1.INTRODUCCIÓN En muchos artículos y ponencias se ha resaltado la importancia que ha adquirido la electrónica en los últimos lustros, en primer lugar por la creciente influencia que ejerce sobre la automatización y por consiguiente sobre la productividad de la industria, y en general sobre la productividad de todos los sectores de la economía, influencia que es muy notoria en casos como los de la banca y el comercio. En segundo lugar la electrónica se destaca por haberse constituido en la industria de mayores ventas en el mundo, las que en 1992 llegaron a 1013 billones de dólares (1 billón = 1000 millones), superando incluso a la industria automotriz (ver referencias (1) y (2). En tercer lugar, la industria electrónica se ha convertido en la principal industria empleadora de los países avanzados, vr. gr.: en los EEUU ya ocupa más trabajadores que las industrias automotriz, del acero y aeronáutica juntas
Los equipos electrónicos
La industria electrónica suministra a la sociedad, en principio, equipos que se utilizan en el hogar, en la oficina, en la industria o en cualquier otro ámbito en donde se desarrolle la actividad humana. En 1992 las ventas de equipos electrónicos en el mundo fueron de 660.000 millones de dólares (2), distribuidas de la siguiente manera: Procesamiento de datos 43% Electrónica de consumo 22% Telecomunicaciones 18% Electrónica industrial 8% Electrónica automotriz 3% Otros 6% Como se aprecia en la tabla anterior, las 3 clases de equipos electrónicos de mayor venta en el mundo representan en conjunto más del 80 % del mercado, y corresponden en su orden a los computadores, los equipos de consumo y los de telecomunicaciones.
Los computadores, por su parte, constituyen más del 40 % del mercado global de equipos electrónicos, pero aclarando que esta cifra se obtuvo contabilizando solamente los equipos, o sea el hardware, sin haber tenido en cuenta el mercado de los programas (software), que hoy día es casi de igual volumen al primero. En los últimos años el software ha venido adquiriendo una importancia creciente, bien sea por haberse convertido en el cuello de botella en el desarrollo de muchos productos, o bien sea por que las novedades en el campo del hardware no logran despertar la acogida del publico hasta tanto no cuenten con el soporte lógico suficiente (software), tal como acontece cuando se lanza al mercado un nuevo microprocesador, o cuando aparece un nuevo dispositivo como el multimedia, o cuando se mejora el desempeño de alguno de los periféricos, como sucede cuando se eleva la resolución de los monitores. La electrónica de consumo, que ocupa el segundo lugar en ventas de equipos, suministra los aparatos asequibles a las grandes masas y que son utilizados en el hogar para el entretenimiento y la cultura, como televisores, radios, grabadoras, equipos de sonido, juegos, relojes y calculadoras. El sector de las telecomunicaciones se remonta a los orígenes de la electrónica a partir de la segunda mitad del siglo XIX, con la telegrafia primero y luego con la telefonía y la radio. Hoy día las telecomunicaciones abarcan, además de los sistemas tradicionales, nuevas tecnologías como la fibra óptica, los sistemas satelitales y la telefonía móvil celular. Mientras en el mundo las telecomunicaciones ocupan el tercer lugar en ventas de equipos, en Colombia ocupan el primer lugar, sin tener en cuenta la electrónica de consumo, según un estudio realizado en 1988 (ver referencia (6». A la par con el tradicional y permanente interés de la industria por elevar su productividad, en las ultimas 3 décadas del siglo XX han surgido otros paradigmas a nivel industrial, como los de aumentar la eficiencia energética y reducir la contaminación ambiental. De la solución de estos problemas se ocupa, junto con otras disciplinas, la electrónica industrial. Por ejemplo, para elevar la productividad de las industrias de procesos, la electrónica industrial ofrece equipos como los sistemas de control distribuido, los transmisores inteligentes y los analizadores en línea; mientras que para elevar la productividad de la industria manufacturera ofrece equipos como robots y sistemas de control numérico. El ultimo sector que figura en la tabla de equipos electrónicos es el de la electrónica automotriz, que aunque todavía se cataloga por el volumen de sus ventas entre los más modestos, es uno de los de mayor crecimiento. Los modelos nuevos de los vehículos automotores incorporan, cada vez con mayor frecuencia, sistemas microprocesados o sea microcomputadores de propósito especial) para el manejo de sensores, indicadores, alarmas y especialmente para el manejo de la inyección electrónica, que está desplazando al viejo carburador, permitiendo aumentar la eficiencia del motor. 2.2
Los componentes electrónicos Los equipos electrónicos se fabrican con insumos denominados componentes, empleando un proceso que se inicia con la labor de soldar los semiconductores y demás componentes sobre los circuitos impresos; para formar las tarjetas, y luego seguir con el montaje de dichas tarjetas dentro de las cajas, quedando de esta manera construidos los instrumentos. . Los componentes electrónicos son de 2 tipos: • Semiconductores o componentes activos • Componentes pasivos Los semiconductores pueden ser de 3 tipos: Circuitos Integrados, dispositivos discretos y dispositivos optoelectrónicos. Los componentes pasivos involucran una variada gama de dispositivos tales como: circuitos impresos, resistores, condensadores, conectores, cables, fuentes y tubos de rayos catódicos; estos últimos de uso todavía como pantallas en los televisores y en los monitores de los computadores. El mercado mundial de componentes electrónicos en 1992 fue de 160.000 millones de dólares (verreferencia (2», distribuidos de la siguiente forma: Semiconductores Componentes pasivos US $ 90.000 millones US $ 70.000 millones Del total de ventas de semiconductores, el 75 % corresponde a los Circuitos Integrados, que son los dispositivos que encierran dentro de una misma cápsula muchos transistores, variando su numero entre unas pocas decenas para el caso de los circuitos lógicos más sencillos, hasta más de 16 millones para el caso de las memorias de 16 Megabits. Circuitos que de otra manera tendrían que construirse con elementos discretos ocupando grandes espacios e incrementando proporcionalmente su costo y su vulnerabilidad.
La microelectrónica Ahora se puede contestar la pregunta inicial: ¿ Qué es la microelectrónica? La microelectrónica es la tecnología de desarrollo y de producción de Circuitós Integrados, con el fin de lograr empacar dentro de unas pastillas de silicio de unos pocos centímetros cuadrados de extensión miles y hasta millones de transistores, reduciendo cada vez más las dimensiones de estos transistores, que en el momento actual pasan por el orden de las 0.5 micras. Aunque en electrónica los diferentes sectores son interdependientes y se complementan unos con otros, - por ejemplo el hardware requiere del software y viceversa, los equipos electrónicos requieren de los componentes y estos a su vez requieren de los primeros porque de otra manera no tendrían mercado, - sin embargo es un hecho, algunas veces aceptado tácitamente y otras veces planteado explícitamente, que la microelectrónica constituye el factor clave, el decisivo dentro de la electrónica. Pero ¿ por qué la microelectrónica constituye el factor dirigente de la industria electrónica, siendo que su mercado apenas representa el 7 % del total? Porque quien domine la microelectrónica esta en capacidad de dominar toda la industria electrónica y por esa vía, bien sea los países independientes tratan de asegurar su desarrollo autónomo y sostenido, o bien sea las potencias tratan de asegurar su predominio sobre las demás. La carrera en la electrónica entre los países más avanzados o entre las empresas más poderosas de esos países, radica en ver quien saca primero al mercado la siguiente generación de memorias, o la siguiente generación de microprocesadores de mayor velocidad y desempefl.o. A mediados de los 80 el gobierno y las principales empresas norteamericanas del ramo, -alarmados por haber perdido el liderazgo en la industria microelectrónica frente a las compañias japonesas, - promovieron y fmanciaron conjuntamente un centro de investigaciones cuyo objetivo no era otro que el de recuperar dicho liderazgo. La administración Reagan, que en ese entonces ocupaba el gobierno de los EEUU, no podía aceptar que los transbordadores espaciales y los misiles estadounidenses dependieran de chips japoneses. Este centro de investigación se fundó en 1987 bajo la sigla SEMA TECH, habiendo sido encomendada su organización y dirección al más prestigioso de los líderes de la industria electrónica norteamericana en las últimas 2 décadas, Robert Noyce (fallecido en 1992), quien fuera uno de los inventores de los Circuitos Integrados en 1957 y principal fundador en la década del 60 de la exitosa compania INTEL.
Dos años después de la fundación de SEMA TECH se revierte la tendencia, que ya llevaba más de 10 años,de ascenso de la industria microelectrónica japonesa a expensas de la norteamericana, y en 1992 INTEL se convierte en el primer productor de semiconductores en el mundo, posición que no ocupaba una firma norteamericana desde 1984. En 1993 EEUU vuelve a convertirse en el primer productor mundial de semiconductores con un 41.9 % de la producción frente a un 41.:4% del Japón
.ESTADO DEL ARTE YPROSPECTIVA DE LA ELECTRÓNICA Siendo la electrónica una de las tecnologías más dinámicas, las compañías de vanguardia deben innovar continuamente sus productos con el fm de no quedarse rezagadas, ya que usualmente los equipos se vuelven obsoletos en pocos af'l.os,como sucede por ejemplo con los computadores personales. 3.1 Estado del arte y prospectiva de la microelectrónica Las memorias semiconductoras fueron introducidas en 1970 por INTEL y desde ese entonces su capacidad se ha venido duplicando cada 2 af'l.oso menos, habiéndose cumplido los pronósticos que en tal sentido hiciera Gordon Moore, uno de los fundadores de INTEL, y que para esa época parecían demasiado optimistas. Los primeros chips de memorias semiconductoras tenían una capacidad de 1 kilo bit. Hoy día son comunes los de 4 y 16 Megabits, pero ya se ha iniciado la oferta de los de 64 Megabits y en 1994 fueron presentados los primeros prototipos de 256 Megabits,- que serán comerciales a partir de 1996. Los principales fabricantes de memorias ya han comenzado a desarrollar el chip de 1Gigabit, utilizando tecnologías de 0.1 micras, proyectándose su aparición comercial para el ano 2002. Paralelamente a este proceso de crecimiento de las memorias, se ha venido presentando otro no menos espectacular, el de los mícroprocesadores.Mientras los primeros microprocesadores producidos por INTEL en 1971, manejaban 4 bits, operaban a una velocidad inferior a 1 megaciclo y contenían 2300 transistores, los microprocesadores de hoy, como el Pentium, manejan 64 bits, operan a 100 megaciclos y contienen más de 3 millones de transistores Entre las tecnologías de fabricación de Circuitos Integrados predomina la tecnología CMOS con un 74 % del mercado, seguida de la bipolar con un 12 %. De las restantes vale la pena mencionar la de arseniuro de galio, que por ser la más rápida es la que se utiliza en altas frecuencias (como en telecomunicaciones), pero todavía no se vislumbra ninguna tecnología que pueda disputarle el predominio a la tecnología CMOS. Como cada vez se hace más difícil con el proceso de fabricación actual (fotolitografía), reducir las dimensiones de los transistores, se están ensayando otras alternativas, como el montaje de varios chips dentro de una misma envoltura y el empaquetamiento de las memorias en 3 dimensiones. Hasta ahora han sido infructuosas las investigaciones que se han realizado con miras a encontrar dispositivos distintos al transistor, tales como los dispositivos ópticos de conmutación, porque no se ha podido superar el desempeilo de los primeros . Esto significa que la tendencia en microelectrónica en lo que resta de este siglo y en los primeros años del siglo XXI va a seguir siendo la misma de los últimos 25 años,o sea continuar desarrollando y mejorando los dispositivos actuales. Mientras no se presente una invención comparable en su alcance a la del transistor, ocurrida en 1947 Yque significó el fin del reinado de los tubos, o a la del Circuito Integrado ocurrida 10 años después, no se alterará la actual tendencia de la microelectrónica. Los costos que ahora acarrea el desarrollo de la microelectrónica se han elevado tanto, que resultan onerosos aún para los grandes fabricantes, siendo esta la razón de los múltiples convenios pactados en años recientes entre los gigantes norteamericanos, japoneses y europeos para la Investigación y el Desarrollo ( I&D ) de nuevos productos, tal como el celebrado entre IBM, Toshiba y Siemens para la I&D del chip de 256 Megabits a un costo de 1000 millones de dólares. Cifra esta a la que se debe agregar otra inversión de aproximadamente 1000 millones de dólares para el montaje de la planta de fabricación de tales chips, empleando tecnologías de 0.3 a 0.35 micras.
Estado del arte y prospectiva de los equipos electrónicos Al contrario de lo que sucede con las novedades en microelectrónica, que usualmente pasan inadvertidas para el gran público que se beneficia de ellas, las novedades en equipos si causan gran impacto y son las que más impresionan allego en la materia. Una de las novedades en el campo de los computadores ha sido la multimedia, que todavía esta en sus inicios pero de la que se esperan grandes desarrollos, pudiendo ser uno de ellos el de la realidad virtual. Un kit de multimedia consta de 3 componentes: La unidad de Disco Compacto (CD), la tarjeta de audio y los parlantes. Los cuellos de botella de los actuales sistemas multimedia se encuentran en la unidad de CD y SOI1: ;En primer lugar la capacidad de los CDs, que aunque parece grande (640 Megas), solo permite almacenar unos pocos minutos de video. • En segundo lugar, su velocidad de lectura no es suficiente para transmitir al monitor todos los detalles de las imágenes en movimiento. Los fabricantes de unidades CD están trabajando en la solución de estos problemas, habiéndose construido ya experimentalmente unidades que almacenan más de 2 horas de video y que transmiten a una velocidad 6 veces mayor que la original. También se investiga en el desarrollo de unidades, que a un costo accesible al publico puedan, además de leer, también grabar los CDs. Cuando dentro de pocos años estos logros sean comerciales, las videograbadoras de hoy irán a parar al cuarto de San Alejo. Las pantallas planas se vienen utilizando desde hace varios años en los computadores portátiles, pero como todavía no pueden competir por precio ni por resolución con los tubos de rayos catódicos, tanto en EEUU como en Japón se están investigando nuevas tecnologías optoelectrónicas, de las cuales la más prometedora es la de visualización de campo emisor, conocida como FED. Las ventajas de las pantallas planas son obvias:
l. Ocupan menos espacio.
2. No generan radiación, la que en los tubos puede ser muy dañina, sobretodo a los usuarios de los computadores que pasan largas horas frente a los equipos.
3. Consumen menos energía.
Por lo anterior es posible que en pocos años los voluminosos tubos de rayos catódicos, empleados hoy día en los televisores y en los monitores de los computadores, también vayan a parar al cuarto de San Alejo Las herramientas computacionales que se están perfeccionando para el reconocimiento y la síntesis de la voz así como para el reconocimiento de imágenes, y que involucran tanto hardware como software, prometen interesantes logros en el futuro próximo. Con estas herramientas será posible libramos de la tiranía del teclado, se simplificara el manejo de aviones, helicópteros y vehículos automotores, lo mismo que la operación de las plantas industriales, y se cumplirá el sueño de incorporar visión en los robots. Desde comienzos de los 80 varias compañías japonesas y europeas vienen trabajando independientemente en la televisión de alta definición. Esta será sin duda la televisión del siglo XXI, manejando además las señales digitalizadas e integrada a un computador, de tal forma que será interactiva, permitiendo al usuario escoger el programa deseado en cualquier momento, sin estar sometido a los caprichos de la programación. Las nuevas tecnologías están originando toda una revolución en el campo de las telecomunicaciones, que ha causado un remezón en las tradicionales y a veces paquidérmicas compañías del ramo, a las que les está brotando competencia por doquier, gracias a la irrupción de tecnologías como la telefonía móvil celular, los sistemas satelitales y la fibra óptica. Esta ultima aunque es menos popular que las 2 primeras, es la que ofrece mayor capacidad de transmisión, permitiendo enviar por un mismo haz más de 10.000 conversaciones telefónicas o muchas señales de video simultáneamente. La ultima generación de fibras ópticas, que emplea amplificadores de fibra dopados con Erbio, puede transmitir más de 1000 km a la fantástica velocidad de 100 Gigabits por segundo (ver referencia (4». La unión entre los computadores y las telecomunicaciones ha dado lugar a un sinnúmero de aplicaciones, especialmente en los sectores de la banca y el comercio, pero también en los campos de la educación y de la cultura gracias a las redes de computadores, como la ya popular INTERNET. Esta unión también ha hecho posible la oficina virtual, para lo cual solo se requiere de un computador dotado de un módem. Como se explicó en la segunda sección de este articulo, la industria hoy día depende de la electrónica para resolver sus más acuciantes problemas. En las industrias de procesos se están usando desde la década pasada los transmisores inteligentes, que son instrumentos de medición dotados de microprocesadores, que por medio de programas (software) pueden realizar funciones adicionales como: autodiagnostico, linealización, compensación por cambios en las condiciones de operación y control del proceso. Con la próxima entrada en vigencia de la norma conocida como "bzls de campo ", se consolidara este tipo de instrumentos, pero ya no transmitiendo en forma análoga sino digital y obteniendo otras ventajas como: extensión del control distribuido por toda la planta, menos posibilidades de degradación por ruido, empleo de menor cantidad de cables en el sistema de control y posibilidad de interconectar entre si equipos de diferentes fabricantes. En la industria manufacturera se continuará con la tendencia a dotar a los robots de sensores, especialmente para el reconocimiento de imágenes y de voz. Las perspectivas para las industrias que se aferren a los sistemas tradicionales de producción no son nada halagüefias. Las industrias que no se modernicen, que no incorporen las tecnologías avanzadas a sus procesos de producción, perderán competitividad y estarán condenadas irremediablemente a desaparecer.
REFERENCIAS
1. CORREA, Nelson. "Estudio prospectivo sobre altas tecnologfas en Colombia: El caso de la microelectrónica". Ponencia presentada en el simposio del programa de Electrónica, Telecomunicaciones e Informática. Popayán. 1992. 2. CURTOIS, Bernard. "CAD and testing of ICs and systems: Where are we going T". Estudio realizado para el Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNRS) de Francia. Grenoble. 1993. 3. KEYES. "The future of the transistors". Scientiflc American. Junio. 1993. 4. DESURVlRE. "Comunicaciones ópticas: La quinta generación". Investigación y Ciencia Marzo. 1992. 5. SAFFORD, Frank. El ideal de lo práctico. Edición conjunta de la Universidad Nacional y El Ancora. Bogotá. 1989. 6. MARTíNEZ, Demetrio. "Visión general del sector electrónico en Colombia". Seminario sobre políticas y experiencias en sectores económicos de tecnologfas avanzadas en América Latina y en Colombia. Manizales. 1988. 7. DEPP AND HOWARD. "Flat panel displays" . Sctenttfic American. Marzo. 1993. 8. STIX. "Trends in semiconductor manufacturing - Toward Point One". Scientiftc American. Febrero. 1995.
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