J. Mayoral (Fundación Instituto de Ingeniería)
Índice:
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RESUMEN: |
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PERSPECTIVAS PARA LA MICROELECTRONICA EN VENEZUELA
A mediados del año 1983, se reunieron en la Fundación Instituto de Ingeniería bajo los auspicios del CONICIT y de la F.I.I., un nutrido grupo de investigadores, industriales, planificadores y representantes de instituciones gubernamentales con los siguientes objetivos:
A continuación presentamos en un estudio documentado, las perspectivas para Venezuela en cada una de las áreas de la microelectrónica en el contexto de las actividades que se realizan a nivel internacional.
Posteriormente resumimos la política que se ha desarrollado en algunas instituciones del Estado, en relación con la Ingeniería Electrónica, así como el apoyo financiero que por parte de los entes financieros del Estado, han recibido tanto la Industria como los Centros de Tecnología para realizar desarrollos tecnológicos. Concluimos este análisis con las recomendaciones de los participantes de este Primer Taller de Microelectrónica.
La Figura N° 1 presenta áreas definidas en el campo de la Microelectrónica.FIGURA N° 1
| AREAS DE LA MICROELECTRONICA |
| Dispositivos y circuitos analógicos e integrados de baja potencia. |
| Circuitos Híbridos de película gruesa y delgada. |
| Circuitos y componentes de microondas. |
| Sistemas para fibras ópticas. |
| Dispositivos de potencia (Diodos, Transistores, y rectificadores.) |
| Celdas solares y fotovoltáicas. |
| Diseño por computador. |
| Manufactura computarizada. |
| Aplicaciones de microprocesadores. |
| Diseño de protocolos. |
El acelerado desarrollo del campo de la microelectrónica, se debió fundamentalmente a los avances logrados, desde la invención del transistor en 1947 en los Laboratorios Bell, en el área de los circuitos integrados.
Durante las décadas de los sesenta y setenta se registraron desarrollos como: el transistor de efecto de campo, dispositivo que permitió la obtención de mayores densidades de dispositivos por chip.
- Se mejoró el proceso litográfico para producir integrados con espesores de línea del orden de micrones.
- Se anuncia la producción en 1976 de un computador de 8 bits con 20 mil transistores por chip (Corporación INTEL).
Fue necesario definir una escala de integración de circuito electrónico monolítico, de acuerdo al número de componentes por chip. Esta escala va desde integración a baja escala (SSI) con 2-64 componentes pasando por integración a media escala (MSI) con 65-2048 componentes, e integración a gran escala (LSI) con 2049-65536 componentes hasta integración a muy qrande escala (VLSI) con 65537-2097152 componentes (6).
El desarrollo de las tecnologías LSI y VLSI permitieron el desarrollo del microprocesador (chip que contiene toda la unidad central de procesamiento -CPU- de un computador).
En la Figura N° 2 se resume las proyecciones de los avances en tecnologías relacionadas con integrados. (1.2)
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AÑO |
TECNOLOGIA |
AUMENTO INTERANUAL |
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1981 |
Espesores de Línea |
2.5 micrones |
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2000 |
Espesores de Línea |
0.25 micrones |
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1981 |
Componentes por Chip |
64.000 |
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1988 |
Componentes por Chip |
1.000.000 (Proyectado) |
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Capacidad de Memoria |
70% |
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Densidad Lógica |
25% |
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Area de Chip |
20% |
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Potencia-Retardo |
1/2 |
Fuente: J. Allen. Lab. de Electrónica. M.I.T.
A nivel internacional la producción de integrados de baja potencia, es controlada por empresas transnacionales que financian grandes planteles de personal calificado e invierten cuantiosos recursos en I & D de esta tecnología. Veamos algunos ejemplos:
En el Japón, el Ministerio de Ciencias e Industria en conjunto con las siguientes compañías FUJITSU, LTD., HITACHI, LTD., MATSUSHITA ELEC. IND., CO, SHARP, CO., TOSHIBA, CORP., NEC CORP., OKI ELEC. IND. CO., MITSUBISHI ELEC. CO., financian el Instituto Japonés de Tecnología para la Nueva Generación de Computadores (ICOT). Este instituto estudia los requerimientos en computación para la década de los 90 y su implementación.
En los EE.UU., varias firmas de electrónica profesional constituyen en 1982 la Corporación de Investigación en Semiconductores (SRC). Esta Corporación invierte 4 millones en el desarrollo de una memoria de acceso aleatorio (RAM).
El gobierno americano, también financia junto con la Universidad de Stanford y 19 Corporaciones, el Centro Universitario para Sistemas Integrados a un costo de US $15 millones; allí se realiza investigación y desarrollo en VLSI.
En la Costa Este de los EE.UU., encontramos el Centro de Microelectrónica de Carolina del Norte Complejo Universitario Industrial con un centro de investigación industrial que posee una infraestructura de US $30 millones y un presupuesto anual de US $10 millones.
En Texas, encontramos la Corporación de Tecnología de Computación y Microelectrónica (MCC) cuya dedicación es simular al ICOT Japonés y que posee un presupuesto de US $50 millones para su primer año de operación.
Esfuerzos similares se realizan en Europa donde los piases del mercado común desarrollan el Programa Energético Europeo para investigación en Tecnología de información (ESPRIT) La organización de este programa compromete a unas doce compañías, laboratorios de investigación y organismos gubernamentales. Su presupuesto es de US $1.500 millones para los próximos cinco años y el proyecto ESPRIT, está en su año piloto de funcionamiento (3)
Este enfoque cooperativo hacia el desarrollo y producción de circuitería integrada limita las expectativas de los países del Tercer Mundo para desarrollar estas actividades individualmente. Sin embargo, debemos estar claros que nuestro desarrollo depende en parte de la posibilidad de adquirir estos sistemas sin restricciones. No debe dejarse tampoco, de estudiar seriamente las posibilidades cooperativas en sentido.
En el caso venezolano es difícil predecir el desarrollo en esta área de microelectrónica. En el país existe un laboratorio experimental de circuitos integrados con tecnología de silicio y resolución de hasta 5 micrones.
Si queremos dominar la manufactura de 1C, debemos tomar decisiones de entrenamiento de recursos humanos adicionales y efectuar inversiones cuantiosas hasta dominar tecnologías periféricas, tales como:
Tecnologías para crecer y definir materiales de muy alta calidad y pureza en forma continua y reproducible (semiconductores de silicio aisladores (Si), aisladores (Si02) y metales (Al, W, Pd).
Tecnologías de dopaje, etching, metalización y pasivación.
Tecnologías de encapsulamiento y empaquetamiento.
Capacidad de manejar sistemas de diseño en forma automática y con confiabilidad a pesar de su complejidad.
Poseer la capacidad de simulación y optimización para minimizar las exigencias de fabricación.
Establecer procedimientos eficientes de control de calidad de insumos y productos.
La magnitud de la inversión para llevar el laboratorio existente a la capacidad de producción industrial es de varios millones de dólares y sólo se puede lograr con el decidido apoyo del Gobierno o a través de acuerdos internacionales de envergadura.
Es difícil pensar que con la economía actual y el mercado local Venezuela pueda absorber un número de circuitos integrados para justificar la fabricación local de una amplia gama de dispositivos convencionales.
Algunas opciones que pudiesen considerarse serían la producción de integrados con tecnologías bien establecidas (MSI o menos). Esto requeriría de medidas especiales de protección para eliminar la competencia internacional. Se podrían también producir cantidades limitadas de productos (hechos a la medida) con tecnologías avanzadas (VLSI, LSI) y que gocen inicialmente de subsidios. (4).
Es natural pensar que los probables desarrollos en el área serán independientes de las iniciativas de envergadura, probablemente orientadas hacia la fabricación de fotodetectores y dispositivos de potencia.
El sector de microelectrónica ofrece una de las perspectivas de desarrollo más halagadoras para los próximos cinco años en Venezuela.
El país ha decidido expandir su sistema de comunicaciones (telefónica, data, etc.) y dentro de este contexto se asegura la aplicación de la circuitería híbrida. En los laboratorios de la F.I.I. se ha demostrado por primera vez en el país la actividad técnica de producir circuitos híbridos de película gruesa y la experiencia industrial de quince años en impresos ha definido algunos de los circuitos que debiesen hibridizarse inmediatamente y que tienen amplias posibilidades de mercado.
La tecnología requerida para fabricar los circuitos híbridos es relativamente sencilla, pues representa un compromiso entre el circuito impreso y el circuito integrado. Esencialmente el circuito híbrido consiste en un sustrato de cerámica sobre el cual se estruyen resistencias, líneas conductoras y contactos por un proceso serigráfico. Los condensadores, diodos, transistores e integrados son colocados posteriormente de acuerdo al diseño sobre las pastas endurecidas.
Tanto las pastas como los elementos activos del circuito son importados.
Las ventajas del circuito híbrido sobre un circuito impreso, la reducción de tamaño y peso, así como el aumento en la confiabilidad.
Con respecto a los circuitos integrados son ventajosos en cuanto a infraestructura de producciones menores al millón de circuitos, pues las condiciones de fabricación no requieren de los ambientes y calidad de agua super limpios de los integrados. En síntesis, la inversión inicial por producir circuitos híbridos es varias ordenes de magnitud inferior que la necesaria para fabricar los integrados.
Los planes inmediatos de la F.I.I. son transformar la línea de producción experimental de circuitos híbridos hasta llevarla a una capacidad de producción de 100.000 circuitos anuales. Las máscaras serán fabricadas usando los equipos de laboratorio de integrados. El paso siguiente en cuanto a desarrolle será dominar, tanto las tecnologías de híbridos de capa delgada como los procesos de fabricación de las pastas. (5)
CIRCUITOS INTEGRADOS DE MICROONDA
Los dispositivos de microondas han sido los móviles principales para el desarrollo de las tecnologías litográficas en las ordenes de espesor de línea del micrón y menores, debido a la búsqueda de dispositivos con una mayor respuesta de frecuencia o sus equivalentes lógicos con los tiempos de transistores menores. (6)
Con el desarrollo del transistor de efecto de campo de Arsenuro de Galio en los años 70 se abrió el campo para los dispositivos de alta frecuencia.
Estos dispositivos planos en la actualidad son depositados sobre sustratos aislantes para producir, tanto dispositivos pasivos (acopladores de impedancia microstrip) como activos (transistores FET de Arsenuro Galio).
Al igual que en los circuitos híbridos, la incorporación de dispositivos y componentes activos comerciales a circuitos pasivos diseñados en Venezuela representa una tecnología adecuada para países como el nuestro.
La F.I.I. tiene planes concretos en cuanto al desarrollo de elementos microstrip pasivos y su producción e incorporación de componentes activos importados. (7)
También pensamos diseñar igualmente, redes de telecomunicaciones. Otra las perspectivas reales de desarrollo, es la tecnología de Arsenuro Galio en relación con dispositivos activos de alta frecuencia.
COMPONENTES Y SISTEMAS BASADOS EN FIBRAS OPTICAS
Durante los últimos años se ha avanzado mucho en el diseño de sistemas de comunicación por fibras ópticas. Estos avances se han debido fundamentalmente a la manufactura en 1970 por parte de la Compañía Corning Glass de una fibra de Dióxido de Silicio puro con pérdida por atenuación de la luz trasmitida a través de la fibra es del orden de 20 db/Km. a una densidad óptica 0.85 nm.
Para 1979 el desarrollo del campo era tal que se reprotaban atenuaciones de 0,2 db/Km. de longitudes de onda de 1.55 nm. (8)
Estas pérdidas bajan junto con otra característica intrínseca de la fibra (ancho de banda, no afectado por pulsos de radiación electromagnética, ni por humedad, poca interconexión o “ligado” de canales, peso y costo bajo) hacen atractivo el uso de sistemas de fibras óptica como sistemas de comunicaciones integrales (datos, telefonía, ancho, TV), pues representa un mejoramiento de 30 veces sobre sistemas convencionales digitales de radiotelecomunicaciones. (9)
Para Venezuela, cuyo sistema de comunicaciones está en expansión continua, el sistema es claramente necesario. La fabricación de tanto la fibra como el diseño del sistema de comunicación no presenta mayores dificultades; la tecnología de manufactura de las otras partes del sistema, tales como las fuentes luminosas en más complicado, pues estos sistemas utilizan fuentes laser, basadas en Arsenuro de Galio o diodos de emisión. Lo mismo podemos decir en cuanto a los detectores ópticos (diodos PIN y photodiodos de avalancha), su producción local amerita discusión y estudios de factibilidad tecnoeconómica. Es interesante mencionar que en el Brasil, actualmente se están produciendo fuentes luminosas del tipo láser de inyección.(10)
En Venezuela, varios fabricantes de cables están considerando la producción nacional de fibra en vista de los planes de CANTV de utilizar fibras óptica en el futuro próximo para la ciudad de Caracas.