[SM] Circuitos Integrados

[SM] Circuitos Integrados

1. Dados Básicos

   • Chip
     • É um pequeno substrato retangular de um monocristal de Silício ou Arseneto de Gálio de alta pureza
       • Monocristal é um material que tem sua estrutura cristalina contínua e sem rupturas até suas bordas
     • Pequenas dimensões
     • São impressos milhões de componentes sobre.
       • Adição seletiva de concentrações controladas de impurezas específicas em regiões próximas a superfície do material. Usa-se técnicas litográficas complexas
     • É o coração do CI
     • Frágil
     • Matriz (Wafer)
       • É uma grande quantidade de Chips acoplados
       • É uma fina pastilha circular de um monocristal de Si
       • Ilustração
       • Depois de montado em conjunto pode ser preso a uma placa de circuito impresso.
     • É necessário fabricar caminhos dos circuitos condutores sob sua superfície. Alumínio e a Liga alumínio-silício são comumente utilizadas nesse processo
   • Funções básicas necessárias
     • (1) Permitir o contato elétrico entre os dispositivos no chip e o mundo macroscópico
     • (2) Dissipar excesso de calor do chip
     • (3) Proteger conexões elétricas delicadas no chip contra degradação química e contaminação
     • (4) Prover suporte mecânico para que o chip possa ser manuseado
     • (5) Prover uma interface elétrica para que o desempenho do CI não seja prejudicado pelo processo de montagem

2. Definição: Circuito integrado (ou simplesmente C.I.) é um circuito eletrônico que incorpora miniaturas de diversos componentes (principalmente transistores, diodos, resistores e capacitores), "gravados" no chip

3. Barra de Terminais

   • Consiste em uma placa central onde a matriz deve ser montada e terminais de contato, onde são feitas as conexões de fiações
   • Fotografia
   • Exigências das propriedades dos materiais
     • (1) O material dos terminais de contato deve ter alta condutividade elétrica
     • (2) A barra de terminais, a placa central, o substrato e o adesivo de fixação da matriz devem ser condutores térmicos
     • (3) É desejável um coeficiente de expansão térmica comparável ao do SI
     • (4) Os materiais da barra de terminais e do substrato devem se aderir ao adesivo de fixação da matriz, e o adesivo e o substrato devem ser condutores elétricos
     • (5) Deve ser possível formar uma junção firme e eletricamente condutora entre a barra de terminais e os fios de conexão
     • (6) A barra de terminais deve ser resistente à oxidação e reter sua resistência mecânica durante ciclos térmicos
     • (7) A barra de terminais deve suportar ambientes corrosivos, temperaturas elevadas e alta umidade.
     • (8) Deve ser possível produzir barras de terminais em massa e economicamente.

4. Colagem da Matriz

   • Consiste na fixação da Matriz na Barra de Terminais
   • Há duas maneiras mais comuns
     • Adesão com agente de colagem a base de Epóxi
       • É preenchido com partícular metálicas (Frequentemente Ag)
       • Proporciona um percurso entre o chip e a barra de terminais que é termicamente e elétricamente condutor
     • Solda eutética de ouro-silício
       • Requer o aquecimento do conjunto até 500°C
   • A tabela 22.6 lista as ligas mais utilizados e suas vantagens e desvantagens

5. Ligação dos Fios

   • Considerações importantes
     • A condutividade elétrica do fio
     • A habilidade da liga em se ligar, por soldagem ou brasagem, às ligas de Al e de Cobre, no bloco do chip e na barra de terminais, respectivamente.
     • A formação de uma microjunção mecanicamente e eletricamente estável.
     • Combinações de ligas de microjunção que formem fases intermetálicas devem ser evitadas
   • Microjunção
     • Um fio é ligado entre o bloco metalizado do chip e a barra de terminais usando uma operação de microjunção
     • Antes da microjunção, as regiões do bloco do chip e a superfície da barra de terminais onde serão feitas as junções podem ser revestidas com Au.
     • Há dois tipos de microjunção
       • Em Esfera
         • São possíveis apenas em fios de Ouro, pois esfera se forma devido a elevada tensão superfícial do Ouro
         • É obtido através do contato mecânico com a superfície de ligação enquanto o fio e a superfície estão submetidos a vibrações ultra-sônicas
         • É desejável pois, quando a primeira microjunção do fio é feita o fio pode ser dobrado em qualquer direção, facilitando a microjunção da outra extremidade
         • Imagem
       • Em Cunha
         • A união ocorre pelo posicionamento do fio entre uma sonda vibratória e a superfície da barra de terminais
           • O fio é soldado a superfície quando uma corrente elétrica é aplicada através da sonda
         • Há um contato íntimo entre as duas superfícies devido as vibrações que soltam e removem contaminantes superfíciais
         • Faz com que o movimento de flexão do fio fique restrito a uma direção
         • Imagem

6. Encapsulamento da montagem

   • Critérios: O encapsulamento deve:
     • (1) Ser isolante elétrico
     • (2) Ser conformável a forma desejada em torno da matriz do chip
     • (3) Ser impermeável à penetração de umidade e contaminantes
     • (4) Formar ligações adesivas fortes com a superfície do chip, com os fios e com a barra de terminais
     • (5) Exibir estabilidade mecânica e química durante o tempo de vida útil esperado
     • (6) Não necessitar de exposição a altas temperaturas durante a instalação
     • (7) Ter um coeficiente de expansão térmica semelhante aos de outros componentes de montagem
   • O material utilizado no encapsulamento depende dos critérios necessários, a tabela 22.7 mostra os materiais mais usados e suas vantagens e desvantagens
   • Consiste em colocar o conjunto definido (barra de terminais - fio - chip) em um invólucro protetor que protegerá o CI contra corrosão, contaminação e danos durante o manuseio

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