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Montagem de circuito integrado: o guia definitivo de perguntas frequentes

Eu sei que você provavelmente está procurando mais informações sobre montagem de circuitos integrados.

Uma razão pela qual este guia responderá a todas as suas perguntas sobre montagem de circuitos integrados – continue lendo para saber mais.

O que é um conjunto de circuito integrado?

Um conjunto de circuito integrado é um conjunto eletrônico de unidade única que consiste em dispositivos ativos e passivos miniaturizados.

Alguns dos dispositivos ativos incluem transistores e diodos, enquanto os dispositivos passivos consistem em capacitores e resistores.

Esses dispositivos têm interconexões formadas em um substrato semicondutor fino, resultando em um chip compacto.

Você descobre que este chip pode ser muito pequeno, mesmo na faixa de milímetros quadrados, graças aos minúsculos componentes individuais.

Uma Assembléia de Circuito Integrado

Um conjunto de circuito integrado

Um microprocessador é um conjunto de circuito integrado?

Sim.

Um microprocessador combina a funcionalidade de uma CPU em um único chip de circuito integrado. Ele executa operações lógicas e computacionais em um sistema de computador para que outros circuitos externos possam cumprir seus propósitos esperados.

Onde você encontra uso Montagens de circuitos integrados?

Um conjunto de circuito integrado engloba componentes elétricos como diodos, transistores e resistores, interconectados para realizar uma variedade de atividades. Você encontra conjuntos de circuitos integrados em diferentes dispositivos eletrônicos, incluindo:

  • Computadores e seus dispositivos periféricos como teclados e mouses, devido a sua versatilidade.
  • Câmeras digitais, consoles de videogame e controladores.
  • Codificadores e decodificadores para radiofrequência.
  • Fones de ouvido, microfones e alto-falantes, incluindo alto-falantes inteligentes, como Amazon Echo e Google Home.
  • Dispositivos de armazenamento de memória e instrumentos lógicos.
  • Processadores e amplificadores para vídeo e áudio respectivamente.
  • Smartwatches e outros wearables.
  • Televisores, computadores, tablets e smartphones.

Um conjunto de circuito integrado em um laptop

Um conjunto de circuito integrado em um laptop

Como você realiza a montagem de circuito integrado?

Você fabrica vários circuitos integrados simultaneamente em uma única peça de silício antes de separar individualmente os chips IC.

Você conduz a montagem do circuito integrado em um ambiente limpo e altamente controlado, onde o ar está livre de partículas estranhas.

O processo de montagem de circuito integrado segue o seguinte processo:

Preparação da bolacha de silício

O processo começa com a fusão de um lingote de silício cilíndrico em uma câmara de vácuo na posição vertical.

A fusão elimina as impurezas que se aglutinam no fundo do lingote que você corta deixando a parte pura.

Depois disso, você corta wafers de silício redondos do tamanho desejado do lingote no qual você fornece os circuitos integrados. Em seguida, você polir as superfícies antes de aplicar o dióxido de silício como revestimento para evitar a oxidação.

Circuitos Integrados em Silício

Circuitos Integrados em Silício

Mascaramento

O mascaramento durante a montagem do circuito integrado envolve a aplicação de projetos de camada para os componentes constituintes da pastilha de silício.

O mascaramento normalmente envolve a transferência de imagem por meio de redução óptica com o uso de máscaras transparentes e opacas.

doping

Você pode empregar duas abordagens de dopagem na montagem de circuitos integrados: difusão atômica ou implantação iônica. Na difusão atômica, você cria regiões P ou N por cozimento de wafer de alta temperatura na presença de um gás inerte.

A implantação iônica consiste na ionização de um gás dopante, como a fosfina. Aqui, um feixe que compreende íons dopantes com alta energia se forma que você dispara em áreas específicas da bolacha.

Formação de camadas sucessivas

Você repete os processos de mascaramento, gravação e dopagem para as camadas sucessivas necessárias para sua montagem de circuito integrado.

Para a camada final, você aplica uma camada de dióxido de silício através de deposição de vapor químico antes de depositar uma camada de alumínio para contatos.

Formação de Chip IC Individual

Você separa os vários cavacos através de linhas de separação de ranhuras no painel de silicone antes de usar um cortador de diamante.

Para separar os wafers, talvez seja necessário quebrá-los ao longo das linhas de corte antes de submetê-los a uma inspeção.

Armazenamento

Após a inspeção bem-sucedida, você sela os chips do circuito integrado em sacos plásticos especiais sem estática. Você pode manter os chips do pacote em armazenamento ou enviá-los.

Circuitos integrados em uma caixa de armazenamento

Circuitos integrados em uma caixa de armazenamento

Quais são as características de uma montagem de circuito integrado?

O circuito integrado é um dispositivo complexo que consiste em pastilhas de silício com desenhos microscópicos gravados nelas. Você pode encontrar vários milhares de transistores, resistores e outros componentes eletrônicos nesses projetos.

Algumas das características de um conjunto de circuito integrado incluem:

Densidade

Você pode encontrar montagens de circuitos integrados com medições de transistores na faixa de nanômetros. Isso permite que você empacote milhões de transistores em um único conjunto de circuito integrado, aumentando assim a funcionalidade.

Integração

Você pode empregar chips individuais para fazer dispositivos discretos, como diodos emissores de luz.

Os conjuntos de circuitos integrados derivam seu nome do fato de combinarem vários dispositivos em um único chip.

Os conjuntos de circuitos integrados têm transistores minúsculos, permitindo subfunções que anteriormente exigiam vários chips possíveis com apenas um.

Materiais

Você emprega materiais semicondutores na montagem de circuitos integrados. Materiais semicondutores são materiais que caem entre bons condutores e isolantes.

O semicondutor mais popular em uso para montagem de circuitos integrados é o silício. Para gerar materiais eletrônicos com propriedades diversas, você mistura silício ultrapuro com quantidades mínimas de outros elementos.

Embalamento

Devido ao tamanho e sensibilidade do chip de circuito integrado, o manuseio direto é impossível. Você envolve cada chip em blocos planos de plástico ou cerâmica ligados a um conjunto de fios microscópicos de alumínio ou ouro.

Pinos de metal externos no bloco conectam-se aos fios internos, proporcionando uma conexão mecânica e elétrica segura aos componentes do sistema.

Chip IC a proteção é pelo bloco plástico no qual você imprime o nome do fabricante e o número da peça e ajuda no resfriamento.

Tamanho

Um conjunto de circuito integrado pode ser tão pequeno quanto 1 mm quadrado até 200 mm quadrado. Um pacote de chip é grande o suficiente para acomodar o conjunto de circuito integrado com espessura variando de alguns milímetros.

Quais componentes você encontra em conjuntos de circuitos integrados?

Um conjunto de circuito integrado consiste em diferentes dispositivos passivos e ativos formados em um único wafer. Alguns dos componentes eletrônicos comuns que você encontra em montagens de circuitos integrados são:

capacitores

Um capacitor é um dispositivo de armazenamento de energia elétrica passiva de dois terminais que opera em um campo elétrico.

Capacitância descreve o efeito de um capacitor e um capacitor existe para adicionar capacitância a um conjunto de circuito integrado.

capacitores

capacitores

Diodos

Um diodo é um componente elétrico com um par de terminais que exibe principalmente fluxo de corrente unidirecional no conjunto de circuitos integrados. Com um diodo, você tem pouca resistência em uma direção e alta resistência na outra.

Diodos

Diodos

Resistores

Um resistor é um componente elétrico passivo com um par de terminais que implementa a resistência elétrica em um conjunto de circuito integrado. Os resistores permitem que você reduza o fluxo de corrente, divida as tensões, ajuste os níveis de sinal e termine as linhas de transmissão em um circuito.

Os resistores fazem parte do circuito integrado

Os resistores fazem parte de um circuito integrado

Transistor

Um transistor é um dispositivo semicondutor que amplifica ou comuta sinais elétricos em um conjunto de circuito integrado. Um transistor geralmente possui uma configuração de terminal triplo para conectar a um circuito eletrônico.

Como você pode classificar um conjunto de circuito integrado com base na abordagem de fabricação?

Você pode classificar os conjuntos de circuitos integrados em três categorias com base na técnica de fabricação que emprega:

Conjunto de circuito integrado fino e grosso

Você emprega componentes passivos, como resistores e capacitores nesses tipos de CI.

No entanto, você conecta separadamente os transistores e diodos no projeto do circuito.

Você faz esses conjuntos de circuitos integrados depositando filmes de material condutor na superfície do vidro ou em um suporte de cerâmica.

Conjunto de Circuito Integrado Monolítico

Circuito Integrado Monolítico

Conjunto de Circuito Integrado Monolítico

Você pode formar interconexões de chip único de componentes ativos, passivos e até discretos com este tipo de montagem IC. Os conjuntos de circuitos integrados monolíticos são de uso popular devido ao seu baixo custo e confiabilidade.

Conjunto de Circuito Integrado Híbrido/Multi-Chip

Um conjunto de CI multichip consiste em mais de um chip interconectado com componentes ativos e passivos contidos em um chip individual.

Você encontra esses conjuntos de IC em aplicações de amplificadores de alta potência que variam de 5W a 50W com seu desempenho superando conjuntos de IC monolíticos.

Quais matérias-primas você emprega na montagem de circuitos integrados?

Você encontra a maioria dos conjuntos de circuitos integrados feitos de silício puro dopado quimicamente para fornecer as regiões N e P.

O silício serve como substrato do chip enquanto você utiliza o dióxido de silício como isolante dos capacitores e um material dielétrico.

Na dopagem, fósforo e arsênico são dois dopantes comuns do tipo N, enquanto os dopantes do tipo P incluem boro e gálio.

Você encontra conectores entre os vários componentes do conjunto IC frequentemente feitos de alumínio.

Fios finos de alumínio ou ouro conectam o conjunto do circuito integrado ao pacote de montagem. Você pode usar materiais cerâmicos ou plásticos na construção do pacote de montagem.

Quais são os benefícios e desvantagens de usar um conjunto de circuito integrado?

Um conjunto de IC é uma pastilha de silício compacta que você pode empregar como oscilador, contador, amplificador, memória de computador, microprocessador ou temporizador. Você encontra as seguintes vantagens e desvantagens dos conjuntos de circuitos integrados:

Vantagens

  • Os conjuntos de IC são incrivelmente pequenos e mais confiáveis ​​com baixo consumo de energia.
  • Você pode substituir facilmente um conjunto de IC em caso de falha.
  • Esses chips são ideais na operação de pequenos sinais com maior capacidade de trabalhar em ambientes de alta temperatura.
  • Onde os efeitos parasitas e de capacitância estão ausentes, você aumenta a velocidade de operação do conjunto do IC.
  • Você se beneficia de uma correspondência de componentes próxima e um coeficiente de temperatura devido à produção em massa.

Os conjuntos de IC são facilmente substituíveis em tempos de falha

Os conjuntos de IC são facilmente substituíveis em tempos de falha

Desvantagens

  • A falha de um único componente no conjunto do circuito integrado requer a substituição de todo o circuito.
  • Alcançar um coeficiente de baixa temperatura é difícil.
  • Um conjunto de IC só pode operar com uma certa quantidade de energia.
  • Você não pode criar bobinas ou indicadores em montagens IC.
  • É difícil obter baixo ruído e operação de alta tensão.
  • A dissipação de energia não pode exceder 10 watts mantendo a operação em baixa tensão.
  • Os conjuntos de circuitos integrados produzem energia limitada, necessitando de extensão.

Como você determina um número de peça do conjunto de circuito integrado?

Ler o número do componente de um conjunto IC é um procedimento simples que permite determinar o fabricante e os detalhes técnicos.

Os conjuntos de circuitos integrados possuem individualmente um número de série dividido em duas partes.

Você encontra as informações do fabricante capturadas pela primeira parte com as especificações técnicas do chip indicadas pela segunda parte.

Como um conjunto de circuito integrado difere de um PCB?

Você incorpora um conjunto de circuito integrado na placa de circuito impresso por meio de um processo de soldagem. Você, portanto, observa que o PCB serve como portador do conjunto do IC.

A placa de circuito impresso (PCB) fornece conexão elétrica aos componentes permitindo funcionalidade específica.

Um conjunto de circuito integrado é um componente carregado feito para executar uma determinada função.

Portanto, você pode dizer que um conjunto de circuito integrado é um único chip contendo um circuito de uso geral. É um pacote completo que falha quando danificado internamente. Ao contrário, você pode conectar diferentes componentes a um PCB e até substituí-los quando quebrados.

Quais portas lógicas você pode empregar com um conjunto de circuito integrado?

Um dispositivo eletrônico que realiza processos lógicos define uma porta lógica com as entradas e saídas na forma binária (0,1). Você pode alocar portas lógicas em três categorias de portas básicas, portas universais e portas exclusivas.

Portões Básicos

Inclui portas NOT, OR e AND e você as utiliza para funções básicas.

Portão Exclusivo

As portas X-OR e X-NOR são os dois tipos de portas exclusivas encontradas em conjuntos de CI.

Portões Universais

As portas NAND e NOR são os dois tipos de portas universais que você emprega em montagens de circuitos integrados. Eles são “universais” porque você pode usar esses portões para construir qualquer portão, seja básico ou exclusivo.

Que tipos de conjuntos de circuitos integrados temos?

Existem vários tipos de conjuntos de circuitos integrados. Você pode classificar os conjuntos IC da seguinte forma com base em suas aplicações pretendidas:

Montagens CI digitais

Os conjuntos de CI digitais são aqueles que funcionam apenas em níveis distintos limitados, em vez de operar em vários níveis de amplitude de sinal.

Você as cria com um grande número de portas lógicas digitais que aceitam dados binários ou digitais como entradas.

Circuito Digital Integrado

Um circuito integrado digital

Conjuntos de IC analógicos

Esses conjuntos de IC funcionam em um espectro contínuo de sinais e incluem conjuntos de IC lineares e de radiofrequência. Em uma ampla faixa de sinal analógico contínuo, você pode encontrar a relação entre tensão e corrente não linear.

Conjuntos IC de Sinais Mistos

Você cria conjuntos de IC mistos combinando conjuntos de circuitos integrados analógicos e digitais em um único chip.

Quais são as gerações de montagem de circuito integrado?

Passamos por várias gerações de montagem de IC desde o início, cada uma com vários transistores e portas lógicas. A seguir está uma lista das gerações de montagem do CI e suas capacidades.

  • SSI: Integração em pequena escala usa portas lógicas que variam de 1 a 12 com alguns transistores (dezenas) em um chip.
  • MSI: A integração de média escala consiste em centenas de transistores em um chip IC e entre 13 e 99 portas lógicas.
  • LSI: A integração em larga escala compreendia milhares de transistores (500 a 20,000) em um chip com aproximadamente o mesmo custo do MSI. As portas lógicas variam de 100 a 9,999.
  • VLSI: A integração em grande escala empregou transistores variando de 20,000 a 1,000,000 e portas lógicas variando de 10,000 a 99,999.
  • ULSI: Números de integração de ultra grande escala 1,000,000 transistores e 100,000 portas lógicas.

Quais pacotes você pode usar com um conjunto de circuito integrado?

Você encontra a aplicação de dois tipos de pacotes com assemblies IC:

Montagem através do furo

Estes têm pinos de chumbo soldados em um lado e presos no lado reverso da placa. Esses pacotes são grandes e usados ​​principalmente para equilibrar o espaço da placa e as restrições de custo.

Circuito Integrado de Orifício de Passagem

Montagem através do furo no IC

Montagem em superfície

Este tipo de embalagem envolve a tecnologia de montagem usando pequenos conjuntos IC. Você anexa os CIs na superfície da placa por meio de áreas especiais da placa chamadas almofadas de solda.

Circuitos integrados com tecnologia de montagem em superfície

Circuitos integrados com tecnologia de montagem em superfície

Como funciona uma montagem de circuito integrado?

Um conjunto de circuito integrado funciona de forma semelhante a um temporizador, oscilador ou microprocessador.

As centenas de componentes em um conjunto de IC realizam várias funções para executar um processo definido.

As portas lógicas, que funcionam em forma binária, encontram uso em assemblies IC. Um sinal baixo enviado para um componente através de um conjunto de CI digital produz um valor “zero”, enquanto um sinal alto produz um valor “um”.

Os conjuntos de circuitos integrados analógicos e lineares têm valores permanentes. Consequentemente, um componente eletrônico conectado a um CI linear pode usar qualquer valor e emitir outro valor.

O que é metrologia durante a montagem de circuitos integrados?

Metrologia refere-se a um processo de medição de números e volumes, principalmente através do uso de equipamentos de metrologia.

Na montagem do IC, você mede a primeira e a segunda camada de sobreposição de padrões de camada colocada em um wafer, garantindo a precisão.

Por que é necessária a inspeção de um conjunto de circuito integrado?

A inspeção permite verificar a conformidade ou não conformidade em um conjunto de IC, incluindo anormalidade ou inadequação, de acordo com determinados critérios.

A inspeção permite detectar partículas ou falhas presentes em um wafer e também suas coordenadas posicionais.

Quais sistemas de gravação você usa para montagem de circuito integrado?

Um sistema de gravação permite que você molde designs preferidos em um filme fino IC usando reações químicas líquidas ou iônicas e gases.

Você pode empregar sistemas de ataque úmido ou seco, o primeiro usando ácido ou alcalino e o último empregando plasma de alto vácuo.

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