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Circuito integrado

Autor: Leandro Alegsa

28-02-2021

Um circuito integrado (mais freqüentemente chamado de CI, microchip, chip de silício, chip de computador ou chip) é uma peça de silício especialmente preparada (ou outro semicondutor) na qual um circuito eletrônico é gravado usando fotolitografia. Os chips de silício podem conter portões lógicos, processadores de computador, memória e dispositivos especiais. O chip é muito frágil e por isso normalmente é cercado por uma embalagem plástica para protegê-lo. O contato elétrico com o chip é proporcionado através de pequenos fios que conectam o chip a pinos de metal maiores que saem da embalagem.

Um CI tem duas vantagens principais sobre circuitos discretos: custo e desempenho. O custo é baixo, porque milhões de transistores podem ser colocados em um chip em vez de construir um circuito com um único transistor. O desempenho é maior, pois os componentes podem operar mais rapidamente e usar menos energia.

Os CIs são projetados para diferentes propósitos. Um chip pode ser projetado apenas para uma calculadora, que só pode funcionar como uma calculadora. Os circuitos integrados podem ser classificados em sinal analógico, digital e misto (tanto analógico como digital no mesmo chip).

Semicondutor

Um semicondutor como o silício pode ser controlado para permitir (ou não permitir) o fluxo de corrente. Isto permite fazer transistores que podem se controlar uns aos outros. Eles são encontrados em muitos itens domésticos como rádios, computadores e telefones, e muitos outros. Outros dispositivos semicondutores incluem células solares, diodos e LEDs (diodos emissores de luz).

Vista lateral do pacote duplo em linha (DIP)

Foto do Pacote Plástico Quad Plano (PQFP)

Invenção

Em 1958 e 1959, duas pessoas tiveram a idéia de um circuito integrado quase exatamente ao mesmo tempo. Os transístores tinham se tornado uma coisa cotidiana utilizada em aparelhos domésticos, como rádios. Eles afetavam tudo, desde rádios a telefones e, na época, os fabricantes precisavam de um substituto menor para os tubos de vácuo. Os transístores eram menores que os tubos de vácuo, mas para alguns dos mais novos componentes eletrônicos, por exemplo, a orientação de mísseis, eles não eram suficientemente pequenos.

Um dia em julho, Jack Kilby estava trabalhando na Texas Instruments quando lhe ocorreu que todas as partes de um circuito, não apenas o transistor, podiam ser feitas de silício. Na época, ninguém estava colocando capacitores e resistores nos circuitos integrados. Isto mudaria o futuro e tornaria mais fácil produzir e vender circuitos integrados. O chefe do Kilby gostou da idéia e lhe disse para começar a trabalhar. Em 12 de setembro, Kilby tinha construído um modelo de trabalho, e em 6 de fevereiro, a Texas Instruments registrou uma patente. Seu primeiro "Circuito Sólido" tinha o tamanho de uma ponta de um dedo.

Enquanto isso, na Califórnia, outro homem teve a mesma idéia. Em janeiro de 1959, Robert Noyce trabalhava na pequena empresa startup Fairchild Semiconductor. Ele também percebeu que um circuito inteiro poderia ser colocado em um único chip. Enquanto Kilby tinha trabalhado nos detalhes da fabricação de componentes individuais, Noyce pensou em uma maneira muito melhor de conectar as peças. O projeto foi chamado de "circuito unitário". Todos esses detalhes compensaram porque, em 25 de abril de 1961, o escritório de patentes concedeu a primeira patente de um circuito integrado a Robert Noyce enquanto o pedido da Kilby ainda estava sendo analisado. Hoje, ambos os homens são reconhecidos como tendo concebido a idéia de forma independente.

Logo houve dois tipos de circuito integrado: híbrido (HIC) e monolítico (MIC). Os híbridos morreram no final do século 20.

Gerações

Nome	Período	Números de Transistores em cada chip(aproximadamente)
SSI (Integração em Pequena Escala)	início da década de 1960	um chip contém apenas alguns transistores
MSI (Integração em Média Escala)	final da década de 1960	centenas de transistores em cada chip
LSI (Integração em Grande Escala)	meados da década de 1970	dezenas de milhares de transistores por chip
VLSI (Very Large-Scale Integration)	final do dia 20 século	centenas de milhares de transistores
ULSI (Ultra-Large Scale Integration)	Século 21	mais de 1 milhão de transistores

※ A diferença entre VLSI e ULSI não está bem definida.

Classificação

Os circuitos integrados podem ser embalados como DIP (Dual in-line package), PLCC (Plastic leaded chip carrier), TSOP (Thin small-outline package), PQFP (Plastic Quad Flat Pack) e outros tipos de pacotes de chips. Alguns pequenos são empacotados para tecnologia de montagem em superfície. Os transístores internos podem ser transístores bipolares em circuitos incomuns, como aqueles que necessitam de velocidades de comutação muito altas. A maioria, no entanto, são MOSFETs.

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Perguntas e Respostas

P: O que é um circuito integrado?

R: Um circuito integrado, também conhecido como IC ou microchip, é um pedaço de silício especialmente preparado no qual um circuito eletrônico é gravado por meio de fotolitografia.

P: Quais são alguns exemplos de dispositivos que podem ser incluídos em um chip de silício?

R: Os chips de silício podem conter portas lógicas, processadores de computador, memória e dispositivos especiais.

P: Por que é usada uma embalagem plástica para envolver o chip?

R: O chip é muito frágil, portanto, uma embalagem plástica é usada para protegê-lo.

P: Como é feito o contato elétrico com o chip?

R: O contato elétrico com o chip é feito por meio de pequenos fios que conectam o chip a pinos metálicos maiores que saem do pacote.

P: Quais são as duas vantagens de usar CIs em vez de circuitos discretos?

R: Os CIs têm duas vantagens principais em relação aos circuitos discretos: custo e desempenho. O custo é baixo porque milhões de transistores podem ser colocados em um chip em vez de construir um circuito com transistores individuais. O desempenho é maior porque os componentes podem operar mais rapidamente e usar menos energia.

P: Quais são os diferentes tipos de CIs?

R: Os circuitos integrados podem ser classificados em analógicos, digitais e de sinal misto (analógicos e digitais no mesmo chip).

P: Um único chip pode ser projetado para uma finalidade específica?

R: Sim, um chip pode ser projetado para uma finalidade específica, como um chip de calculadora que só pode funcionar como calculadora.