Circuit integrat

Un circuit integrat (també conegut com a xip o microxip) és una pastilla o xip on es troben tots els components electrònics necessaris per realitzar una funció. Aquests components estan formats, principalment, per condensadors, díodes, resistències i transistors.[1] La grandària dels circuits integrats és semblant a la d’un transistor corrent, de manera que llur descobriment ha permès una miniaturització dels circuits electrònics i ha donat lloc a la microelectrònica.[1]

Tres xips
Circuit integrat d'un microxip de memòria EPROM que mostra els blocs de memòria, els circuits de suport i els cables fins que connecten el dau del circuit integrat al suport.

El primer circuit integrat es va desenvolupar l'any 1958, el va crear Jack Kilby quan treballava per Texas Instruments,[2] que el va patentar el 6 de febrer de 1959.[3] Aquest circuit estava format només per sis transistors. L'any 2000 va rebre el Premi Nobel de Física per aquest invent.[4]

IntroduccióModifica

 
El dau d'un Intel 8742, un microcontrolador NMOS de 8 bits que inclou una CPU que funciona a 12 MHz, 128 bytes de RAM, 2048 bytes d'EPROM i E/S al mateix xip.

Els circuits integrats foren possibles gràcies a descobriments experimentals que demostraren que els semiconductors poden realitzar les funcions dels tubs de buit. La integració de grans quantitats de diminuts transistors en petits xips va esdevenir un enorme avanç sobre l'assamblatge manual dels tubs de buit (vàlvules) i circuits usant components discrets. La capacitat de producció massiva de circuits integrats, confiabilitat i facilitat d'afegir-hi complexitat, va imposar l'estandardització dels CIs en lloc dels dissenys utilitzant transistors, que aviat van deixar obsolets a les vàlvules o tubs de buit.

Existeixen dos avantatges principals dels CIs sobre els circuits convencionals: cost i rendiment. El baix cost és a causa del fet que els xips, amb tots els seus components, són gravats en una sola peça per fotolitografia i no construint els transistors un a un.[1]

 
Estructura esquemàtica d'un xip CMOS, tal com es va construir a principis dels anys 2000. El gràfic mostra els LDD-MISFET en un substrat SOI amb cinc capes de metal·lització i un cop de soldadura per a la unió del xip.

Avanços en els circuits integratsModifica

Entre els circuits integrats més recents hi ha els microprocessadors, que controlen des de computadors fins a telèfons mòbils i forns microones. Els xips de memòria digitals són una altra família de circuits integrats que són d'importància crucial per a la moderna societat de la informació. Mentre que el cost de dissenyar i desenvolupar un circuit integrat complex és força alt, quan es reparteix entre milions d'unitats de producció, el cost individual de cada CI es redueix al mínim. L'eficiència dels CIs és alta a causa del fet que la petita mida dels xips permet connexions curtes que possibilita l'ús de lògica de baix consum (com és el cas del CMOS en altes velocitats de commutació.

Amb el transcurs dels anys, els CIs estan constantment migrant a mides més petites i amb millors característiques, permetent que hi hagi més circuits empaquetats a cada xip (vegeu la llei de Moore). Al mateix temps que la mida es redueix, pràcticament tot millora (el cost i el consum d'energia disminueix i la velocitat augmenta).

Popularitat dels CIModifica

Només ha transcorregut mig segle des que es va iniciar el seu desenvolupament i els circuits integrats s'han tornat gairebé omnipresents. Ordinadors, telèfons mòbils i altres aplicacions digitals són ara parts importantíssimes de les societats modernes. La informàtica, les comunicacions, la manufactura i els sistemes de transport, incloent Internet, tots depenen de l'existència dels circuits integrats. De fet, molts estudiosos pensen que la revolució digital causada pels circuits integrats és un dels esdeveniments més significatius de la història de la humanitat.

ClassificacióModifica

Segons el nombre d'elementsModifica

  • SSI (Small Scale Integration) petita escala: inferior a 12
  • MSI (Medium Scale Integration) circuit integrat a escala mitjana:[5] 12 a 99
  • LSI (Large Scale Integration) circuit integrat a gran escala:[6] 100 a 9.999
  • VLSI (Very Large Scale Integration) circuit integrat a molt gran escala:[7] 10.000 a 99.999
  • ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra gran escala: igual o superior a 100.000

Els processadors evidentment s'escapen d'aquesta escala, car actualment estan formats per centenars de milions de transistors.

Segons les funcions integradesModifica

Es classifiquen en tres grans grups:

  • Circuits integrats híbrids[8] (de tecnologia mixta analògic-digital). Cada vegada més els circuits analògics incorporen funcionalitats digitals.

EncapsulatsModifica

Quant a la interfície externa existeixen multitud d'encapsulats:

  • Tecnologia convencional de soldadora amb forats passants
  • Tecnologia d'encapsulats de soldadura superficial

ReferènciesModifica

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 «Circuit integrat». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  2. «Jack Kilby» (en anglès). TI. [Consulta: 16 juny 2014].
  3. Kilby, Jack S. «Miniaturized Electronic Circuits». US Patent 3,138,743. United States Patent Office, 23-06-1964.
  4. «The Nobel Prize in Physics 2000» (en anglès). [Consulta: 16 juny 2014].
  5. «Circuit integrat». Cercaterm. TERMCAT, Centre de Terminologia.
  6. «Circuit integrat». Cercaterm. TERMCAT, Centre de Terminologia.
  7. «Circuit integrat». Cercaterm. TERMCAT, Centre de Terminologia.
  8. «Circuit integrat». Cercaterm. TERMCAT, Centre de Terminologia.

Vegeu tambéModifica