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Introducci a los circuitos inte

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Introducci a los circuitos inte Powered By Docstoc
					             Circuitos Integrados (Integrated Circuits - IC)

                                 En un IC se implementa un circuito
                                 electrónico completo (Resistencias,
                                 condensadores, diodos, transistores, etc)
                                 realizado sobre el mismo circuito
                                 semiconductor (Substrato).




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                              Manuel Rico Secades
         DATOS EN EL ENCAPSULADO DE UN CIRCUITO INTEGRADO

                                                                       ENCAPSULADO

                                                                       D,P: Plástico
                                                                       J, N: Cerámico
FABRICANTE                                                             M: Metálico

AD    Analog Devices
A    Fairchild
CR    RCA                                                       RANGO TEMPERATURA
LM    National Semiconductor
MC    Motorola                                                  C: Comercial 0ºC hasta 70ºC
NE/SE Signetics
OP    Precision Monolithics                                     I: Industrial -40ºC hasta 85 ºC
RC/RH Raytheon
SG     Silicon General                                          M: Militar -55ºC hasta 125 ºC
TL     Texas Instrument        DESIGNADOR

                               Nombre/función del dispositivo

                               741 Amplificador de propósito general
                               081 Amplificador entrada FET
                               311 Comparador rápido


 UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                             Manuel Rico Secades
        DATOS EN EL ENCAPSULADO DE UN CIRCUITO INTEGRADO



                                       6

           Pin                             5
                        1
           número 1                            4   Orden
                            2                      para
                                3                  numerar
                                                   los pines

                            Encapsulado típico
                            DIL - 6

                                                    DIL = Dual In Line
                                                    SIL = Serial In Line



UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                  Manuel Rico Secades
                 Transistor    2 Transistores       2.300 Transistores   42 millones de transistores

      1945          1948           1958     1960        1971                          2001
     ENIAC        Transistor     Primer IC MOSFET    Primer P                     Pentium IV
1er Computador    Lab. Bell        Kilby                4004                         INTEL
    válvulas      Schokley,                            INTEL
                  Brattain,
                   Bardeen




     La evolución del tamaño de los circuitos integrados ha
     sido espectacular.

     Teniendo sus máximos de capacidad de integración,
     en el mundo de la Electrónica Digital
     (Microprocesadores)




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                                    LOS CIRCUITOS INTEGRADOS PUEDEN LLEGAR
                                    A TENER MUCHÍSIMOS COMPONENTES
                                    REALIZADOS SOBRE EL MISMO CIRCUITO
                                    INTEGRADO




            Buscando errores
            sobre un esquema de
            un Circuito Integrado



UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                Manuel Rico Secades
         CIRCUITOS INTEGRADOS: UNA AUTENTICA REVOLUCIÓN

      Hoy día podemos considerar a los circuitos integrados como componentes electrónicos.

      El diseño de aplicaciones con componentes sueltos (o discretos) (diodos, transistores,
      resistencias, condensadores, etc) cada vez está mas restringido a aplicaciones muy
      especiales (Electrónica de potencia, muy altas frecuencias, etc).

      Hoy día podemos decir que existen una variedad de circuitos integrados "casi" específicos
      para nuestra aplicación:

             Electrónica Analógica (amplificadores, comparadores, multiplicadores, generadores
             de señal, etc)

             Electrónica Digital (microprocesadores, conversores A/D y D/A, etc)

             Comunicaciones (Emisores, receptores, etc)

             Electrónica de Potencia (Circuitos de control de motores, Drivers, etc)

      Y una multitud de ejemplos mas (solo hay que ver las páginas web de los distintos
      fabricantes (MOTOROLA, TEXAS, IR, SGS, NATIONAL, etc).

      ES PRÁCTICAMENTE IMPOSIBLE CONOCER TODOS LOS CIRCUITOS INTEGRADOS
      EXISTENTES EN EL MERCADO. DEBEMOS SABER BUSCAR EL NECESARIO PARA NUESTRA
      APLICACIÓN


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            NUESTRA LABOR COMO INGENIERO/DISEÑADOR CONSISTIRÁ EN:

            1.- Identificación y comprensión del problema

            2.- Selección y búsqueda del Circuito Integrado mas adecuado

            3.- Comprensión del funcionamiento del integrado. Estudio de sus hojas
            características (Datasheet)

            4.- Diseño del interface con el mundo exterior




                             MUNDO
                                                   INTERFACE                         Selección
                             EXTERIOR                                                del Circuito
                                                                                     Integrado




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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
 Ejemplo: secciones transversales de bipolar y MOSFET




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                      Manuel Rico Secades
             Procesos de fabricación de circuitos integrados
  PROCESOS:
  1) Preparación de la oblea
  2) Fabricación de las máscaras
  3) Litografía
  4) Adición de material
  5) Eliminación de material
  6) Test de la oblea, separación y encapsulado

            1) Preparación de la oblea:
 Crecimiento
(Czochralski)
                        Conformado
                                     Cortado
                                                  Grabado
                                                            Pulido



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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
  2) Fabricación de máscaras




 (a) Máscara completa de una         (b) Máscara de dado individual
     oblea x1, con patrón de             con una copia del dado
     dado repetido para cada             amplificado en x5 o x10
     posición




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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
  2) Fabricación de máscaras
 (a) Litografía de proyección óptica                     (b) Litografía directa sobre oblea
     de la oblea completa
                                           Cinta PG                                           Cinta PG
                Fabricación de máscaras




                                          Fabricación




                                                                  Fabricación de máscaras
                                                                                             Proyección
                                          óptica de la                                       óptica de la
                                            retícula                                           retícula
                                                                                            mediante haz
                                           Retícula                                         de electrones
                                             x10

                                          Reducción y                                       Retícula x5 o
                                           repetición                                            x10


                                          Máscara x1
                                                                                              Reducción
                                                                                               óptica y
                Litografía




                                                                   Litografía
                                          Proyección                                        repetición de
                                            óptica                                            la retícula
                                            directa                                         sobre la oblea

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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
  3) Litografía
 Exposición de máscaras y revelado empleando resina fotosensible positiva




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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
    4) Adición de material               Dimensiones típicas:
 4.1.) Crecimiento epitaxial                          Capa epitaxial (epi):
                                                             2 a 25 m
-      Se introducen dopantes B(P)
       y As(N)
-      Proceso LPCVD                                       Sustrato:
        SiCl4+2H2 - >Si+4HCl                               100 a 300 m
-      En torno a 1000-1200ºC
    4.2.) Deposición química en fase vapor a baja presión (LPCVD)

 Usado en:

 -      Polisilicio
        (SiH4 ->Si+2H2)
 -      Óxido de aislamiento
        (SiH4+O2->SiO2+2H2)
        En torno a 400-500ºC




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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
  4) Adición de material
 4.3.) Oxidación térmica

 -      Calentamiento a 700-1300ºC
 -      Usado para realizar el óxido
        de campo



  4.4.) Difusión e implantación iónica

     Implantación iónica:
     -   Aceleración de partículas e implantación 1-2 micras bajo la superficie
     -   Proceso de recocido (calentamiento) para uniformizar
     Difusión:
     -      Calentamiento en atmósfera de impurezas
     -      Se generan “huecos” por el movimiento y penetran las impurezas



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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
  4) Adición de material
 4.5.) Metalizaciones (interconexiones)
Formas de interconectar (dos niveles):
-  Un nivel de polisilicio + Un nivel de metal
-  Un nivel de polisiliciuro (polisilicio+metal) + Un nivel de metal
-  Dos niveles de metal
-  Resistividades:
       -   Polisilicio es aproximadamente 3 veces la del metal
       -   Polisilicio es aproximadamente 10 veces la del polisiliciuro




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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
  5) Eliminación de material
 5.1) Litografía y grabado

                                          Máscara




                                                       3) Después del atacado
        1) Vista transversal de partida




                                                    4) Después de eliminar la película
         2) Después de la litografía


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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
     5) Eliminación de material
 5.2) Atacado húmedo


 -      Se sumerge en un baño
        de disolvente
 -      Limitado a tamaños
        mayores de 2 micras
 -      Aparece efecto de ataque
        lateral
 -      Para evitarlo se usan      1) Después del atacado
        materiales anisótropos
        para el atacado




                                   2) Después de eliminar la película


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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
  5) Eliminación de material
 5.3.) Atacado seco

   CF4(gas inerte)+Si +Temperatura -> SiF4

    Una descarga elimina el Si




          Sistema de ataque por plasma
             mediante placas paralelas




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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
  6) Test de la oblea, separación y encapsulado
    Test con puntas de prueba
    Se somete a un conjunto de “vectores de test”


                        Oblea


                                Dados defectuosos
                                (marcaje con tinta)




                                              Cortado




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             Procesos de fabricación de circuitos integrados
  6) Test de la oblea, separación y encapsulado
    Encapsulado: hilos de conexión y formatos




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     EJEMPLO ILUSTRATIVO DE CIRCUITO INTEGRADO
  Es un circuito ficticio con propósito educativo, que tiene como único objetivo el visualizar de
  una forma sencilla los pasos y procesos físico/químicos que se siguen para obtener un IC.

  La explicación esta muy simplificada.

                                                           OBJETIVO
                                                                                     B

                           NC   1                 8   B

                            A   2         B       7   NC       A
                                              C
                                     A
                           NC 3                   6   NC
                           NC   4                 5   C


                                     DIP 8                                           C


                PASOS A DAR PARA OBTENER UN IC CON ESTE CIRCUITO BÁSICO




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                                      Manuel Rico Secades
       PUNTO DE PARTIDA: OBLEA DE SILICIO




                                            "DADO" DE UN
   SE FABRICAN MUCHOS CIRCUITOS
                                            CIRCUITO INTEGRADO
   INTEGRADOS A LA VEZ SOBRE LA
   MISMA OBLEA.

   Lugar: SALA BLANCA.
   MICROELECTRÓNICA.

   PROCESOS FÍSICO-QUÍMICOS


UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                Manuel Rico Secades
                                                     Oblea de silicio
     DETALLE DE UNO DE LOS DADOS




          P
                              ESPESOR TÍPICO 150 




                                     SUBSTRATO
                           SILICIO MONOCRISTALINO TIPO P




          P


UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                   Manuel Rico Secades
          CRECIMIENTO EPITAXIAL


          N             CAPA EPITAXIAL       25 


          P
                                            150 




                                         CAPA EPITAXIAL




           P



UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                     Manuel Rico Secades
              PROCESOS DE DIFUSIÓN                    PELICULA FOTOSENSIBLE

                              CAPA DE OXIDO (Si O2)
          N


         P




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                         Manuel Rico Secades
                                                    LUZ



          N


         P




    MASCARA 1: ISLAS, ZONA DE COLECTOR




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                    Manuel Rico Secades
               1º REVELADO PELÌCULA (ELIMINACIÓN DONDE HA DADO LA LUZ)
               2º DECAPADO DE LA CAPA DE OXIDO QUE NO ESTA PROTEGIDA




        N

         P




         N




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                    Manuel Rico Secades
  B
              PROCESO DE DIFUSIÓN CON DOPANTE P (Grupo III: In, Al, Ga, B)       B       B
                                                                                                 B
                                                                                                         B

      B                                                                      B       B
                          B                       B                                                  B   B
          B                         B                        B                               B
  B



                  N                               ISLA
          P                                N                        N                        P
                                    P                        P

              P




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                                                Manuel Rico Secades
             LIMPIEZA DE LA PELÍCULA FOTOSENSIBLE Y OXIDACIÓN COMPLETA DE LA SUPERFICIE



                N
        P                            N                      N                P
                                P                     P

         P




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                             Manuel Rico Secades
             NUEVA PELÍCULA FOTOSENSIBLE



                N
        P                           N          N   P
                              P            P

         P




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                  Manuel Rico Secades
                                                          LUZ



                N
        P                      N       N   P
                          P        P

         P




   MASCARA 2
    MÁSCARA 2: ZONAS DE BASE




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                          Manuel Rico Secades
        P

         P




         N




UNIVERSIDAD DE OVIEDO   Manuel Rico Secades
  B
          PROCESO DE DIFUSIÓN CON DOPANTE P (Grupo III: In, Al, Ga, B)      B       B       B
                                                                                                    B
      B                                                                     B           B       B
                             B       B               B              B   B
                                             B           B
                                                                                B

                                                 P                      P
          P       N                      N                      N

          P




          N




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                                                   Manuel Rico Secades
         LIMPIEZA DE LA PELÍCULA FOTOSENSIBLE Y OXIDACIÓN COMPLETA DE LA SUPERFICIE


                                       P                      P
        P         N                N                      N

         P




         N




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                          Manuel Rico Secades
             NUEVA PELICULA FOTOSENSIBLE


                                           P       P
        P         N                 N          N

         P




         N




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                  Manuel Rico Secades
                                                               LUZ


                                P           P
                N
        P                   N           N       P
                        P           P

         P




   MASCARA 2
    MÁSCARA 3: EMISOR




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                               Manuel Rico Secades
                                P           P
                N
        P                   N           N       P
                        P           P

         P




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                               Manuel Rico Secades
  Sb                                                                        Sb        Sb
         PROCESO DE DIFUSIÓN CON DOPANTE N (Grupo V: Sb, As, Bi)                           Sb
   Sb                                                                  Sb        Sb             Sb
                        Sb                  Sb   Sb
                                                      Sb

                                        P                          P
                N
        P                           N                          N                       P
                              P                            P

         P




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                                      Manuel Rico Secades
            LIMPIEZA DE LA PELICULA FOTOSENSIBLE Y OXIDACIÓN COMPLETA DE LA SUPERFICIE


                                         P                      P
                N
        P                            N                      N                P
                               P                      P

         P




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                            Manuel Rico Secades
                                                                   LUZ


                                    P           P
                N
        P                       N           N       P
                          P             P

         P




    MÁSCARA 4: METALIZACIONES




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                   Manuel Rico Secades
                                P           P
                N
        P                   N           N       P
                        P           P

         P




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                               Manuel Rico Secades
                                P           P
                N
        P                   N           N       P
                        P           P

         P




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                               Manuel Rico Secades
                                P   N           P
                N
        P                   N               N       P
                        P               P

         P




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                   Manuel Rico Secades
                                        P   N                   P
                 N                  N                   N
          P




                                                                    SUBSTRATO
                                                                    UNIDO AL PUNTO
                                                                    MAS NEGATIVO
                                                                    DEL CIRCUITO
                                                                    (PARA QUE NO
                                                B                   MOLESTE)
                        P



                            N



           A
                                            N
                                        P                       P
                                N                           N

                                                    C


UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                   Manuel Rico Secades
                                                                                    B
         ACABADO FINAL: CORTE, ENCAPSULADO Y CONEXIONADO



               NC 1              8   B                              A
                 A   2       B   7   NC
                         A
                             C            DETALLE DEL CONEXIONADO
               NC 3              6   NC
               NC    4           5   C
                                                                                    C

                         DIP 8
                                                              "WIRE-BONDING"




OTROS ENCAPSULADOS




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                          Manuel Rico Secades
                        DETALLE DE UN CIRCUITO REAL




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                       Manuel Rico Secades
           EJEMPLO TÍPICO DE CIRCUITO INTEGRADO DE PROPÓSITO GENERAL:




              DIP-8




UNIVERSIDAD DE OVIEDO                                                   Manuel Rico Secades

				
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posted:8/10/2010
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