MICROELECTRÒNICA

TRABAJO COLABORATIVO 1

ANTONIO VALDELAMAR.

ALFREDO TOCUA BLANCO

Grupo: 299008_23

TUTOR:

NESTOR JAVIER RODRIGUEZ

UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA-UNAD

MARZO DE 2014

INTRODUCCIÓN

Este trabajo presenta en su primer contenido el desarrollo del ensayo en el cual

se integraron los aportes de cada una de las participantes en el foro, tomando

como base la bibliográfica y video sugerido en la guía del tutor.

La segunda parte muestra la utilidad del programa microwind para desarrollar

prácticas de compuertas y lenguaje de programación.

Este trabajo nos permitió realizar la transferencia de los contenidos de la

unidad uno y conocer como se componen los elementos que a diario utilizamos

en nuestra vida cotidiana, además de integrar el uso de herramientas software

que permiten el manejo de simuladores para alcanzar los objetivos propuestos.

OBJETIVOS

La familiarización con las herramientas software que permiten la

simulación de circuitos de compuertas.

El trabajo colaborativo que permite la integración de conceptos para

transferir el aprendizaje en los contenidos sugeridos en la guía.

El desarrollo y articulación de los ensayos a través de la síntesis de los

contenidos cargados en el foro.

1. ASPECTO IMPORTANTES

FABRICACIÒN DE CIRCUÌTOS INTEGRADOS

Cada vez más pequeño— Cada vez más rápido, este es el principio de

operación de los Circuitos Integrados, desde que en 1958 cuando el ingeniero

Jack Kilby desarrollo la primera integración de seis transistores en una

pequeña capsula, hemos visto el avance significativo que ha tenido la

integración de componentes a grandes escalas de millones de elementos por

Chip.

Los circuitos Integrados están formados por muchos componentes activos y

pasivos reunidos en una capsula para realizar funciones específicas y

complejas. Los Chips que se componen de silicio que es un elemento de la

tabla periódica, tan sencillo en su presentación natural y a la vez tan complejo

debido a la forma en la cual el hombre la ha usado en el desarrollo tecnológico

necesaria para aumentar la calidad de vida de la humanidad, brindando

comodidades y mejoramiento en procesos industriales facilitando a las

personas el día a día. El Silicio es un material de muy bajo costo, es casi arena

y su valor es muy bajo, es el segundo elemento más abundante en la corteza

terrestre (27,7% en peso) después del oxígeno, pero en sí su proceso de

manufactura es bastante costoso para la fabricación de los

microprocesadores, la automatización de las plantas y su mantenimiento.

El Silicio lleva todo un proceso para dotarlo de las condiciones necesarias

para convertirlo en semiconductor, esto ha permitido el desarrollo de

tecnologías en todos los campos de la vida. Las máquinas fueron adquiriendo

tamaños muchos más manejables hasta llegar a lo que hoy en día conocemos

como la tecnología portátil, que va desde un aparato celular hasta complejos

equipos de cómputo para desarrollar actividades y poseer conectividad desde

cualquier lugar del mundo gracias a la integración de componentes en un Chip.

La fabricación de un Circuito Integrado comienza con el desarrollo de un diseño

a cargo de un gran número de expertos ingenieros a través de un programa

asistido por computador, donde se genera un plano de acuerdo a los

requerimientos específicos y las tareas que debe cumplir el Chip, este proceso

computarizado pasa por el simulador, donde se verifican todas las variables de

operación del circuito, estas deben ser evaluadas por el equipo técnico para

realizar los ajustes necesarios.

Este proceso es un tanto artístico ya que hay un gran componente intelectual e

imaginativo, cuando pensamos que las tareas que realizamos diariamente y

que hacen fácil nuestro vivir y que detrás de ellas hay cientos de elementos

que gracias a la integración a gran escala nos permiten contar con dispositivos

tan manejables y portables, yo diría que si hay arte detrás de todo esto.

Luego de pasar por todo este proceso se pasa a los trazadores gráficos donde

dibujan el Layout y vemos las reales dimensiones de los componentes e

integración del circuito.

Dado que el proceso de ensamble de los chips es muy delicado y de alta

precisión las láminas de silicio tiene un tratamiento especial, bajo las prácticas

de manufactura más estrictas, el ambiente tiene que estar libre de material

particulado, evitando así que un dispositivo salga defectuoso; por ello el

proceso de ensamble se encuentra automatizado donde unas máquinas

especiales mueven las láminas de silicio durante todo el proceso de

fotolitografía donde por medio de un proceso químico se imprime una fotografía

por así decirlo del diseño tan miniaturizado del plano del chip, para la

producción masiva.

Llevado por un proceso de manufacturación en compañías especializadas en

todo el mundo, que se dedican a la investigación para poner a disposición de

los mercados cada día Chip más poderosos y eficientes, vemos que la

tecnología parece no tener límites y nosotros debemos empezar a convivir en

realidades que jamás nos hubiéramos imaginados, así como tampoco lo pudo

imaginar quien percibió le idea de integración de elementos en un solo circuito

por primera vez.

La realidad es que si analizamos las ventajas y desventajas de estos

dispositivos nos daremos cuenta que estos son hoy en día una necesidad más

del hombre. Ya nada funciona sin un circuito integrado y lo más interesante es

que en su mayoría son irremplazables, por el simple hecho de cómo están

instalados y su nivel de producción.

En nuestro mundo que cada día está en avance y corre a mil por hora es más

común toparnos con una tecnología y con una fiebre tecnológica alta, las

personas se enfrenta a retos cada momento de sus vidas y si miran como

evoluciona se darán cuenta que la miniaturización se está tomando el mundo.

A caso las personas se preguntan cómo llegan las cosas tecnológicas a sus

manos y que proceso experimentan para llegar a ser lo que son…??? Es un

interrogante grande pues muchos solo piensan en tener lo último en

“Guaracha” o tecnología en sus manos, como por ejemplo los celulares que

cada día son más avanzados por causa de la miniaturización.

El video me pareció súper interesante ya lo había visto en alguna ocasión pero

no le había puesto mucha atención pero de verdad es bien chévere que

nosotros como estudiantes estemos más metidos en temas que nos brindan

mucha facilidad de entendimiento de ciertos procesos con afines de nuestra

carrera.

A continuación quiero que recordemos un poco de conceptos

Circuito integrado

Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una

pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados

de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante

fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o

cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer

conexión entre la pastilla y un circuito impreso.

El desarrollo de los circuitos integrados fue posible gracias a descubrimientos

experimentales que demostraron que los semiconductores pueden realizar

algunas de las funciones de las válvulas de vacío.

La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños

chips fue un enorme avance sobre el ensamblaje manual de los tubos de vacío

(válvulas) y en la fabricación de circuitos electrónicos utilizando componentes

discretos.

La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, su confiabilidad y

la facilidad de agregarles complejidad, llevó a su estandarización,

reemplazando diseños que utilizaban transistores discretos, y que pronto

dejaron obsoletas a las válvulas o tubos de vacío.

Son tres las ventajas más importantes que tienen los circuitos integrados sobre

los circuitos electrónicos construidos con componentes discretos: su menor

costo; su mayor eficiencia energética y su reducido tamaño. El bajo costo es

debido a que los CI son fabricados siendo impresos como una sola pieza por

fotolitografía a partir de una oblea, generalmente de silicio, permitiendo la

producción en cadena de grandes cantidades, con una muy baja tasa de

defectos. La elevada eficiencia se debe a que, dada la miniaturización de todos

sus componentes, el consumo de energía es considerablemente menor, a

iguales condiciones de funcionamiento que un homólogo fabricado con

componentes discretos. Finalmente, el más notable atributo, es su reducido

tamaño en relación a los circuitos discretos; para ilustrar esto: un circuito

integrado puede contener desde miles hasta varios millones de transistores en

unos pocos centímetros cuadrados.

Fabricación de circuitos integrados: es un proceso complejo y en el que

intervienen numerosas etapas. Cada fabricante de circuitos integrados tiene

sus propias técnicas que guardan como secreto de empresa, aunque las

técnicas son parecidas, en este video que nos mostró la cadena de

DISCOVERY CHANNEL muestra con de ser un montón de arena y piezas

llega a ser transformado en una lámina de silicio y estas laminas terminadas

llevan hasta 1.000 microchips diferentes y más de 4 billones de componentes

de circuitos, luego se recorta para darle vida y forma a lo que conocemos como

un microchip.

Los dispositivos integrados pueden ser tanto analógicos como digitales, aunque

todos tienen como base un material semiconductor, normalmente el silicio.

Para entender de una mejor manera el video ya que este es bastante y claro

quiero presentar lo pasa para su fabricación

Pasos Generales de Fabricación de un Circuito Integrado formado por

Silicio como componente activo

Los pasos de fabricación básica se pueden realizar muchas veces, en

diferentes combinaciones y en diferentes condiciones de procedimiento durante

un turno de fabricación completo.

Preparación de la oblea

El material inicial para los circuitos integrados modernos es el Silicio de muy

alta pureza, donde adquiere la forma de un cilindro sólido de color gris acero de

10 a 30 cm de diámetro y puede ser de 1m a 2m de longitud. Este cristal se

rebana para producir obleas circulares de 400um a 600um de espesor, (1um es

igual a 1x10-6 metros). Después, se alisa la pieza hasta obtener un acabado de

espejo, a partir de técnicas de pulimento químicas y mecánicas. Las

propiedades eléctricas y mecánicas de la oblea dependen de la orientación de

los planos cristalinos, concentración e impurezas existentes. Para aumentar la

resistividad eléctrica del semiconductor, se necesita alterar las propiedades

eléctricas del Silicio a partir de un proceso conocido como dopaje. Una oblea

de silicio tipo n excesivamente impurificado (baja resistividad) sería designada

como material n+, mientras que una región levemente impurificada se

designaría n-.

Oxidación

Se refiere al proceso químico de reacción del Silicio con el Oxígeno para formar

Dióxido de Silicio (SiO2). Para acelerar dicha reacción se necesitan de hornos

ultra limpios especiales de alta temperatura. El Oxígeno que se utiliza en la

reacción se introduce como un gas de alta pureza (proceso de “oxidación

seca”) o como vapor (“oxidación húmeda”). La Oxidación húmeda tiene una

mayor tasa de crecimiento, aunque la oxidación seca produce mejores

características eléctricas. Su constante dieléctrica es 3.9 y se le puede utilizar

para fabricar excelentes condensadores. El Dióxido de Silicio es una película

delgada, transparente y su superficie es altamente reflejante. Si se ilumina con

luz blanca una oblea oxidada la interferencia constructiva y destructiva hará

que ciertos colores se reflejen y con base en el color de la superficie de la

oblea se puede deducir el espesor de la capa de Óxido.

Difusión

Es el proceso mediante el cual los átomos se mueven de una región de alta

concentración a una de baja a través del cristal semiconductor. En el proceso

de manufactura la difusión es un método mediante el cual se introducen

átomos de impurezas en el Silicio para cambiar su resistividad; por lo tanto,

para acelerar el proceso de difusión de impurezas se realiza a altas

temperaturas (1000 a 1200 °C), esto para obtener el perfil de dopaje deseado.

Las impurezas más comunes utilizadas como contaminantes son el Boro (tipo

p), el Fósforo (tipo n) y el Arsénico (tipo n). Si la concentración de la impureza

es excesivamente fuerte, la capa difundida también puede utilizarse como

conductor.

Implantación de iones

Es otro método que se utiliza para introducir átomos de impurezas en el cristal

semiconductor. Un implantador de iones produce iones del contaminante

deseado, los acelera mediante un campo eléctrico y les permite chocar contra

la superficie del semiconductor. La cantidad de iones que se implantan puede

controlarse al variar la corriente del haz (flujo de iones). Este proceso se utiliza

normalmente cuando el control preciso del perfil del dopaje es esencial para la

operación del dispositivo.

Deposición por medio de vapor químico

Es un proceso mediante el cual gases o vapores se hacen reaccionar

químicamente, lo cual conduce a la formación de sólidos en un sustrato. Las

propiedades de la capa de óxido que se deposita por medio de vapor químico

no son tan buenas como las de un óxido térmicamente formado, pero es

suficiente para que actúe como aislante térmico. La ventaja de una capa

depositada por vapor químico es que el óxido se deposita con rapidez y a una

baja temperatura (menos de 500°C).

Metalización

Su propósito es interconectar los diversos componentes (transistores,

condensadores, etc.) para formar el circuito integrado que se desea, implica la

deposición inicial de un metal sobre la superficie del Silicio. El espesor de la

película del metal puede ser controlado por la duración de la deposición

electrónica, que normalmente es de 1 a 2 minutos.

Fotolitografía

Esta técnica es utilizada para definir la geometría de la superficie de los

diversos componentes de un circuito integrado. Para lograr la fotolitografía,

primeramente se debe recubrir la oblea con una capa fotosensible llamada

sustancia fotoendurecible que utiliza una técnica llamada “de giro”; después de

esto se utilizará una placa fotográfica con patrones dibujados para exponer de

forma selectiva la capa fotosensible a la iluminación ultravioleta. Las áreas

opuestas se ablandarán y podrán ser removidas con un químico, y de esta

manera, producir con precisión geometrías de superficies muy finas. La capa

fotosensible puede utilizarse para proteger por debajo los materiales contra el

ataque químico en húmedo o contra el ataque químico de iones reactivos. Este

requerimiento impone restricciones mecánicas y ópticas muy críticas en el

equipo de fotolitografía.

Empacado

Una oblea de Silicio puede contener varios cientos de circuitos o chips

terminados, cada chip puede contener de 10 a 108 o más transistores en un

área rectangular, típicamente entre 1 mm y 10 mm por lado. Después de haber

probado los circuitos eléctricamente se separan unos de otros (rebanándolos) y

los buenos (“pastillas”) se montan en cápsulas (“soportes”). Normalmente se

utilizan alambres de oro para conectar las terminales del paquete al patrón de

metalización en la pastilla; por último, se sella el paquete con plástico o resina

epóxica al vacío o en una atmósfera inerte.

El video muestra las diferentes empresas líderes en la fabricación de

microchips es de las láminas de silicio, aquí escribo un aporte de una de ellas

la Texas Instruments donde son 1.500 pasos para la construcción de principio

a fin.

Texas Instruments, más conocida en la industria electrónica como TI, es una

empresa norteamericana con sede en Dallas (Texas, EE. UU.) Que desarrolla y

comercializa semiconductores y tecnología para ordenadores. TI es el tercer

mayor fabricante de semiconductores del mundo tras Intel y Samsung y es el

mayor suministrador de circuitos integrados para teléfonos móviles. Igualmente,

es el mayor productor de procesadores digitales de señal y semiconductores

analógicos. Otras áreas de actividad incluyen circuitos integrados para módem

de banda ancha, periféricos para ordenadores, dispositivos digitales de

consumo y RFID.

Fragmentos de poemas de William Blake

“Para ver el mundo en un grano de arena, Y el Cielo en una flor silvestre,

Abarca el infinito en la palma de tu mano Y la eternidad en una hora.

Aquel que se liga a una alegría Hace esfumar el fluir de la vida;

Aquél quien besa la joya cuando esta cruza su camino Vive en el amanecer de

la eternidad.”

En el video hace referencia a este aparte de este poema de William Blake

donde dice “Un mundo en un grano de arena”, ya que esto hace notar que la

miniaturización se está tomando el mundo con cosas más pequeñas, el video

en realidad es muy interesante ya que nos muestra paso por paso la

fabricación de microchips, su proceso varía desde el comienzo ya que cada vez

que pasa por cierta etapa cambia su forma, así como se dice al principio de

este escrito la tecnología tiene a este mundo cada vez tomada.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CONCLUSIONES

Este trabajo nos permitió realizar la práctica de la herramienta software de

microwind, para crear la simulación de la compuerta lógica NOR, además de la

consolidación y síntesis del ensayo con los aportes del foro.

Hemos realizado la transferencia de los contenidos de la unidad uno a través

del aprendizaje colaborativo y la integración de las herramientas software

sugerida.

BIBLIOGRAFIA

ROBAYO. Faiber. Microelectrónica. Módulo, UNAD. Bogotá, Julio 2009.

http://wordpress.com/2011/06/29/simulador-de-microwin-y-manual/, tomado el

22 e abril de 2012.

http://www.mitecnologico.com/Main/CompuertasLogicas, tomado el 24 de abril

de 2012.

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado

http://es.wikipedia.org/wiki/Fabricaci%C3%B3n_de_circuitos_integrados

http://es.wikipedia.org/wiki/Texas_Instruments