenent d'una prioritat relativa.

Es diu programable perquè si rep múltiples i simultànies interrupcions, pot ordenar-les i executar-les depenent d'una prioritat programada pel sistema operatiu, i així donar-les al CPU una a una.

Un dels PIC més coneguts és el 8259A, que va ser inclòs en les PC x86. En les actuals PC x86, no està inclòs com un xip separat sinó que la seva funcionalitat la realitza una part del pont sud de la placa mare.

En altres casos, el PIC 8259A ha estat reemplaçat per versions més modernes com l'Advanced Programmable Interrupt Controllers (APIC), que suporta moltes més interrupcions de sortida i esquemes de prioritats més flexibles.

PICAXE: Sistema Microcontrolador

PICAXE és el nom d'un sistema microcontrolador d'origen britànic basat en una gamma de circuits integrats PIC de Microchip.

Inicialment comercialitzat per al seu ús en l'educació i per a aficionats a l'electrònica, també s'utilitza en àmbits tècnics i comercials, incloent el desenvolupament ràpid de prototips.

Hi ha 13 variants de PICAXE amb diferents quantitats de pins, des de 8 fins a 40 pins. Tots utilitzen codi d'arrencada precarregat de fàbrica per permetre a l'usuari generar programes per ser descarregats amb una simple connexió USB o RS-232 en sèrie.

Descargar

PDF Word HTML

Preguntas frecuentes

Què és un circuit integrat?

Un circuit integrat (CI), també anomenat xip o microxip, és una pastilla petita de material semiconductor on es fabriquen circuits electrònics, protegida en un encapsulat de plàstic o ceràmica. Té conductors metàl·lics per connectar-se a un circuit imprès.

Quins són els avantatges dels circuits integrats?

Els CI tenen un baix cost, perquè es fabriquen en cadena per fotolitografia amb una taxa de defectes molt baixa, i un alt rendiment, perquè la miniaturització redueix considerablement el consum d'energia.

Quins tipus de circuits integrats existeixen?

Hi ha tres tipus principals: els circuits monolítics, fabricats en un sol monocristall; els híbrids de capa fina, similars als monolítics però amb components difícils de fabricar en monolític; i els híbrids de capa gruixuda, que contenen components sobre un substrat dielèctric.

Què fa un controlador d'interrupcions programable (PIC)?

És un dispositiu que assigna nivells de prioritat a les interrupcions de sortida i les executa en ordre segons aquesta prioritat, donant-les a la CPU una a una.