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• Monica Navarro De Escalona

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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior U.P.T “Dr. Federico Brito Figueroa” Biruaca- Edo. Apure Sección A de Electricidad

Bachilleres:

Facilitador: Ing Dakar Navarro

Alfredo Escalona Alis Cardona

John Mejias Luis Prieto

San Fernando de Apure, Octubre 2013

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 3 CIRCUITOS INTEGRADOS MONOLÍTICOS .......................................................... 4 FABRICACIÓN DE UN CIRCUITO MONOLÍTICO............................................... 4 TIPOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS ............................................................... 4 CIRCUITOS INTEGRADOS CUSTOM ................................................................ 5 CIRCUITOS INTEGRADOS SEMI-CUSTOM ...................................................... 6 CIRCUITOS INTEGRADOS FULL-CUSTOM ...................................................... 6 DIFERENCIA ENTRE SEMI-CUSTOM Y FULL-CUSTOM .................................. 6 DISEÑO DE CIRCUITOS INTEGRADOS ............................................................ 7 TESTABILIDAD.................................................................................................... 7 CONCLUSIÓN ........................................................................................................ 9 BIBLIOGRAFÍAS ................................................................................................... 10

INTRODUCCIÓN Los circuitos integrados monolíticos se construyen sobre una plaquita de silicio, denominada sustrato, generalmente de tipo P. Se configura como una unidad inseparable que forma una estructura única, cuyos componentes van formándose simultáneamente, y que no puede ser dividida sin destruir de forma irreversible su función eléctrica. El proceso de fabricación está basado en la técnica planar, vista anteriormente, pudiéndose distinguir en él varios apartados: la preparación de las máscaras fotográficas, la elaboración del circuito y, por fin, el encapsulado y verificación. La idea de circuito integrado nace de la necesidad de reducir los circuitos eléctricos a uno mucho más sencillo y pequeño. Gracias a ellos, se evitaron la multitud de problemas que se daban a la hora de fabricar un circuito, como por ejemplo, que alguna de las miles de soldaduras que había que realizar estuviera defectuosa, o la reducción del espacio que ocupaban las válvulas de vacío, las cuales se vieron rápidamente obsoletas gracias a las mejoras que supuso la introducción de los circuitos integrados. En primer lugar, una vez calculados los valores y ajustado el circuito en su funcionamiento o las limitaciones propias de esta técnica, se procede a la disposición de los elementos sobre el cristal. Una vez conformado el conjunto, se desarrollan las máscaras fotográficas que, con sus correspondientes aberturas, irán dando lugar a las sucesivas partes del circuito en procesos posteriores. Cada una de estas máscaras se corresponderá con una fase de fabricación en la que se producirán varios elementos a la vez (por ejemplo, bases y resistencias, emisores y capacidades, etc.). Las máscaras se diseñan inicialmente a escala 500:1 y, más tarde, son reducidas al tamaño real, pasando a disponerse conjuntamente de un número de ellas igual al número de circuitos que pueden obtenerse de una oblea de silicio (que llega a ser de varias centenas). Esto se repite para cada fase del proceso.

CIRCUITOS INTEGRADOS MONOLÍTICOS La palabra monolítico viene del griego y significa “una piedra”. La palabra es apropiada por que los componentes son parte de un chip. El CI monolítico es el tipo más común de circuito integrado. Ya que desde su invención, los fabricantes han estado produciendo los CI monolíticos para llevar a cabo todo tipo de funciones. Los tipos comercialmente disponibles se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM, circuitos de televisión y circuitos de computadora. Pero los CI monolíticos tienen limitantes de potencia. Ya que la mayoría de ellos son del tamaño de un transistor discreto de señal pequeña, generalmente tienen un índice de máxima potencia menor que 1 W. Esto limita su uso a aplicaciones de poca potencia. FABRICACIÓN DE UN CIRCUITO MONOLÍTICO Estos son aquellos que están fabricados con un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc. Un circuito integrado está formado por un monocristal de silicio de superficie normalmente comprendida entre 1 y 10 mm de lado, que contiene

elementos

activos

y

pasivos.

En

este

capítulo

se

describen

cualitativamente los procesos empleados en la fabricación de tales circuitos, estos procesos son: Preparación de la oblea, Crecimiento Epitaxial, Difusión de Impurezas, Implantación de Iones, Crecimiento del Oxido, Fotolitografia, Grabado Químico y Mentalización. Se emplea el proceso múltiple que ofrece una excelente identidad de resultados en la producción de un elevado número de circuitos integrados a bajo costo. TIPOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS Existen tres tipos de circuitos integrados: 

Circuitos

monolíticos:

Están

fabricados

en

un

solo

monocristal,

habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.



Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.



Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula (dices),

transistores,

diodos,

etc,

sobre

un

sustrato

dieléctrico,

interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la disipación de potencia que necesiten. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente consiste en una resina epoxi que protege el circuito. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de RF, fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc. CIRCUITOS INTEGRADOS CUSTOM El diseño físico es un proceso muy complejo, y aun descomponiendo su realización en diferentes pasos, el desarrollo de cada uno de estas subtareas es muy dura, computacionalmente hablando. Sin embargo las necesidades del mercado demandan diseños realizados cada vez en menos tiempo y con un rendimiento de la oblea mayor, (entendiendo por rendimiento de la oblea el % de circuitos de funcionamiento correcto que se pueden obtener de una oblea de silicio). Para intentar cumplir estas necesidades del diseño, han ido apareciendo a lo largo de los años diferentes estilos de diseño, con ligaduras de mayor o menor importancia que facilitan el diseño físico, generalmente a costa del ahorro de área o de los rendimientos o consumos de potencia. De manera general los estilos de diseño se pueden clasificar en estilos fullcustom o estilos semicustom. La principal característica del diseño full-custom es que los diferentes bloques que forman el

diseño se pueden colocar en cualquier parte del area del circuito con la única condición que no se solapen entre sí. CIRCUITOS INTEGRADOS SEMI-CUSTOM Circuitos semi-custom o semi-medida, en este caso, se utiliza una librería de celdas que impone el esquema a nivel eléctrico y el layout de los diferentes componentes. La única libertad que le queda al diseñador en estos niveles es la colocación de las celdas en el layout final (siempre y cuando se cumplan una serie de restricciones, como es su colocación en hileras). El destino de esta estrategia puede ser un circuito integrado, denominado entonces basado en celdas, o un dispositivo programable, denominado entonces basado en matrices. CIRCUITOS INTEGRADOS FULL-CUSTOM Circuitos full-custom o completamente a medida. En este caso, como su propio nombre indica, todas las puertas son realizadas por el diseñador de tal forma que se obtenga una mejor adaptación a las especificaciones del diseño. Esta realización propia será a nivel eléctrico (esquema de transistores con las dimensiones específicas) y físico (layout, que podemos crear layouts diferentes para una misma celda con el fin de que encaje mejor en el circuito reduciendo el área ocupada). DIFERENCIA ENTRE SEMI-CUSTOM Y FULL-CUSTOM Como es obvio, ambas estrategias tendrán características diferentes. Así los circuitos full-custom son los que presentan mejores prestaciones a costa de un mayor tiempo de diseño, debido a la realización de todas las celdas. Por el contrario, los circuitos semi-custom mejoran los tiempos de diseño a costa de un empeoramiento en las prestaciones. Dentro de los circuitos semi-custom, aquellos basados en matrices son los que tienen un tiempo de diseño menor ya que no es necesaria el proceso de integración ya que se dispone del dispositivo, que con un proceso de programación adquirirá el comportamiento adecuado. Luego, no podemos encontrar el circuito ideal en el que se optimicen simultáneamente el

tiempo de diseño y sus prestaciones, por lo que hay que llegar a un compromiso para decidir la estrategia con la cual abordar la tarea de diseño DISEÑO DE CIRCUITOS INTEGRADOS El diseño se realiza a distintos niveles. Por una parte tenemos la parte física, donde se diseña la estructura real de los componentes electrónicos que constituyen el circuito, sus dimensiones, materiales. Por encima podemos encontrar métodos de diseño de cada vez más alto nivel, hasta llegar a los llamados lenguajes de descripción de hardware. Éstos permiten introducir descripciones de los distintos bloques funcionales de un sistema para su simulación, verificación e incluso para la generación automática del circuito físico con la herramienta de síntesis apropiada. Algunos de los lenguajes de descripción de hardware más conocidos y empleados son VHDL y Verilog. En general los circuitos analógicos no permiten este grado de automatización y se requiere un diseño más artesano, donde la distribución física de los componentes desempeña un papel fundamental en el resultado final. El problema del diseño de un sistema integrado como los que hoy en día podemos encontrar son tan complejos que la primera metodología consiste en la estructuración y jerarquización del sistema, de forma que su diseño pueda ser abordado por partes. Además, debido a la gran cantidad de variables que se deben controlar, es necesario enfrentarnos al diseño a diferentes niveles de abstracción, lo que nos permite reducir la cantidad de información que es necesario manejar en cada momento. Vamos a dedicarnos a este aspecto en el siguiente apartado y posteriormente nos centraremos en los flujos de diseño habituales (ascendente y descendente), con respecto a la jerarquía. Trataremos de proporcionar una lista exhaustiva de las variables de diseño y los escenarios más habituales en relación con los distintos niveles y fases del proceso de diseño. TESTABILIDAD La testabilidad de un circuito está determinada:

Controlabilidad: facilidad para establecer un valor determinado en cada nodo del circuito fijando valores de entradas primarias Observabilidad: facilidad para determinar el valor de cada nodo del circuito controlando sus entradas y observando sus salidas Predictibilidad facilidad para obtener respuestas conocidas en respuesta a unos estímulos dados.

CONCLUSIÓN Los Circuitos Integrados son pequeños circuitos electrónicos que han ido evolucionando con el paso del tiempo; ya que su funciones han crecido y su tamaño ha disminuido considerablemente; la llamada “Miniaturización”. Los circuitos integrados han hecho posible el desarrollo de muchos nuevos productos, como computadoras y calculadoras personales, relojes digitales y videojuegos. El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la información y la informática. Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el consiguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad. Fue un gran avance debido al enorme ahorro que se consiguió en relación al espacio y a la energía consumida por los sistemas anteriores en los circuitos electrónicos, que funcionaban a base de válvulas electrónicas alimentadas por filamentos que consumía cuatro veces más que los transistores, esto permitió un gran avance en la técnica espacial pues los satélites requerían equipos cada vez más ligeros, no obstante se sigue hoy en día el avance en la miniaturización de los equipos.

BIBLIOGRAFÍAS

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www.edutecne.utn.edu.ar/.../02-FABRICACION%20DE%20CIRCUITOS

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www.ordenadores.us tiendas virtuales tipos-de-circuito-integrado

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ircuito entegrado

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