Tema 1: Características reales circuitos digitales

Electrónica Digital

Curso 2013/2014

Circuito integrado

Un circuito integrado (chip o microchip):– Es una pastilla pequeña de material semiconductor

(Silicio), de algunos milímetros cuadrados de área.– Sobre ella se fabrican circuitos electrónicos

generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica.

Historia:– http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado– http://www.nobelprize.org/educational/physics/

integrated_circuit/history/index.html

Encapsulados

• Sirven para proteger el circuito (silicio)– Influencias ambientales (humedad, polvo, …)– Manejo y montaje

• Tienen terminales de conexión• Disipan calor

Tipos de encapsulados

De inserción:Atraviesan la placa• DIP: Los pines se extienden a

ambos lados del encapsulado• PGA: Los pines de conexión se

sitúan en la parte inferior del encapsulado

De montaje superficialSe depositan sobre la placa• SOP: los pines están sobre los

dos tramos más largos• QFP: los pines se extienden

sobre los cuatro lados• QFJ: los pines se extienden

sobre los cuatro lados

DIP PGA SOP QFP QFJ

Tipos de encapsulados (II)

• Para cada tipo de encapsulado los hay con diferente número de patillas

• Todos tienen una numeración y una marca que indica por donde empezar

Circuitos integrados de baja escala (SSI)

• Contienen unas pocas puertas lógicas:– Puertas AND, OR, NAND,…– Multiplexores, decodificadores…

• Se agrupan en familias con características iguales

• Compatibles en tensión e intensidad

• Optimizadas para aplicaciones

DatasheetHojas de características

• Contienen la información del dispositivo:– Función que realizan– Esquema de patillaje– Rangos de operación– Características temporales– Características eléctricas– Evolución con los agentes externos (temperatura,

…)– Dimensiones

Ejemplo: 74LS00

Nombre

Función

Tablade

verdad

Diagrama deconexiones

internas

Datasheet: Página 2

Condiciones generalesDe almacenamiento

y operación

Condiciones recomendadas

Características eléctricas(indicación de cómo

se han medido)

Datasheet: características temporales

Tiempos de propagación medidos con diferentes condiciones de carga

Datasheet: dimensiones

Diseño de un transistor

-VSS +VDDS DD SG G

p+ p+

p-welln+ n+n+ p+

Field oxide

OxideIsolation

Diseño de un circuito

Evolución del tamaño

Niveles de abstracción de los diseños

n+n+S

GD

+

DEVICE

CIRCUIT

GATE

MODULE

SYSTEM

The MOS Transistor

PolysiliconAluminum

CMOS Inverter

Polysilicon

In Out

VDD

GND

PMOS 2

Metal 1

NMOS

OutIn

VDD

PMOS

NMOS

Contacts

N Well

Proceso de fabricación de loscircuitos integrados

1. Crystal Growth

2. Single Crystal Ingot

3. Crystal Trimming and Diameter Grind

4. Flat Grinding

5. Wafer Slicing

6. Edge Rounding

7. Lapping

8. Wafer Etching

9. Polishong

10. Wafer Inspection

Slurry

Polishing table

Polishing head

Polysilicon Seed crystal

Heater

Crucible

Pasos principales en el proceso de fabricación de

IC CMOS

Used with permission from Advanced Micro Devices

Oxidation(Field oxide)

Silicon substrate

Silicon dioxide

oxygen

PhotoresistDevelop

oxide

PhotoresistCoating

photoresist

Mask-WaferAlignment and Exposure

Mask

UV light

Exposed Photoresist

exposedphotoresist

GGS D

Active Regions

top nitridetop nitride

S DGG

silicon nitride

NitrideDeposition

Contact holes

S DG

ContactEtch

Ion Implantation

resis

tre

sist

oxox D

G

Scanning ion beam

S

Metal Deposition and

Etch

drainS DG

Metal contacts

PolysiliconDeposition

polysilicon

Silane gas

Dopant gas

Oxidation(Gate oxide)

gate oxide

oxygen

PhotoresistStrip

oxide

RF Pow

er

Ionized oxygen gas

OxideEtch

photoresistoxide

RF Pow

er

Ionized CF4 gas

PolysiliconMask and Etch

RF Pow

er

oxideoxide

Ionized CCl4 gas

poly

gat

e

RF Pow

er

From Robert Yung, Intel Corp., ESSCIRC, Firenze 2002 presentation

ENIAC - The first electronic computer (1946)

Intel Pentium

IV