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El microchip y sus innumerables aplicaciones

Por: Mou D. Khamlichi
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El microchip o como también se le llama «circuito integrado» es un componente que podemos encontrar en cualquier dispositivo electrónico hoy en día. Su importancia es incalculable y es indudablemente uno de los mejores inventos en la historia. El microchip, como su nombre lo sugiere, es un artefacto de dimensiones pequeñas.

El microchip está conformado en su mayoría de silicio por sus propiedades de ser un material semiconductor. También, está compuesto por conductores metálicos y sus circuitos electrónicos se encuentran protegidos por un tipo de cápsula que puede ser de cerámica o plástico.

La historia de este gran invento es muy interesante y sus aplicaciones a la tecnología de la actualidad es de mucha importancia. Es difícil encontrar algún artefacto electrónico hoy en día que no tenga un microchip. Veamos la historia del circuito integrado (CI) o microchip y su avance a través de la historia.

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La historia del microchip

Sin duda el año 1958 fue el año de la creación del primer microchip o circuito integrado. El primer intento de la creación del microchip fue por parte de Werner Jacobi un ingeniero alemán que trabajaba en Siemens AG. Este hombre presentó una solicitud de patente para registrar el primer microchip o circuito integrado, pero esta fue rechazada.

Sin embargo, el creador del primer microchip o circuito integrado fue el ingeniero eléctrico y físico Jack St. Clair Kilby. Kilby quien apenas tenía un par de meses trabajando en Texas Instruments. Registró su solicitud de patente para el microchip, siendo así el 12 de septiembre de 1958 el día de la demostración del funcionamiento del circuito integrado.

El 6 de febrero de 1959 quedó registrada su solicitud de patente. En ella Kilby describió al microchip diciendo que era “un cuerpo material semiconductor en el que todos los componentes del circuito electrónico están completamente integrados”.

Este se trataba de un dispositivo que tenía integrado 6 transistores. El microchip estaba colocado en una misma base que servía de semiconductora y cumplía la función de oscilar en las rotaciones de la fase. El primero en interesarse en este nuevo invento fue la Fuerza Aérea de los Estados Unidos que inmediatamente se convirtió en un cliente del microchip.

Microship o circuito integrado

Otros microchips fueron creados

Luego de la creación del primer microchip por parte de Kilby llegaron más. Uno de estos fue el de Robert Noyce que en tan solo 6 meses después del primero ya estaba patentando un circuito integrado que había desarrollado. Este nuevo microchip tenía ciertas mejoras al diseño de Kilby. Por ejemplo, adicionó una capa de metal para poder mejorar la interconexión de los componentes.

Estos cambios permitieron a que el microchip se pudiera producir en masa ya que facilitó su manufactura. Otro factor que convirtió al microchip o circuito integrado en uno de los artefactos más reproducido, fue que Robert Noyce cofundó Intel Corporation y esta gran compañía se convirtió en uno de los más grandes fabricadores de microchips en el mundo.

El microchip siguió avanzando y cada vez formaba parte de más artefactos electrónicos. Tanto así que en el 1971 Intel presentó su primer microprocesador que podía ser comprado por el público en general. Y este estaba conformado por un microchip que acumulaba la cantidad de 2.300.000 transistores. Este microprocesador fue conocido como el 4004.

La utilización de los microchips o circuitos integrados fue clave para que luego IBM pudiera presentar su primera computadora personal. Lo mismo que hizo Apple en 1984 y también influyó directamente en la creación de la World Wide Web. Sin duda un invento que con tan solo medio siglo de invención cambió al mundo.

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El microchip hoy en día

El microchip siguió avanzando tecnológicamente y mejorándose. A la par se empezó a utilizar en todos los artefactos electrónicos. No hay un artefacto electrónico que no tenga un microchip. Incluso, estos se han usado para realizar experimentos, como por ejemplo el de las válvulas de vacío.

Las ventajas del microchip

El microchip trajo 3 grandes ventajas por sobre los circuitos electrónicos convencionales. Estas tres ventajas son las siguientes:

  • Costo. El costo de fabricación contribuyó en la masificación de los circuitos integrados. Al ser más económicos que un circuito electrónico convencional su reproducción se hizo mucho más fácil y su utilidad lo convirtió en un componente necesario.
  • Eficiencia energética. Al ser un microchip su gasto energético es muy poco, esto abrió una puerta al momento de utilizarlo en todos los artefactos electrónicos.
  • Tamaño reducido. Quizá la característica más particular y más determinante es el tamaño de este circuito integrado. Hoy en día un microchip puede contener millones de transistores en apenas unos milímetros cuadrados. Esto lo convierte en un componente de gran utilidad.

Una manera de comprender esto es comparando el primer procesador de Intel con uno de la misma empresa, pero del 2017. El procesador de 1971 contenía 2.300 transistores, mientras que el de 2017 contiene 1.75 mil millones de transistores. Esto le da una potencia 400.000 mil veces más que el modelo 4004.

Usos de microchip

Los circuitos integrados pueden utilizarse en muchas áreas, más de las que uno se puede imaginar, pero los microchips más avanzados y complejos se desarrollan en áreas específicas. Las áreas donde más se utilizan circuitos integrados son en los microprocesadores que se utilizan en las computadoras y en los teléfonos móviles.

Otros usos para los microchips son para chips de memoria y artefactos electrónicos del hogar, en el área de los automóviles y demás componentes electrónicos. Sin duda el uso de los circuitos integrados no tiene límites y su pequeño tamaño permite utilizarlo en todos estos componentes.

El constante avance tecnológico ha permitido mejorar las capacidades de los microchips. Estos cada vez son más pequeños, con un costo de producción menor y más capacidades. Sus fabricantes compiten por construirlos con tamaños más reducidos. Incluso, los hacen más potentes lo que ha ocasionado una competencia feroz.

El microchip o circuito integrado es uno de los inventos más importantes de la historia, está presente en casi todas las áreas, desde las computadoras hasta los teléfonos móviles. Su uso en la informática es de vital importancia y también tiene sus grandes aplicaciones en las comunicaciones y la manufactura. Hay quienes piensan que la Revolución Digital comenzó con el microchip.

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Tipos de microchip

Los microchips se dividen en tres tipos de circuitos integrados, esto se debe a sus diferentes usos. Veamos cuales son estos tres tipos y en que se diferencian.

  • Circuitos monolíticos. Este tipo de circuito integrado es fabricado en una sola pieza que se le conoce como monocristal. Esta pieza generalmente es de silicio. Pero, pueden ser también de galio, arseniuro o germanio entre otros materiales.
  • Circuitos híbridos de capa fina. Estos microchips contienen una fabricación diferente ya que cuentan con conversores. Así que su fabricación es híbrida, ya no son tan usados gracias a la fabricación de resistencias que son más precisas.
  • Circuitos híbridos de capa gruesa. Este tipo de microchip se diferencia mucho de los otros dos tipos, ya que tiene un tipo de fabricación totalmente diferente. Este circuito integrado contiene otro tipo de fabricación y sus complementos son diferentes.

Las resistencias se colocan a través del uso de la serigrafía y también realizando cortes con láser, todos los componentes se resguardan con una cápsula metálica o de plástico. En otras ocasiones se utiliza una cobertura de resina epoxi y esta protegerá al microchip.

Los usos para este tipo de circuitos híbridos son en áreas como la radio frecuencias. En el área automotriz donde es muy usado para los encendidos de los autos y también en las fuentes de alimentación de diferentes artefactos electrónicos.

Clasificación de los microchips

Como hemos mencionado anteriormente los microchips están conformados por varios componentes que están integrados en un pequeño circuito. El número de estos componentes determina la clasificación del microchip, veamos cuantas existen y cuál es su número de componentes.

  • SSI (integración de escala pequeña) para microchips pequeños con un nivel de 10 a 100 transistores, un circuito integrado pequeño y básico.
  • MSI (integración de escala mediana) este cuenta con una integración media de 101 a 1.000 transistores.
  • LSI (integración de escala grande) su integración es de 1.001 a 10.000 transistores.
  • VLSI (integración de escala muy grande) la integración de transistores es de 10.001 a 100.000.
  • ULSI (integración de escala ultra grande) a partir de este punto ya los microchips o circuitos integrados empiezan a tener millones de componentes. Este tiene de 100.001 a 1.000.000 transistores.
  • GLSI (integración de escala giga grande) es la clasificación más alta para un microchip y es para englobar a todos los circuitos integrados que contienen más de 1.000.000 de transistores.

La clasificación de los circuitos integrados esta denominada por sus siglas en ingles.

Grupos de microchips

Los microchips se pueden dividir en dos grandes grupos dependiendo de las funciones por las cuales se hayan fabricado. Estos se dividen en análogos y digitales, veamos cuáles son sus diferencias.

Análogos

El microchip análogo está fabricado con transistores que están encapsulados todos juntos, pero sin estar unidos entre ellos. Y estos se pueden usar en sistemas mucho más complejos y funcionales.

Digitales

Los microchips digitales, cubren un gran espectro de funciones, pueden realizar las funciones más básicas. Pero, también pueden ser circuitos con funciones más completas como microprocesadores y en aplicaciones aún más exigentes.

Cabe destacar que hay microchips que se fabrican específicamente para ejecutar tareas más complejas o para conformar un sistema donde se realizan más operaciones. El nivel de fabricación de los microchips es complicado por lo pequeño que se han vuelto a nivel microscópico, aunque esto los ha convertido en más eficaces.

Las dificultades del microchip

Desde su invención en 1958 el microchip ha superado constantemente dificultades y la mayoría de estas son tecnológicas. Con el paso del tiempo y del mismo avance de la tecnología estas se han ido solventando. Incluso, las mismas no han mermado en su totalidad ya que siguen siendo una limitante para el avance del microchip.

En función de mejorar sus capacidades y ampliar más sus aplicaciones, las dificultades que el microchip debe superar son las siguientes.

1.   La disipación de la potencia

Un problema que aún el microchip debe resolver es la disipación de la potencia. Mientras más sea el número de componentes que tenga el circuito integrado más será la potencia disipada.

Esto genera un problema de temperatura, lo que conlleva a que los artefactos que contengan muchos microchips deban utilizar protecciones térmicas para evitar fallas o daños. Además, los productos que por lo general sufren de estos problemas son los amplificadores de sonido. Ya que su alta exigencia de potencia suele causar sobrecalentamiento.

2.   Limitación en sus componentes

Los microchips están conformados por muchos componentes y por más que los avances tecnológicos han beneficiado la mejora de los circuitos integrados algunos componentes tienen sus propias limitaciones. Esto es lo que no permite que se avance con mucha más rapidez.

  • Inductores. Estos se utilizan regularmente en el área de radio frecuencia y el problema es que no se pueden integrar.
  • Condensadores. Su gran tamaño dificulta su utilización en microchips pequeños lo que hace que ocupe gran espacio en la arquitectura del circuito.
  • Resistores. El tamaño de los resistores no permite que sean usados en muchos componentes electrónicos. En la tecnología MOS ya casi no se utilizan ya que al requerir una gran superficie lo convierte en un problema para los microchips más potentes.

3.   Conectividad

La conectividad en un microchip es un factor muy importante, existe un problema para crear la conectividad eléctrica adecuada entre las partes del circuito. Este problema se suscita entre la cápsula, la base donde va el circuito y el chip. Esto puede llegar a limitar el funcionamiento. Este es un problema que han resuelto en gran parte los microchips digitales.

4.   Densidad de integración

Los microchips de hoy en día usan millones de transistores. Esta densidad de componentes en un espacio microscópico ocasiona que por lo general muchos componentes fallen al momento de su utilización. Al estar densamente integrados, esto puede causar problemas.

En algunos casos se colocan más transistores de los necesarios para que estos garanticen la conexión entre ellos y así poder conseguir un microchip funcional.

El microchip pilar de la Revolución Digital

Algunos consideran que el microchip es uno de los inventos más importantes para la electrónica y la informática. Además, el dominio de la Revolución Digital en la industria tiene mucho que ver por la creación del microchip.

Desde la invención del circuito integrado su inclusión en los artefactos electrónicos fue inminente. Sus capacidades y funcionamiento permitieron la creación de muchos artefactos electrónicos que sin un circuito integrado nunca hubiesen existido.

Sin duda el microchip es uno de los pilares de la Revolución Digital y su uso en el futuro parece seguir destacándose y mejorando con el avance de la tecnología.


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Mou D. Khamlichi

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