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: – – ated_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 superficial Se 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 SOPQFPQFJ

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

Datasheet Hojas 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 Tabla de verdad Diagrama de conexiones internas

Datasheet: Página 2 Condiciones generales De 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 -V SS +V DD S D D S G G p+p+ p+p+ p-well n+n+ n+n+ n+n+ p+p+ Field oxide Oxide Isolation

Diseño de un circuito

Evolución del tamaño

Niveles de abstracción de los diseños

The MOS Transistor Polysilicon Aluminum

CMOS Inverter Polysilicon In Out V DD GND PMOS 2 Metal 1 NMOS Contacts N Well

Proceso de fabricación de los circuitos 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 Photoresist Develop oxide Photoresist Coating photoresist Mask-Wafer Alignment and Exposure Mask UV light Exposed Photoresist exposed photoresist G SD Active Regions top nitride S D G silicon nitride Nitride Deposition Contact holes S D G Contact Etch Ion Implantation resist ox D G Scanning ion beam S Metal Deposition and Etch drain S D G Metal contacts Polysilicon Deposition polysilicon Silane gas Dopant gas Oxidation (Gate oxide) gate oxide oxygen Photoresist Strip oxide RF Power Ionized oxygen gas Oxide Etch photoresist oxide RF Power Ionized CF 4 gas Polysilicon Mask and Etch RF Power oxide Ionized CCl 4 gas poly gate RF Power

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

ENIAC - The first electronic computer (1946)

Intel Pentium IV