MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA TÉCNICO EM MECATRÔNICA DISCIPLINA: ELETRÔNICA INDUSTRIAL CIRCUITOS INTEGRADOS (Unidade 3) Prof. Jeferson Fraytag
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CIRCUITOS INTEGRADOS - docente.ifsc.edu.br · Vantagens dos Circuitos Integrados Redução do peso e tamanho do elemento; ... Simplificação dos circuitos e do processo de produção.
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Prof. Jeferson Fraytag
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
TÉCNICO EM MECATRÔNICA
DISCIPLINA: ELETRÔNICA INDUSTRIAL
CIRCUITOS INTEGRADOS(Unidade 3)
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INTEGRADO vs DISCRETO(Características, vantagens, limitações e aplicações)
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Componentes discretos são dispositivos encapsulados isoladamente;
Circuitos Integrados
Integrados x Discretos
Este tipo de componente, do ponto de vista funcional, são maiores do queprecisam ser.
(parte funcional)
Discretos:
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Componentes funcionais;
Circuitos Integrados
Integrados x Discretos
Integrados:
Constituídos por um conjunto de transístores, díodos, resistências econdensadores, fabricados num mesmo processo (integração);
Elementos em uma única pastilha de silício, comumente chamada de “Chip”.
Chip
Terminais do CI
Fios finíssimos
de ligação do chip
aos terminais do CI
Circuito integrado (CI)
visto por dentro e por cima.Chip
Terminais do CI
Fios finíssimos
de ligação do chip
aos terminais do CI
Circuito integrado (CI)
visto por dentro e por cima.
“A maior parte do tamanho físico do circuito integrado deve-se ao encapsulamento e às ligações do chip aos terminais externos.”
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Aumento da confiabilidade;
Circuitos Integrados
Vantagens dos Circuitos Integrados
Redução do peso e tamanho do elemento;
Menor consumo de energia;
Redução dos erros de montagem;
Simplificação dos circuitos e do processo de produção.
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Limitações nas tensões de alimentação.
Circuitos Integrados
Quais as Limitações dos Circuitos Integrados?
Baixas potências de dissipação;
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PROCESSO DE FABRICAÇÃO(Etapas do processo)
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Circuitos Integrados
Processo de Fabricação
Processo de fabricação baseado em um conjunto de etapas:
→ Oxidação térmica;
→ Fotogravação;
→ Implantação iônica;
→ Recozimento;
→ Passivação e corte;
→ Soldagem dos terminais.
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Circuitos Integrados
Processo de Fabricação – Oxidação Térmica
Obtenção do óxido de silício (SiO2) sobre o wafer de silício já dopado (Tipo P);
Silício - P Silício - P
Óxido de Silício
A espessura da camada de SiO2 depende do tempo e da temperatura usada nareação.
Esta etapa é usada para promover uma proteção no wafer de silício!!
Temperaturas > 900 °C
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Circuitos Integrados
Processo de Fabricação – Fotogravação
Retirada do SiO2 em determinadas regiões do wafer;
Utilização de uma fotomáscara (uma espécie de molde).
Aplicação de um fotoresiste (material resistente a exposição a luz UV) sobre o wafer;
Silício - P
Óxido de Silício
Fotoresiste
Fotomáscara
Luz UV
Fotogravação
Esta etapa é usada para definir as regiões onde o wafer de silício
será dopado!!
→ Após a fotogravação, o fotoresiste remanescente é removido!!
Silício - P
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Circuitos Integrados
Processo de Fabricação – Implantação Iônica
Introduzir impurezas na rede cristalina do wafer de silício;
Surgimento das regiões do Tipo N;
O processo de implantação iônica provoca danos na rede cristalina do silício
Silício – P
Tipo N
O tamanho da camada N está relacionada ao tempo e a intensidade do feixe de íons.
Processo de Difusão, onde são “bombardeados” feixes de íons dopantes no silício!
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Circuitos Integrados
Processo de Fabricação – Recozimento
Aquecimento rápido do substrato de silício;
Reorganização das ligações covalentes entre os átomos de silício e os dopantes.
O processo de Recozimento é também conhecido pela sigla RTA (Rapid Thermal Annealing)
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Circuitos Integrados
Processo de Fabricação – Deposição de Metal
Ligação elétrica entre os dispositivos formados no mesmo wafer de silício;
Deposição de uma fina camada de Alumínio (Al) ou Cobre (Cu).
Atualmente, os processos convencionais usam três níveis
de deposição de metal.
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Circuitos Integrados
Processo de Fabricação – Passivação e Corte
Na passivação, uma camada isolante protetora recobre todo o dispositivo, excetoos Pads de soldagem;
Os vários circuitos integrados contidos no wafer desilício são testados e posteriormente cortados.
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Circuitos Integrados
Processo de Fabricação – Soldagem dos Terminais
Os terminais do encapsulamento devem ser ligados aos Pads do circuito;
São utilizados fios (30µm) de alumínio ou ouro;
Processo de soldagem de compressão térmica.
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Circuitos Integrados
Exemplo de Processo de Fabricação - Transistor
Etapas adotadas para a confecção de um transistor NPN;
Transistor NPN:
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Circuitos Integrados
Lembra das PORTAS LÓGICAS?
Internamente, cada porta lógica é implementa a partir da associação detransistores, diodos e elementos passivos (resistores, capacitores).