CIRCUITOS INTEGRADOS (Unidade 3)

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1 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) 1

2 INTEGRADO vs DISCRETO (Características, vantagens, limitações e aplicações) 2

3 Integrados x Discretos Discretos: Componentes discretos são dispositivos encapsulados isoladamente; Este tipo de componente, do ponto de vista funcional, são maiores do que precisam ser. (parte funcional) 3

4 Integrados x Discretos Integrados: Componentes funcionais; Constituídos por um conjunto de transístores, díodos, resistências e condensadores, fabricados num mesmo processo (integração); Elementos em uma única pastilha de silício, comumente chamada de Chip. Circuito integrado (CI) visto por dentro e por cima. Chip Fios finíssimos de ligação do chip aos terminais do CI Terminais do CI A maior parte do tamanho físico do circuito integrado deve-se ao encapsulamento e às ligações do chip aos terminais externos. 4

5 Vantagens dos Circuitos Integrados Redução do peso e tamanho do elemento; Aumento da confiabilidade; Menor consumo de energia; Redução dos erros de montagem; Simplificação dos circuitos e do processo de produção. 5

6 Quais as Limitações dos Circuitos Integrados? Baixas potências de dissipação; Limitações nas tensões de alimentação. 6

7 PROCESSO DE FABRICAÇÃO (Etapas do processo) 7

8 Processo de Fabricação Processo de fabricação baseado em um conjunto de etapas: Oxidação térmica; Fotogravação; Implantação iônica; Recozimento; Passivação e corte; Soldagem dos terminais. 8

9 Processo de Fabricação Oxidação Térmica Obtenção do óxido de silício (SiO2) sobre o wafer de silício já dopado (Tipo P); Temperaturas > 900 C Óxido de Silício Silício - P Silício - P A espessura da camada de SiO2 depende do tempo e da temperatura usada na reação. Esta etapa é usada para promover uma proteção no wafer de silício!! 9

10 Processo de Fabricação Fotogravação Retirada do SiO2 em determinadas regiões do wafer; Aplicação de um fotoresiste (material resistente a exposição a luz UV) sobre o wafer; Utilização de uma fotomáscara (uma espécie de molde). Fotomáscara Fotoresiste Luz UV Fotogravação Esta etapa é usada para definir as regiões onde o wafer de silício será dopado!! Óxido de Silício Silício - P Silício - P Após a fotogravação, o fotoresiste remanescente é removido!! 10

11 Processo de Fabricação Implantação Iônica Introduzir impurezas na rede cristalina do wafer de silício; Surgimento das regiões do Tipo N; Processo de Difusão, onde são bombardeados feixes de íons dopantes no silício! Tipo N Silício P O tamanho da camada N está relacionada ao tempo e a intensidade do feixe de íons. O processo de implantação iônica provoca danos na rede cristalina do silício 11

12 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) 12

13 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. 13

14 Processo de Fabricação Passivação e Corte Na passivação, uma camada isolante protetora recobre todo o dispositivo, exceto os Pads de soldagem; Os vários circuitos integrados contidos no wafer de silício são testados e posteriormente cortados. 14

15 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. 15

16 Exemplo de Processo de Fabricação - Transistor Etapas adotadas para a confecção de um transistor NPN; Transistor NPN: 16

17 Lembra das PORTAS LÓGICAS? Internamente, cada porta lógica é implementa a partir da associação de transistores, diodos e elementos passivos (resistores, capacitores). Porta Lógica AND 17

18 Até a Próxima Aula!! 18

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