Die (electronică)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Mori terminat, gata pentru a fi montat în pachet

Matrița [1] este placa subțire din material semiconductor pe care a fost realizat circuitul electronic al circuitului integrat , realizat la rândul său printr-un proces litografic .

Matrița sigilată în containerul său, numită cu termenul englezesc pachet (literalmente „pachet”, „pachet”), formează o componentă electronică (circuitul integrat). Între matriță (câțiva milimetri în dimensiune) și terminalele accesibile ale circuitului integrat (denumit cu termenul italian „ piedini ” sau cu termenul englezesc pin ), conexiunea electrică se face folosind fire foarte subțiri.

Fabricarea matriței , de la primii tranzistori la microprocesoare moderne, conține o mare parte din istoria tehnologiei electronice a semiconductorilor.

A face o moară

Die de Intel 8742 microcontroler , montat în pachetul său de ceramică

Procesul de producție are loc pe un substrat de siliciu monocristalin cu un număr foarte mic de impurități și defecte cristalografice . [2]

Aceste substraturi constau din napolitane de siliciu cu un diametru cuprins între 10 și 12 inci (între 25,40 și 30,48 cm ) și cu o grosime mai mică de un milimetru . Din acest substrat doar partea superioară va fi implicată în procesare, deoarece toate dispozitivele vor fi realizate practic pe suprafața napolitanei , cu o grosime de ordinul a 10 ÷ 20 microni . Partea inferioară a acesteia se numește vrac . Din acest motiv, când ne referim la tehnologia circuitelor integrate, vorbim despre tehnologia plană a siliciului .
Procesele necesare pentru obținerea plachetelor pentru fabricarea circuitelor integrate sunt foarte complexe, dar pot fi simplificate după cum urmează:

  1. Începe de la cuarțit [3] ca materie primă și este supus unor procese complexe de rafinare pentru a-l face să devină siliciu policristalin , definit ca grad electronic (EGS), [4] care este siliciu cu mai puțin de o impuritate per miliard de atomi (foarte pur).
  2. Polisiliciul de tip EGS este supus unei creșteri cristaline pentru a obține un lingou monocristalin ultra-pur. Există două tehnici pentru aceasta: Czochralski (CZ) și Float Zone (FZ).
  3. Fiecare lingou este tăiat, pentru a obține napolitele menționate mai sus și înfășurat pentru a preveni neregularitățile de pe suprafața napolitane care afectează puternic buna funcționare a circuitului integrat. De fapt, din cauza neregulilor, ar putea exista variații ale grosimii pistelor conductive, cu variații consecvente, la un moment dat, ale conductivității electrice a acestora.

Protecție și izolare

O matriță de 3 x 3 mm cu fire pentru conectarea la terminalele pachetului [5]

Odată ce placheta a fost făcută, este necesar să o protejați de procesele corozive, declanșate inevitabil de orice particule de apă din aer , și de solicitări mecanice la care poate fi supus. În acest scop, se efectuează de obicei o depunere de material izolant care are și funcția de a preveni orice scurtcircuit între pistele conductoare dispuse pe diferite straturi [6] .

Oxidul de siliciu , SiO 2 , este cel mai utilizat izolator utilizat în producția de circuite integrate. Există mai multe tehnici care permit creșterea oxidului la suprafața plăcii de siliciu, dar cea mai utilizată este oxidarea termică. Această procedură constă în expunerea de siliciu la agenți oxidanți, cum ar fi apa sau oxigen , la înalte temperaturi și permite să aibă un control bun asupra grosimii stratului oxidat și asupra proprietăților chimice ale stratului crescut SiO2. Oxidul de siliciu, lăsat liber să acționeze fără nici un control extern, ar tinde să formeze cuarț și din acest motiv este necesar să se lucreze la temperaturi de ordinul 1000 ° C.

Forțând oxidul să aibă o creștere termică pe napolitana de siliciu, de fapt, îl determină să se deformeze, nu mai constituind o structură cristalină, ci amorfă . Mai mult, o oxidare la temperatura camerei ar provoca pasivarea siliciului și astfel ar bloca continuarea oxidării. În funcție de oxigenul (O 2 ) sau apa (H 2 O) este utilizat ca agent oxidant, vorbim despre oxidare uscată și respectiv oxidare umedă . Reacțiile chimice care au loc în aceste oxidări sunt, respectiv:

  • Si + O 2 → SiO2 (oxidare uscată);
  • Si + 2H 2 O → SiO 2 + 2H 2 ( oxidare cu aburi ).

Oxidul de siliciu, fiind un excelent izolator, este utilizat pentru pasivarea siliciului, [7] [8] alți compuși precum nitrura de siliciu (Si 3 N 4 ) sunt folosiți pentru a proteja cipul de umezeală . Aceste straturi izolatoare sunt , de obicei , depuse prin pulverizare catodică sau c hemical v Apor d eposition (CVD).

Ca progresele procesului de oxidare, siliciul este consumat și grosimea SiO2 strat crește prin mutarea interfeței Si-SiO2 mai adânc în substratul de siliciu. Deoarece densitatea siliciului este egală cu 5,0 × 10 22 atomi / cm 3 , în timp ce cea a oxidului de siliciu este egală cu 2,2 × 10 22 atomi / cm 3 , oxidarea duce la o creștere a volumului. Această creștere a volumului poate fi estimată din raportul dintre volumul de oxid crescut și volumul de siliciu consumat și fiind egală cu raportul dintre densitatea siliciului și cea a oxidului de siliciu, este egală cu 2,28. Interfața oxid-siliciu, prin urmare, va coborî, în raport cu poziția inițială, cu 44% din grosimea oxidului crescut, fiind de 2,28 -1 = 0,44, aproximând în sus până la a doua zecimală.

Litografie

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Litografia (electronica) .
Napolitane din siliciu de diferite dimensiuni. Pe fiecare placă există numeroase circuite electronice: viitorul moare

Fabricarea circuitelor integrate pe napolitane de siliciu necesită depunerea pe suprafață a mai multor straturi , fiecare cu un model diferit, și dopajul zonelor active se face în doze potrivite, evitând difuzarea în regiuni altele decât cele ale proiectului. Diferitele modele [9] utilizate în depunerea straturilor pe substrat sunt create grație unui proces numit litografie .

Procesul de litografie se dezvoltă în diferite etape.

Mai întâi suprafața napolitanei este acoperită cu un material numit p hoto r exist (PR); acest strat este apoi expus selectiv la radiații precum lumina ultravioletă , razele X , fasciculul de electroni. Selectarea zonei care trebuie iradiată are loc prin utilizarea unei măști pe care a fost creat anterior modelul care urmează să fie dat stratului pe substratul de siliciu și care este transparent peste tot, cu excepția zonelor pe care formele a diagramei sau, în cazul utilizării unui fascicul de ioni , folosind un tun , controlat de un software adecvat, similar cu cele prezente în cinescopurile de televiziune . În acest din urmă caz ​​vorbim de electrolitografie, în timp ce când folosim radiații luminoase vorbim de fotolitografie.

Când fotorezistentul este bombardat de o radiație adecvată, acesta polimerizează . După expunere, PR este supus dezvoltării (ca un film fotografic) care distruge zonele expuse la radiații sau cele din umbră, în funcție de faptul dacă a fost utilizat un PR pozitiv sau negativ. Primul, de fapt, permite zonelor polimerizate să atace, al doilea, dimpotrivă, celor nepolimerizate, obținând formele duale cu cele obținute cu primul PR menționat. De obicei, dezvoltarea constă din trei atacuri de acid: în primul se sapă în PR până la stratul de oxid, în cel de-al doilea ajunge la siliciu subiacent și cu ultimul fotorezistul rezidual este îndepărtat.

Procesul de îndepărtare a fotorezistentului este un proces izotrop și din acest motiv poate apărea fenomenul „sub atac” sau sub gravură în timpul căruia este excavat și ceea ce se află sub rezistență .
Procesele de gravare sunt, în general, împărțite în cele complet izotrope, care utilizează reactivi chimici (atac acid) și care se numesc gravuri umede și complet anizotrope numite gravuri uscate . Aceștia din urmă utilizează agenți oxidanți și reducători, produși de gazele de proces ionizate prin intermediul unei descărcări de plasmă . Din acest motiv vorbim de gravarea cu plasmă .

Stație de lipire manuală a firelor subțiri dintre tampoanele matriței și știfturile pachetului . În producția industrială procedura este automatizată

Acest ultim tip de gravură , pe lângă izotropie, se caracterizează prin faptul că este mai lent decât primul, prin faptul că are un control bun, o rezoluție mai mare și un cost mai mare de realizare decât tipul umed care, pe partea sa, permite obținerea unor suprafețe mai netede.

Acesta este urmat de pasul de tăiere a napolitanei în fiecare persoană spune . [10]

În acest moment, chipsurile produse sunt verificate. Randamentul este definit ca raportul dintre numărul de zaruri funcționale și cel al zarurilor totale produse. Această valoare în fabricile moderne este chiar mai mare de 90%.

Zarurile sunt fixate în interiorul containerelor ( procesul de ambalare sub presiune ) și conectate la terminalele metalice ale pachetului (procesul de legare a firelor ) cu sârmă metalică mai subțire decât un fir de păr , variind de la aproximativ 15 μ la aproximativ 0,25 mm [11] , de diferite materiale: aur , aluminiu [12] sau cupru . [11] [13]

Terminalele pachetului sunt mijloacele prin care matrița poate comunica cu circuitul în care va fi introdusă.

Notă

  1. ^ „Die” este un împrumut de la englezi . În limba engleză, die are, printre diferitele semnificații, acela de „mucegai” sau, mai precis, „matrice” (element feminin al unei matrițe). Prin extinderea semantică a acestui sens, termenul die a fost ales în limba engleză pentru a indica placa subțire din material semiconductor pe care a fost realizat circuitul electronic al circuitului integrat . Realizarea acestui circuit electronic are loc de fapt printr-o tehnică , litografie , similară și omonimă cu cea utilizată la tipărire . Pluralul englez al die este dies sau dice .
  2. ^ Pentru a numi câteva: luxații , sărbători , defecte interstițiale , prezența atomilor substituționali .
  3. ^ Alte surse menționează nisipul de silice ca materie primă din care începe procesul de rafinare a siliciului. Vezi de exemplu:
    • ( EN ) Sami Franssila, Introducere în microfabricare , Hoboken, New Jersey, John Wiley și Sons, 2004, p. 401, ISBN 0-470-85106-6 . (Sami Franssila predă la Universitatea de Tehnologie din Helsinki).
      Este disponibil online: (EN) Introducere în microfabricare (Previzualizare limitată) pe books.google.it, Google Books, 2004 36 401. Accesat la 2 august 2009.
    • Prof. Mara Bruzzi - Fizică în stare solidă - Anexa nr. 3 ( PDF ), pe www2.de.unifi.it , Universitatea din Florența - Departamentul de Energie "Sergio Stecco", 2008, 2 din 14. Accesat la 2 august 2009 (arhivat din original la 4 martie 2011) . .
      În orice caz, cercetarea tehnologică în acest domeniu evoluează întotdeauna.
  4. ^ Silicon de grad electronic
  5. ^ Integratul este o EPROM , o componentă învechită.
  6. ^ Literal: straturi, niveluri.
  7. ^ Siliciul este foarte sensibil la contaminarea mediului, care i-ar modifica iremediabil caracteristicile electrice. Suprafața sa este apoi protejată de un strat de dioxid de siliciu. Acest tratament se numește pasivare.
  8. ^ Guido Torelli, Introducere în tehnologia circuitelor integrate cu siliciu ( PDF ) [ link broken ] , on ims.unipv.it , University of Pavia - Dept. of Electronics - Integrated Microsystems Laboratory, ianuarie 2006, 11 din 87. Accesat la 2 august 2009 .
  9. ^ Literal: modele, desene, mostre.
  10. ^ Câteva detalii despre operațiunea de tăiere a napolitane : CIRCUITE COB și HIBRID - De la napolitana la moarte atașează , pe electronicanews.it , Elettronica News, 27 iulie 2009. URL accesat la 30 iulie 2021 (arhivat de la adresa URL originală la 13 aprilie 2013) . .
  11. ^ a b Pentru diametrul și metalele conexiunilor, a se vedea:
    • ( EN ) Bonding Wires , pe siliconfareast.com , www.siliconfareast.com, 2005-2007. Accesat la 2 august 2009 .
    • CIRCUITE COB and HYBRID - Die bonding , pe electronicanews.it , Elettronica News, 27 iulie 2009. Accesat la 30 iulie 2021 (arhivat de pe adresa URL originală la 13 aprilie 2013) .
  12. ^ (RO) Materiale de interconectare microelectronică: Sârmă și panglică de legătură - Sârmă și panglică din aluminiu și siliciu din aluminiu pe coininginc.com, Coining, Inc., 2009. Accesat la 29 iulie 2009.
  13. ^ Cuprul tinde să se oxideze ușor în timpul supraîncălzirii în faza de sudare, deci operația trebuie făcută într-o atmosferă de azot ; aurul nu are această problemă.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Audio video

Controlul autorității GND ( DE ) 4197163-2
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Die_(elettronica)&oldid=122209447 ”