microcircuito

Un microcircuito es un circuito electrónico completo comprimido en un solo sustrato, típicamente silicio, que mide solo milímetros. Contiene transistores, resistencias, condensadores e interconexiones, todos fabricados como una estructura unificada en lugar de componentes cableados separados. El término abarca lo que ahora se llama circuito integrado (IC), aunque microcircuito sigue siendo común en documentos técnicos antiguos y especificaciones militares.

La fabricación se basa en la fotolitografía, un proceso que utiliza luz para transferir patrones de circuitos a una oblea de silicio. Una fotomáscara define la geometría; la luz ultravioleta expone una capa de fotorresistencia; el grabado químico elimina el material no deseado. Esto se repite para múltiples capas, construyendo las estructuras de transistores y las pistas metálicas. Los tamaños de las características se han reducido de decenas de micrómetros en la década de 1970 a nanómetros en la actualidad, lo que permite miles de millones de transistores en un solo chip.

Los microcircuitos existen en clases funcionales discretas. Un microcircuito de integración a pequeña escala (SSI) contiene menos de 100 transistores y realiza operaciones lógicas básicas. Las integraciones a mediana y gran escala (MSI, LSI) añadieron miles o millones. Los microprocesadores y chips de memoria modernos son integraciones a muy gran escala (VLSI) con miles de millones de dispositivos. Cada clase cumple diferentes funciones: SSI en conmutación simple, microcontroladores en sistemas embebidos, procesadores en computación.

Restricciones térmicas y de fiabilidad

La densidad trae desafíos. La disipación de calor se vuelve crítica a medida que millones de transistores conmutan simultáneamente, generando una pérdida de potencia medida en vatios por milímetro cuadrado. La gestión térmica mediante disipadores de calor, pasta térmica o enfriamiento líquido directo es esencial para la fiabilidad. La electromigración, donde los átomos de metal se desplazan a lo largo de las interconexiones bajo alta densidad de corriente, acorta la vida útil del dispositivo; las reglas de diseño limitan la densidad de corriente para evitar este modo de fallo.

Los defectos de fabricación a escalas de micras y submicras requieren control estadístico de procesos y pruebas en múltiples etapas. El rendimiento, el porcentaje de chips funcionales de una oblea, afecta directamente el costo de producción. Una planta de fabricación moderna procesa cientos de obleas simultáneamente, cada una con cientos o miles de dados. La inversión en equipos de fotolitografía e infraestructura de sala limpia hace que la producción de microcircuitos sea intensiva en capital, razón por la cual se concentra en fundiciones especializadas en lugar de dispersarse entre los usuarios.