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Resumen Circuitos integrales e impresos
Tipo: Apuntes
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¡No te pierdas las partes importantes!
Un circuito eléctrico es un recorrido cerrado cuyo fin es llevar energía eléctrica desde unos elementos que la producen hasta otros elementos que la consumen.
Un circuito impreso es una placa de material aislante (plástico, baquelita, vidrio, etc.), provista de unas pistas o caminos de cobre que sirven para interconectar los diversos componentes que constituyen el circuito en cuestión.
La mayoría de los circuitos impresos están compuestos por un número de capas conductoras que va entre una y dieciséis, separadas por capas de material aislante.
Los sustratos tienen características mecánicas, químicas, térmicas y eléctricas. Las más importantes de todas ellas son:
Capaces de disipar muy bien el calor.
Constante dieléctrica baja para tener pocas pérdidas.
Retardante de las llamas.
Suficientemente rígidos para soportar los componentes y fáciles de taladrar.
Los diseñadores de circuitos impresos deben obedecer gran cantidad de normas para diseñar un PCB que funcione correctamente y que a la vez sea barato de fabricar.
Suelen utilizar programas de diseño electrónico automatizado (EDA) para distribuir e interconectar los componentes. Estos programas almacenan información relacionada con el diseño, facilitan la edición, y pueden automatizar tareas repetitivas.
placa, de modo que quede una capa muy fina y uniforme. Estas resinas son soluciones orgánicas que por acción de la luz experimentan u n cambio químico en cuanto a su solubilidad en un disolvente llamado revelador. Las hay de dos tipos:
Negativas: Son las que inicialmente se disuelven en el revelador, pero después de ser expuestas a la luz se vuelven insolubles.
Positivas: Inicialmente no se disuelven en el revelador, pero si se exponen a la luz se vuelven solubles.
Si el dibujo ha sido trazado directamente sobre papel poliéster o positivo fotográfico, se utiliza resina fotosensible positiva. Por el contrario, si el dibujo es un negativo fotográfico, se utiliza resina fotosensible negativa para recubrir la placa. A este proceso se le conoce como fotosensibilización de la placa.
Este método va dirigido a las personas que necesitan realizar circuitos impresos sencillos en donde la estética, precisión, etc. son aspectos de segundo plano.
El método directo no tendrá la capacidad de poder realizar circuitos para la tecnología superficial. Este método será ideal para pequeños proyectos que no le importan el espacio físico y la estética del acabado.
Un circuito integrado es una combinación de elementos de un circuito que forman parte de un mismo chip. También se utiliza como sinónimo de chip.
El circuito integrado está elaborado con un material semiconductor, sobre el cual se fabrican circuitos electrónicos. Estos circuitos se encuentran protegidos por conductores metálicos que establecen la conexión entre la pastilla de material semiconductor y el circuito impreso.
Existen diferentes tipos de circuitos integrados, los más avanzados y populares son los microprocesadores, que se utilizan para controlar desde computadoras, teléfonos móviles, e incluso electrodomésticos.
La función de un circuito integrado es simplificar una función eléctrica, el mismo nombre nos lo dice circuito “integrado”, todo un circuito eléctrico dentro de uno (resistencias, transistores... etc.).
En una computadora uno simple sería el circuito integrado que se encarga del sonido es un pequeño circuito que en sus terminales entra el audio en forma de dato y sale en forma de audio. Uno más complejo sería el Microprocesador que tiene millones de transistores y cada vez más pequeños.
Estos circuitos son de una sola pieza que es un mono -cristal de silicio la cual integra diversos componentes y su fabricación está fundamentada en la tecnología planar que están formadas de capas de silicio que forma el cuerpo en el que se llevara a cabo la construcción del circuito y tiene una función adiciona que consiste en aislar los componentes, para la elaboración de estas capas de emplean los procesos epitexial, difusión e implantación de iones respectivamente.
Un CI cuyos elementos estén formados sobre un substrato aislante, como vidrio o material cerámico, se denomina circuito integrado pelicular.
El CI pelicular puede utilizar un sistema de elementos pasivos depositados sobre el substrato. Para formar una resistencia, se deposita una película para lograr la resistencia deseada. También se deposita el sistema de conductores terminales. Por separado se añaden los elementos discretos, tales como transistores, diodos y bobinas; se fabrican especialmente para ser utilizados en un CI de película delgada.
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 foto endurecible 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 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.
Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos compuestos por elementos metálicos y no metálicos vinculados químicamente. Pueden ser cristalinos, no cristalinos o mixtura de ambos.
Propiedades físicas:
▲ Pesan mensos que los metales pero más que los polímeros.
▲ Baja conductividad eléctrica
▲ (^) Baja conductividad térmica
▲ Baja expansión y fallas térmicas
▲ Se caracterizan por su dureza y su resistencia al desgaste.
Propiedades térmicas:
▲ Resistencia térmica
▲ Resistencia al choque térmico
▲ Resistencia a la llama directa
Las fases principales en la fabricación de la cerámica son:
▲ Obtención de materia prima
▲ Preparación de la materia prima
▲ (^) Modelo de vasija
▲ Tratamientos anteriores a la cocción
▲ Secado
▲ Cocción
▲ Tratamientos posteriores a la cocción
Las cerámicas piezoeléctricas son cuerpos macizos semejantes a los utilizados en aislantes eléctricos, son constituidas de innumerables cristales ferroeléctricos microscópicos, siendo inclusive denominadas como policristalinas.
Las cerámicas piezoeléctricas pertenecen al grupo que da mayor flexibilidad de formato y de propiedades, siendo ellas ampliamente utilizadas en la fabricación de equipos industriales, específicamente en sistemas de limpieza, equipos de soldadura por ultrasonido, para ensayos no destructivos y equipos para monitorear vibraciones.
La cerámica ferroeléctricas se preparan mediante la sinterización de la mezcla de óxido durante varias horas a temperaturas entre 1450 y 1650 K. Los materiales de partida son lo óxidos molidos o, especialmente para los productos de grano fino. Las cerámicas de baja porosidad requeridas para aplicaciones ópticas se obtienen por prensado en caliente o sinterización en vacío.
A partir del descubrimiento y estudio del BaTiOs, (5), se han desarrollado un considerable número de estudios sobre nuevos materiales cerámicos ferroeléctricos. En la mayoría de los casos existe una analogía estructural entre muchos de ellos, pues la red cristalina tipo perovskita típica del BaTiOs, es común para un gran número de composiciones, que por sí solas o formando soluciones sólidas dan lugar a una extensa variedad de materiales cerámicos con características ferroeléctricas.
Un material cerámico ferroeléctrico se utiliza o puede ser utilizado como:
a) Dieléctrico: Alta constante dieléctrica y su variación con la temperatura y el campo eléctrico. [Condensadores].
b) Piezoeléctrico: La variación de polarización o carga eléctrica con una tensión mecánica produce un campo eléctrico (efecto directo). La aplicación de un campo eléctrico produce una deformación mecánica (efecto inverso). [Transductores electromecánicos].
c) Electroestrictivo: La deformación mecánica que provoca un campo eléctrico posee una forma cuadrática, no presentando dependencia con la polaridad del mismo. [Actuadores electromecánicos].
d) Piroeléctrico: Variación de la polarización eléctrica espontánea con la temperatura. [Detector de radiación infrarroja].
e) PTCR: Coeficiente positivo de resistividad en función de la temperatura para un cierto intervalo de ésta. [Termistor].
f) Electroóptico: Variación del índice de refracción con el campo eléctrico y la radiación luminosa. [Memorias ópticas y puertas luminosas].
g) Fotoelectrolito: La creación por la luz de pares electrón-hueco de energía suficiente para disociar la molécula de agua. [Producción de H2]
Las propiedades dieléctricas, piezoeléctricas, electroestrictivas, piroeléctricas y PTCR se encuentran en plena explotación, mientras que las restantes están en vías de desarrollo. La forma más habitual en la que se presentan estos materiales es la de materiales cerámicos, debido a su bajo coste y a la posibilidad de obtener variedad de formas, abordadas por medio de procesos de fabricación asequibles. Sin embargo, determinadas aplicaciones hacen necesario el uso de lámina delgada y más recientemente de composites y polímeros que realcen algunas de las propiedades. La
forma monocristalina presenta los inconvenientes de ser muy cara y de una gran limitación en tamaño, forma y número de piezas.
