1 Tema 1: Características reales circuitos digitales Electrónica Digital Curso 2013/2014

2 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/integr ated_circuit/history/index.html

3 Encapsulados Sirven para proteger el circuito (silicio) –Influencias ambientales (humedad, polvo, …) –Manejo y montaje Tienen terminales de conexión Disipan calor

4 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

5 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

6 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

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10 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

11 Ejemplo: 74LS00 Nombre Función Tabla de verdad Diagrama de conexiones internas

12 Datasheet: Página 2 Condiciones generales De almacenamiento y operación Condiciones recomendadas Características eléctricas (indicación de cómo se han medido)

13 Datasheet: características temporales Tiempos de propagación medidos con diferentes condiciones de carga

14 Datasheet: dimensiones

15 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

16 Diseño de un circuito

17 Evolución del tamaño

18 Niveles de abstracción de los diseños

19 The MOS Transistor Polysilicon Aluminum

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

21 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

22 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

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

24 ENIAC - The first electronic computer (1946)

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26 Intel Pentium IV