Fabricacion De Circuitos

FABRICACIÓN DE CIRCUITOS INTEGRADOS MONOLÍTICOS

1. ¿CÓMO DEFINE A LOS CIRCUITOS INTEGRADOS MONOLÍTICOS?

Por su terminología, monolítico deriva de las palabras griegas mono: único y lithos: piedra.

Así el CI. Monolítico se construye de un único cristal de silicio. Y la palabra integrado nos dice que todos los componentes se fabrican como un ente único.

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.

2. ¿CUÁLES SON LAS DIFERENCIAS ENTRE LOS CIRCUITOS: HIBRIDOS Y MONOLITICOS?Circuito monolítico:

Los tipos comercialmente disponibles se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM, circuito de televisión y circuitos de computadoras. Pero tienen limitantes de potencia. Ya que la mayoría de ellos son del tamaño de un transistor discreto de señal pequeña, generalmente tiene un índice de máxima potencia menor que 1 W. Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.

Circuito híbrido 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 progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.

TECNOLOGÍA DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS MONOLÍTICOS

MICROELECTRÓNICA

El término "monolítico" se deriva de las palabras griegas mono que significa único, y lithos que significa piedra. Así un circuito integrado monolítico se construye en una única piedra o cristal de silicio. La palabra integrado se debe a que todos los componentes del circuito: transistores, diodos, resistencias, capacidades y sus interconexiones se fabrican como un ente único. Obsérvese que no se incluyen inductancias: una de las consecuencias de la construcción de circuitos integrados semiconductores es precisamente que no pueden conseguirse valores de inductancia prácticos. La variedad de procesos con los que se fabrican estos circuitos se desarrollan sobre un plano único y por tanto puede hablarse de tecnología planar.

3Tipos

Existen al menos 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 resistores precisos.

• Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas, dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente se cubre el circuito con una resina epoxi para protegerlo. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia (RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

Clasificación

Atendiendo al nivel de integración -número de componentes- los circuitos integrados se pueden clasificar en:

• SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores

• MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores

• LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores

• VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores

• ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores

• GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores

En cuanto a las funciones integradas, los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:

Circuitos integrados analógicos.

Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta circuitos completos y funcionales, como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.

Circuitos integrados digitales.

Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores.

Algunos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema mayor y más complejo.

En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido, de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto a los antiguos circuitos, además de un montaje más eficaz y rápido.

Circuito integrado de aplicación específica(custom)

Un Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas (o ASIC, por sus siglas en inglés) es un circuito integrado hecho a la medida para un uso en particular, en vez de ser concebido para propósitos de uso general. Se usan para una función específica. Por ejemplo, un chip diseñado únicamente para ser usado en un teléfono móvil es un ASIC. Por otro lado, los circuitos integrados de la serie 7400 son circuitos lógicos (combinacionales o secuenciales) que se pueden utilizar para una multiplicidad de aplicaciones. En un lugar intermedio entre los ASIC y los productos de propósito general están los Productos Estándar para Aplicaciones Específicas, o ASSP por sus siglas en inglés.

Con los avances en la miniaturización y en las herramientas de diseño, la complejidad máxima, y por ende la funcionalidad, en un ASIC ha crecido desde 5.000 puertas lógicas a más de 100 millones. Los ASIC modernos a menudo incluyen procesadores de 32-bit, bloques de memoria RAM, ROM, EEPROM y Flash, así como otros tipos de módulos. Este tipo de ASIC frecuentemente es llamado Sistema en un Chip, o SoC, por sus siglas en inglés. Los diseñadores de ASIC digitales usan lenguajes descriptores de hardware (HDL), tales como Verilog o VHDL, para describir la funcionalidad de estos dispositivos.

Las FPGA (Field Programmable Gate Arrays, matriz de puertas programables) son la versión moderna de los prototipos con puertas lógicas de la serie 7400. Contienen bloques de lógica programable e interconexiones programables que permiten a un modelo de FPGA ser usada en muchas aplicaciones distintas. Para los diseños más pequeños o con volúmenes de producción más bajos, las FPGAs pueden tener un costo menor que un diseño equivalente basado en ASIC, debido a que el costo fijo (el costo para preparar una línea de producción para que fabrique un ASIC en particular), es muy alto, especialmente en las tecnologías más densas, más de un millón de dólares para una tecnología de 90nm o menor

Diseño basado en Celdas Estándares (Standard Cell)

A mediados de 1980, un diseñador elegía a un fabricante de ASIC, y luego implementaba el diseño utilizando las herramientas provistas por ese fabricante en particular. A pesar de que existían herramientas de diseño provista por terceros, no había un enlace efectivo entre éstas y los procesos productivos de los fabricantes. Una solución a este problema, que además permitió aumentar la densidad de los ASIC, fue la implementación de Celdas Estándares. Cada fabricante de ASIC creaba bloques funcionales con características eléctricas conocidas, tales como los tiempos de propagación, capacitancias e inductancias, que podían ser representadas en las herramientas desarrolladas por terceros. El diseño basado en Celdas Estándares es el uso de estos bloques funcionales para alcanzar densidades de puertas muy altas, y un buen desempeño eléctrico. Este tipo de diseño se ubica entre diseño de Matriz de Puertas, y el diseño hecho totalmente a la medida, en término de los costos fijos y de fabricación de cada unidad.

Hacia finales de 1980, estuvieron disponibles las herramientas de síntesis lógica, tales como el Design Compiler. Estas herramientas podían compilar descripciones HDL en una lista de nodos al nivel de puertas. Esto dio paso a un estilo de diseño llamado Diseño basado en Celdas Estándares. Este tipo de diseño contempla las siguientes etapas conceptuales, aunque en la práctica estas etapas se traslapan significativamente.

Estos pasos, llevados a cabo con el nivel de habilidad común en la industria, casi siempre producen un dispositivo final que implementa correctamente el diseño original, a menos que se introduzcan fallas al nivel físico de fabricación.

1. Un equipo de ingenieros de

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