Txip

Wikipedia(e)tik
Hona jo: nabigazioa, Bilatu
Gaur egungo zirkuitu txertatu bat

Txipa zirkuitu elektroniko miniaturizatu bat da, material erdieroalezko elementu batean egina. Zirkuitu integratu[1]batean milakatik milioikatara dispositibo elektroniko egon daitezke. Txipetan batez ere diodoak eta transistoreak egoten dira, baina elementu pasiboak ere izaten dira, adibidez, erresistentziak. Zirkuitu txertatuak ia tresna elektroniko guztietan erabiltzen dira, eta beraien erabilera izugarrizko iraultza izan da elektronikaren munduan. Txipen ekoizpen merkeak eragin du gaur egungo gizarte modernoan hain erabiliak diren ordenagailu, mugikor eta beste tresna digitalak eskuragarri izatea.

Lehenengo txipa 1958an sortu zuen Jack Kilby ingeniariak. Germaniozko dispositibo bat zen, sei transistore zituena.

Historia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

1949ko apirilean, Werner Jacobi ingeniari alemaniarrak, erdieroaleak dituen dispositibo anplifikagailuz osatutako zirkuitu txertatuentzako lehenengo patente-eskaera egin zuen.

Geoffrey Dummer, 1950eko hamarkadan.

Geroago, Geoffrey Dummer (1909-2002) zientzialariak zirkuituen txertaketa asmatu zuen[2]. 1940ko hamarkadaren amaieran eta 1950ko hamarkadaren hasieran, Dummer-ek Erresuma Batuko Ministerioko Royal Radar Establezimenduan lan egin zuen. ]

Texas Instruments[3] enpresan kontratatuta egon eta gero, Jack S. Kilby (1923-2005) ingeniariak 1959an lehenengo zirkuitu txertatua garatu zuen. Zirkuitu txertatu hau sei transistorez osatutako germaniozko dispositibo bat zen.

2000. urtean Kilby-k Fisikako Nobel Saria jaso zuen[4], teknologiaren garapenean bere asmakizunek egindako ekarpenagatik[5].

Robert Noyce-k bere zirkuitu txertatu propioa garatu zuen. Sei hilabete behar izan zituen sortzeko, eta gero, patentatu zuen. Kilby-ren zirkuituaren zenbait arazo praktikori irtenbidea eman zien, adibidez, osagai guztien interkonexioarena. Masa-produkzioa hobetzeko,txipa sinplifikatu behar zen. Horretarako azkeneko geruzari silizioa gehitu zion, eta konexio batzuk ezabatu zituen. Noycek zirkuitu txertatuen aurrelaria eta gaur egungo zirkuitu txertatuen ekoizle famatuaren, Intel Corporation, kofundatzailea izan zen.

Zirkuitu txertatuak gaur egungo gailu elektroniko guztietan topa daitezke, erlojuetan, autoetan, telebistetan, MP3 erreproduzitzaileetan, telefono mugikorretan, ordenagailuetan, medikuntzako ekipamenduetan eta abar. Erdieroaleek huts-balbulen zenbait funtzio egin zezaketela esperimentalki frogatu zenean, teknologia honen garapena posiblea izan zen. Egiaztapen hauek, saiakuntza-ikerketa batzuen ondorioz lortu ziren.

Aurrerapen izugarria gertatu zen transistore kopuru handiak txip txikietan txertatzea lortu zenean.

Balbulez eta osagai diskretuz osaturiko zirkuituak azkar ordeztu ziren. Ordezkapen hau hiru arrazoi nagusiengatik gertatu zen: zirkuitu txertatuen ekoizpen masiboa, beraien fidagarritasuna eta hauei konplexutasuna gehitzeko erraztasuna.

Hiru dira zirkuitu txertatuen abantailak zirkuitu tradizionalekiko: kostu baxua, efizientzia energetiko hobea eta tamaina txikia. Zirkuitu hauek siliziozko olata batean fotolitografiaz inprimatzen direnez, beraien kostua baxua da. Prozesu honi esker, zirkuitu txertatuak kate-produkzioan kantitate handietan ekoiztu daitezke akats gutxiekin. Zirkuituen osagaiak oso txikiak direnez efizientzia hobea ematen da, eta hauen energia-igorpena osagai diskretuz osatutako zirkuituen igorpena baino askoz txikiagoa da. Zirkuitu txertatuen eta zirkuitu tradizionalen tamainan desberdintasun handia dago. Osagai diskretuz osaturiko zirkuitu batean transistore batek milimetro karratu batzuk hartzen ditu eta zirkuitu txertatu batean, aldiz, milioika transistore sartu daitezke milimetro karratu batzuetan. XX. mendearen erdialdean gailu erdieroaleen ekoizpenean egondako garapenek ahalbidetu zuten zirkuitu txertatuen garapena.

Mikroprozesadoreak dira zirkuitu txertatu konplexuenak eta garatuenak. Hauek gailu ugari kontrolatzen dituzte, telefono mugikorretatik eta mikrouhinen labeetatik ordenagailuetaraino.

Memoria digitaletako txipak zirkuitu txertatuen familiakoak dira, eta gaur egungo gizarte modernorako garrantzia handia daukate. Zirkuitu txertatu bakarra diseinatzea eta ekoiztea oso garestia da, baina milioika unitate fabrikatzerakoan kostua minimora jaisten da. Zirkuitu txertatuen efizientzia oso altua da, hauen tamaina txikiagatik. Honek konexio laburrak eta abiadura altukoak izatea baimentzen du, eta horrela, erabilitako logika kontsumo baxukoa da, adibidez CMOS. Urteak pasa ahala, zirkuitu txertatuak asko garatu dira: ezaugarri, prestakuntza, errendimendu, energia-kontsumo, efizientzia eta eraginkortasun hoberekin (ikus Mooreren legea).

CMOS transistore bat


Nahiz eta erabiltzaileak ez hauteman aldaketa azkar hauek, fabrikatzaileen artean konpetentzia izugarria dago. Adibidez, hurrengo urteetan zirkuitu txertatuen munduan gertatuko diren aldaketak International Technology Roadmap for Semiconductors delakoak adierazten ditu.

Ospea[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Mende erdi bat besterik ez da igaro da zirkuitu txertatuak garatzen hasi zirenetik, eta gaur egun nonahi aurki ditzakegu. Ordenagailuak, mugikorrak eta beste hainbat aplikazio digital gizarte modernoaren parte bilakatu dira. Informatikak, komunikazioak, manufakturak, garraio-sistemak eta internetak besteak beste, zirkuitu txertatuen menpe daude. Gainera, hainbat adituk diotenez, zirkuitu txertatuek sorturiko iraultza gizakiaren historiako handienetarikoa izan da.

Motak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Zirkuti txertatu bat

Gutxienez hiru mota ezberdineko zirkuitu txertatuak daude:

  • Zirkuitu monolitikoak: monokristal batekin eratuta daude. Normalean siliziozkoak izaten dira, baina germanio, galio arseniuro edo silizio-germanioarekin egindakoak ere aurki daitezke.
  • Geruza meheko zirkuitu hibridoak: zirkuitu monolitikoen oso antzerakoak dira, baina, teknologia monolitikoarekin eraikitzerakoan, osagai zailak erabili dira. A/D bihurgailu eta D/A bihurgailu asko teknologia hibridoan eraiki ziren, teknologiaren garapenak erresistentzia zehatzak eraikitzea ahalbidetu zuen arte.
  • Geruza lodiko zirkuitu hibridoak: Zirkuitu monolitikoetatik aldentzen dira. Kapsula gabeko zirkuitu monolitikoz osatuta egon ohi dira, transistoreak, diodoak eta abar oinarri dielektriko batean kokatuta eta pista eroalez konektaturik.Erresistentziak serigrafia bidez jarri eta laser-ebaketa bat eginez doitzen dira. Hau guztia plastikozko edo metalezko kapsuletan sartzen da, xahutzen den beroaren arabera. Kasu askotan, kapsula ez da moldeatzen, eta epoxi erretxinarekin estaltzen da babes handiagoa lortzeko. Zirkuitu hauek irrati-frekuentzia moduluetan (RF), elikadura-iturri, autoetako abioetan eta abar aurki daitezke.

Sailkapena[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Txipak erabilitako osagai-kopuruaren arabera sailkatu daitezke:

  • SSI (ingelesez, Small Scale Integration) maila txikia: 10-100 transistore.
  • MSI (ingelesez, Medium Scale Integration) maila ertaina: 101-1.000 transistore.
  • LSI (ingelesez, Large Scale Integration) maila handia: 1.001-10.000 transistore[6].
  • VLSI (ingelesez, Very Large Scale Integration) maila oso handia: 10.001-100.000 transistore.
  • ULSI (ingelesez, Ultra Large Scale Integration) maila ultra handia: 100.001-1.000.000 transistore[7].
  • GLSI (ingelesez, Giga Large Scale Integration) maila giga handia: milioi bat baino transistore gehiago.

Integratutako funtzioen arabera, zirkuituak bi talde handitan banatzen dira:

Zirkuitu txertatu analogikoak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Transistore sinple batzuetatik , anplifikadore, osziladore edo irrati-hartzaile bezalako zirkuitu erabilgarrietaraino heldu daitezke.

Zirkuitu txertatu digitalak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Gaur egungo zirkuitu konplexu baten diseinua

Oinarrizko ate logiko batzuetatik (AND, OR, NOT) mikroprozesagailu edo mikrokontrolatzaile batzuetaraino izan daitezke.

Orokorrean zirkuitu txertatuen fabrikazioa konplexua da, osatzen duten osagaien integrazioa espazio oso txiki batean egin behar delako. Bestalde, zirkuitu zaharragoekin alderatuz, muntaia eraginkorragoa eta azkarragoa da.

Zirkuitu integratuen mugak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Zirkuitu integratuak egiterakoan, muga fisiko eta ekonomikoak agertzen dira. Teknologia garatzean mugak aldentzen diren arren, ez dira desagertzen. Hauek dira horietako batzuk:

Potentziaren xahutzea[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Zirkuitu elektrikoek potentzia xahutzen dute. Zirkuituko osagai-kopurua handitzen bada, zirkuitua gehiago berotuko da, eta xahutuko den potentzia handiagoa izango beharko da. Gainera, kasu askotan berrelikadura positiboa denez, tenperaturaren igoerak korronte handiagoak eragingo ditu. Fenomeno honi neurrigabeko beroketa termikoa deitzen zaio. Beroketa honek zirkuitua apurtu dezake. Audio-anplifikagailuak eta tentsio-erregulatzaileak fenomeno hau jasateko erraztasuna dutenez, bero-babesa eramaten dute.

Potentzia-zirkuituak energia gehien xahutzen dutenak dira. Hau dela eta, metalezko zatiak dituen kapsula bat eramaten dute. Metal zati hauek txiparekin kontaktuan daudenez, beroa disipatzen dute. Hala ere, silikonaz egindako kapsula berriek energia gehiago disipatzen dute tamaina txikiagoarekin besteek baino.

Zirkuitu digitalek arazo hau konpontzen dute elikadura-tentsioa txikituz eta kontsumo txikiko teknologiak erabiliz. Hala ere, integrazio gehiago eta abiadura gehiago duten zirkuituetan, beroaren xahutzea da arazorik handienetarikoa.

Kapazitateak eta autoindukzio-parasitoak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Efektu hau zirkuituaren, txiparen eta kapsularen arteko konexio elektrikoei eragiten dio, bere frekuentzia mugatuz. Zirkuitu digitaletan bus kitzikatzaileetan, erloju-gsorgailuetan, irratietan, mikrouhinetan eta abar oso garrantzitsua da inpedantzia(Z) mantentzea.

Osagaien mugak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  • Erresistentziak: Ez dira oso erabiliak, oso handiak direlako. Hau dela eta, balio ohmniko(Ω) gutxikoak erabiltzen dira eta MOS teknologian ia ezabatu egiten dira.
  • Kondentsadoreak: Beraien tamaina dela eta, balore faradiko (f) txikikoak izango dira. Adibidez, μA741 anplifikadorean, kondentsadoreak txiparen tamainaren laurdena izango da.
  • Induktoreak: irrati-frekuentziako zirkuituetan erabiltzen dira, gehienak hibridoak izanik. Orokorrean ez dira integratzen.

Integrazio-dentsitatea[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Fabrikazio-prozesuetan akatsak pilatzen dira. Honek bukaerako produktuan akats batzuk ekarriko ditu. Hau dela eta, memoria zirkuituetan, milioika transistore dituztenak, beharrezkoak baino gehiago instalatzen dira, akatsak dituztenak ordezkatu ahal izateko.

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]


Commons-logo.svg
Commonsen badira fitxategi gehiago, gai hau dutenak:
Txip


Zirriborro Artikulu hau zirriborroa da. Wikipedia lagun dezakezu edukia osatuz.