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