1TEHNOLOGIA COMPONENTELOR ELECTRONICEDIN STRUCTURA CALCULATOARELOR

CUPRINSUL SINTEZEI

1. Structura calculatoarelor2. Tipologia componentelor unui calculator3. Tehnologia cablajelor imprimate4. Proiectarea asistat de calculator a cablajelor5. Tehnologia de fabricare a monitoarelor6. Tehnologia de fabricare a materialelor semiconductoare7. Materialele electroceramice

21. STRUCTURA CALCULATOARELOR

n prezent, aproape fiecare persoan nelege importana unui calculator i mai ales accesul la informaii, pe carecalculatorul l poate media, n aceast era considerat de unii ca o Er a Informaiei, respectiv ca Er a Cunoaterii.Astzi, din ce n ce mai muli oameni posed suficiente cunotine n modul de utilizare a unui calculator, compatibilIBM, i n operarea unor programe simple, cum ar fi cele de editare text sau chiar cele de editare grafic. Pentru uninginer absolvent al specializrii de calculatoare este imperios necesar de tiut att noiunile generale legate de structuraconstructiv a calculatorului ct i date despre metodologia i tehnologia de fabricaie a unui calculator, la nivel deasamblare sub-ansamble componente i n mare msur aspecte referitoare la fabricarea sub-ansamblelor i chiar reperelorindividuale.

n acest capitol se dorete tratarea aspectelor privind, caracteristicile de baz ale acestor subansamble, modul lor defuncionare i s priveasc n mod comparativ mai multe componente de acelai tip, din punct de vedere calitate-pre.

1.1. Schema de baz a unui PC

Mai nti de toate este necesar s explicm ce este un calculator, n ce scopuri este folosit acesta iar mai apoi cumfuncioneaz el n linii mari. Odat stabilite aceste noiuni va fi mai simplu s intrm n detalierea unor termeni uzuali ntehnologia informaiei.

DB data bus (magistral de date) cu limea magistralei de 8, 16, 32, 64 AB adress bus (magistral de adrese)CB comands bus magistral de comenzi)CTC controler temporizator ceasCPU central procesor unityBI interfa de magistralUAL unitate de aritmetic i logicCOP coprocesor matematicCLOCK ceasUCC unitate de control i comand

Calculatorul este un echipament electronic ce permite prelucrarea automat a datelor sau realizarea unor sarcini cumar fi calculele matematice sau comunicaiile electronice, pe baza unor seturi de instruciuni, numite programe. Programelesunt: seturi de comenzi sau instruciuni, ce se execut ntr-o anumit ordine, care sunt culese i procesate decomponentele electronice ale calculatorului, rezultatele fiind stocate sau transmise componentelor periferice, cum ar fimonitorul sau imprimanta.

La ora actual, calculatorul este folosit n multe i variate domenii. De exemplu, n mediul afacerilor calculatorul estefolosit pentru a realiza tranzacii ntre conturi, transfer de fonduri sau orice alt operaie bancar, pentru a citi codurile debare de pe produse sau cele magnetica a crilor de credit. n casele oamenilor, tot felul de tipuri de computere (termenmprumutat din lb. englez), care controleaz aparatele electronice ce modific temperatura interioar, ce opereaz

3sistemul de alarm, stereo-casetofoane, telecomenzi etc. De ademenea computerele i gsesc o mare utilitate n domeniulcercetrii tiinifice, n rezolvarea unor delicate operaii de tip medical, pe care omul nu le-ar putea ndeplini, sau i-ar fifoarte greu. n multe cazuri computerele tind s corecteze erorile umane care survin n orice domeniu.

Este de remarcat faptul c din cein ce tot mai multe elementeimportante din arhitectura unuicalculator au cptat individualitate,pstrndu-i bineneles integrarea nsistem, prin acest lucru urmrindu-seposibilitatea upgrade-urilor fr a senlocui ntregul calculator. Astfelacestuia i se poate conferi titulaturade sistem de calcul,adic unansamblu de dou componente:hardware (care cuprinde totalitateacomponentelor electronice simecanice) i software (care cuprindetotalitatea programelor utilizate).

Partea hardware cuprindememoria care stocheaz datele iinstruciunile ce permit calculatoruluis funcioneze, (unitatea central deprocesare (CPU) care duce landeplinire acele instruciuni, unitateaBUS care conecteaz prilecomponente ale computerului,unitile de intrare, ca de exemplutastatura i mouse-ul, care permituser-ului s comunice cu computerul, unitile de ieire, ca de exemplu imprimanta i monitorul, care permitcomputerului s afieze informaiile cerute de user, i altele.

Partea de software este in general compus din sistemul de operare i din programe utilitare care permit computeruluimanagementul fiierelor sau al unor periferice.

Unitatea central de procesare este un circuit microscopic care este principalul procesor din computer. Un CPU esten general un singur microprocesor fcut din material semiconductor de obicei siliciu avnd pe suprafa milioane decomponente electrice. Pe o scar mai larg, un CPU este de fapt o nsumare de uniti de procesare interconectate, fiecarefiind rspunztoare pentru un singur aspect al funciei CPU-ului. Unitile de procesare interpreteaz i implementeazinstruciunile software-ului, face calcule i comparaii, decizii logice (adevrat sau fals), stocheaz temporar informaiipentru alte uniti de procesare, monitorizeaz paii programului n desfurare i permit CPU-ului s comunice cu alepri componente ale computerului.

Principala funcie a CPU-ului este de a realiza operaii aritmetice i logice, asupra datelor luate din memorie i asuprainformaiilor primite de la periferice. CPU-ul este controlat de o serie de instruciuni provenite de la anumite tipuri de memorie,cum ar fi cele stocate n hard disk, floppy disk, CD-ROM sau benzi magnetice. Aceste instruciuni sunt trecute prin RAM(Random Access Memory), unde le sunt date adrese specifice de memorie, n funcie de necesitatea i utilitatea lor.

n timpul executrii unui program, datele sunt trecute din RAM printr-o interfaa de fire numite BUS unit", careconecteaz CPU cu RAM. Apoi datele sunt decodate printr-o unitate de decodare, care interpreteaz si implementeazinstruciunile. Odat decodate, datele sunt trecute prin unitatea aritmetico-logic (ALU), care realizeaz calcule aritmeticesi comparaii. Aceste date pot fi stocate de ctre ALU n adrese de memorie temporare, numite regitri, de unde pot filuate rapid. ALU realizeaz operaii specifice, cum ar fi adunri, nmuliri i teste condiionale ale datelor din regitri,rezultatele fiind trimise spre RAM sau stocate n ali regitri pentru a fi folosite ulterior, n timpul acestui proces, o altunitate de procesare (Unitatea de Comand i Control) monitorizeaz fiecare instruciune succesiv a programului,asigurndu-se de ordinea corect a instruciunilor. Acesta unitate are ca principal funcie corectarea posibilelor erorisurvenite n parcurgerea instruciunilor n mod corect.

CPU este condus de frecvena de ceas, realizat de unele circuite repetitive asemntoare unui ceas, care trimite semnalepulsatorii periodice cu rolul de a sincroniza operaiile. Aceste frecvene pulsalorii sunt msurate n MHz.

Computerele prin intermediul CPU pot accesa un numr constant de uniti de baz ale datelor (msurate n bii).Acest numr constant se numete cuvnt de prelucrare, iar dimensiunea cuvntului a dat natere unei clasificri:calculatoarele normale foloseau cuvinte de 64 bii, cele simple i 128 bii, cele duble; minicalculatoarele foloseau cuvintede 32 bii, cele simple i 64 bii, cele duble iar microcalculatoarele 8, respectiv 16 bii, ajungndu-se chiar la 32.

Unitile de intrare, cum ar fi tastatura, mouse, scanner, joystick, camera digital, light pen, touch panel etc, permitcelui ce opereaz computerul (user-ul) s comunice cu acesta.

Unitile de ieire sunt acele uniti cu ajutorul crora computerul comunic utilizatorului rezultatele procesrii sale:monitoare, imprimante, boxe, proiectoare etc.

4Unitile de intrare/ieire sunt acele uniti care pot prelua date sau informaii i n acelai timp pot transmite date sauinformaii: modem, plcile de sunet sau imagine etc.

Memoria intern (RAM = random acces memory i ROM = read onlymemory). Memoria RAM este acea memorie care se terge la nchidereasistemului de calcul. Ea poate fi de mai multe feluri: FPM-RAM (fast pagemode), EDO-RAM (extended data output), SD-RAM (syncronous dynamic),RD-RAM, DD-RAM i altele. Un important mod de a le deosebi este prin vitezalor de a accesa datele. Fa de RAM, ROM este memoria care poate fi doar cititnu i alterat, i nu poate fi tears.

Memoria extern este cea care pstreaz datele i informaiile chiar dupnchiderea calculatorului i poate fi transportat. Aceasta poate fi stocat pe harddisk, floppy disk, CD-ROM, benzi magnetice etc.

Unitatea BUS este un cablu plat cu numeroase fire paralele, care permiteprilor componente ale calculatorului s intercomunice. Pe acest cablu pot fi transmise simultan mai muli bii: pe un busde 16 bii, avnd deci 16 fire paralele, pot fi transmise simultan 16 bii, adic 2 bytes.

2. TIPOLOGIA COMPONENTELOR UNUI CALCULATOR

2.1. MICROPROCESORUL

Microprocesorul cel mai important circuit electronic prin intermediul cruia sunt procesate informaiile care sunttrimise ctre sistem. Principalul parametru dup care se poate observa putereamicroprocesorului este reprezentat de frecvena la care lucreaz, viteza cu careacesta proceseaz informaia, frecven calculat n megaheri sau gigaheri(de exemplu: microprocesor intel pentium I 133 megaherii sau microprocesorintel pentium IV 2,4 gigaheri, microprocesor intel celerom 450 megaherietc.).

Microprocesorul creierul calculatorului este un circuit integrat alecrui funcii sunt extrem de complexe, ncepnd cu prelucrri aritmetice ilogice ale informaiei, stocarea temporar a acestora i continund cucoordonarea tuturor celorlaltor componente. Tendina general este camicroprocesorul s fie ct mai mult degrevat de aceast ultim funcie,crendu-se circuite specializate pentru aceasta.

Microprocesorul este un circuit electronic care funcioneaz ntr-un mod asemntor unitii centrale de procesare(CPU), executnd calculul i procesarea datelor, a operaiilor logice i aritmetice, dar mai ales poate s implementeze datela o anumit adres, precum i s determine o anumit adres. Microprocesoarele sunt de asemenea folosite n altesisteme electronice avansate, cum ar fi multe din perifericele calculatorului, sistemul electric al avioanelor modeme sau alaparaturii electrocasnice etc. Pn n anul 1995 au fost construite cea 4 miliarde de microprocesoare n ntreaga lume, iarpn n zilele noastre numrul lor atinge proporii astronomice. Microprocesorul este, privind pe scar ultra larg, un

5circuit integrat. Circuitele integrate, microcipurile cum mai sunt denumite, sunt circuite electronice complexe dedimensiuni extrem de mici construite pe o suprafa plan de semiconductor. Microcipurile modeme incorporeaz n jurde 22 de mil. de tranzistori (care ndeplinesc funcii de amplificatori, oscilatori sau ntreruptori), pe lng altecomponente, cum ar fi rezistoare, diode, condensatori i fire, care ocup o suprafaa de dimensiunea unui timbru.

Un microprocesor are n arhitectura sa mai multe seciuni, fiind din multe puncte de vedere asemntor cu CPU-ul:unitatea aritmetico-logic (ALU), regitrii, unitatea de comand i control, unitatea BUS i unitile de memorie internconinute n chip. Microprocesoarele mai complexe mai conin i alte seciuni: cum ar fi cele de memorie special, numitecache memory, folosite pentru a mri viteza de acces a memoriei din unitile de stocare extern. Microprocesoarelemoderne opereaz cu uniti bus de 64 bii, adic putnd transfera simultan 64 bii.

Un oscilator de cristal al CPU produce un semnal de ceas care coordoneaz toate activitile microprocesorului.Frecvena acestui semnal de ceas atinge valori de peste 1 GHz, adic ciclul se repet de 1000 de mii. de ori pe secund,permind efectuarea a ctorva miliarde de calcule pe secund.

Cipurile RAM sunt folosite alturi de microprocesor pentru a acoperi nevoia de memorie pentru programele nexecuie.

Microprocesoarele au anumite caracteristici care le confer performana:- viteza de lucru, dat de viteza ceasului;- capacitatea de memorie pe care o poate aloca la un moment dat;- setul de instruciuni pe care le poate executa;- capacitatea registrilor de lucru;- tipul construciei.n general microprocesoarele au o structur mai complex dect alte chipuri, iar fabricarea lor necesit

echipamente de nalt precizie. Microprocesoarele sunt construite printr-un proces de depunere i nlturare demateriale conductoare, semiconductoare i izolatoare, pe un suoort de siliciu, un strat subire dup altul, pn cndsute de astfel de straturi creeaz un fel de sandwich ce conine circuite interconectate. Doar suprafaa superioara, unstrat de aproape 10 microni, este folosit pentru circuitele electronice.

2.2. PLACA DE BAZ

Placa de baz este un dizpozitiv de baz, un pamnt pe care se planteaz celelalte componente. Placa de bazeste principala plac de integrate din interiorul computerului. Cele mai importante cipuri i alte pri componenteelectronice care realizeaz funciile computerului sunt locate pe placa de baz. Placa de baz este o plac de circuiteintegrate care conecteaz variatele elemente aflate pe ea sau ataate de ea, prin intermediul ghidajelor electrice. Placa debaz este indispensabil computerului iconfer principala funcie de compilaie sauprocesare.

n mod normal computerele personalesau PC-urile au o singur unitate central deprocesare sau un singur microprocesor, careeste locat mpreun cu celelalte chipuri peplaca de baz. Tipul construciei i modelulcipului CPU de pe placa de baz este uncriteriu cheie n desemnarea vitezei i acelorlalte performane ale computerului.Microprocesorul, n majoritatea calculatoarelorpersonale, nu este ataat pentru totdeauna deplaca de baz, ci este ataat de aceasta printr-un socket, putnd fi nlocuit i upgradat. Deaceasta facilitate nu se bucur numaimicroprocesorul, dar i celelalte componente debaz, cum ar fi placa video, placa de sunet,placa de reea etc. Acest lucru este foarte important mai ales atunci cnd este vorba s schimbm o anumitcomponenta, micorndu-se astfel costul acestei operaii, ne mai fiind necesat schimbarea ntregului sistem.

Plcile de baz mai conin de asemenea importante componente de procesare, cum ar fi sistemul BIOS (basicinput/output sistem), care conine intructiunile principale necesare pentru a controla computerul atunci cnd estepornit; diferite cipuri de memorie de tipul celor RAM sau Cache; circuite de control pentru mouse, tastatur imonitor; i cipuri logice care controleaz diferile pri din funciile computerului. Avnd ct mai multe dincomponentele cheie ale computerului pe placa de baz mbuntete viteza de operare a computerului.

Utilizatorii computerului i pot mbunti performanele calculatorului prin simpla inserare n sloturile specialeale plcii de baz (IDE, PCI, ISA, SIMM, DIMM etc.) a diferitelor plci create n acest scop. Aceste sloturi suntstandard cu fiecare plac de baz oferind posibilitatea unor viteze mai mari, capaciti grafice mai mari, capaciti decomunicare cu alte computere i extensie multimedia.

6Ghidajele electrice care transport datele pe placa de baz se numesc BUS. Volumul de date care poate fitransportat simultan ntre diferitele componente ale computerului, cum ar fi ntre imprimant sau monitorul imicroprocesor, afecteaz viteza la care poate funciona un program. Pentru acest motiv sistemele BUS sunt proiectates transporte ct mai multe date posibil. Pentru a funciona normal, plcile adiionale trebuie s se conformezestandardului la care este construit sistemul BUS, ca de exemplu celor IDE (integrated drive electronics), EISA(extended industry standard architecture) sau SCSI (small computer system interface).

2.3. HARD DISK-UL

Hard disk-ul este frdoar i poate una din celemai importante componenedin calculator. Pentru mareamajoritate a celor care aucontact cu lumeacalculatoarelor, ele sunt unuldin cele mai neneleselucruri. Misterul lor este inmare parte explicabil prinfelul n care ele suntfolosite: se vd, dar... nu sevd. nchise n interiorulcarcasei, stocheazinformaiile de care avematta nevoie, fr se levedem, de fapt, cum facacest lucru, dect prinintermediu unui sistem defiiere care, de multe ori,arat aa cum vrem noi.Despre importana lor... este inutil s mai amintim de consecinele catastrofale ale unui crash de hard disk - aceastaeste una din cele mai mari spaime ale utilizatorilor de calculator.

Chiar dac nu ese o component electronic 100%, totui nivelul electronic la care a ajuns este remarcabil.

2.4. PLACA VIDEO

Placa video traduce instruciunile software ale computerului n imagini afiate pe monitor. Placa video este o placde integrate care se ataeaz de placa de baz a computerului printr;un slot. Ea determin ct de repede unda de electronia monitorului, remprospteaz imaginea i cte culori pot fi afiate. Placa video trebuie s fie compatibil cumonitorul pentru a putea funciona n mod normal.

72.5. MONITORUL

Monitorul este o component a computerului care afieaz informaii pe un ecran. Monitoarele moderne potafia o gam variata de informaii, incluznd text, pictograme, fotografii, grafice computerizate, filme sau animaii.

Majoritatea monitoarelor folosesc un tub catodic CRT (cathode-ray tube), care este un tub de sticl ngust la uncapt i deschizndu-se cu un ecran plat la cellalt capt. Captul ngust conine un singur propulsor de electroni,pentru monitoarele monocromatice, i trei astfel de propulsoare pentru monitoarele color - unul pentru fiecare dincele trei culori primare: rou, verde i galben. Ecranul este acoperit cu un strat de particule fotoemitoare,care emit lumin n momentul cnd sunt lovite de electroni. Monitoarele monocromatice au un singur tip departicule fotoemitoare, n timp ce cele color au trei astfel de particule, fiecare emind lumin fie roie, fiealbastr, fie verde. O unitate de trei astfel de particule diferite alctuiesc un pixel, cea mai mic unitate deimagine, imaginea fiind construit din rnduri i coloane de pixeli.

Circuitele magnetice din interiorul monitorului controleaz un electromagnet, care scaneaz i focalizeaz unda deelectroni pe ecran, iluminnd pixelii.

Intensitatea imaginii este controlat de un numr de electroni care ciocnesc un anumit pixel. Cu ct mai mulielectroni lovesc acel pixel, cu att luminozitatea creat de el este mai mare. Varietatea de culori i umbre a imaginiieste realizat prin controlarea intensitii undelor de electroni ce lovesc particulele formatoare de imagine. Vitezacu care este realizat scanarea pixelilor, care n final creaz imaginea, se numete rat de mprosptare, care sesuccede de 60 de ori pe secund.

Mrimea ecranului monitoarelor este msurat prin distana dintre dou coluri opuse ale ecranului (diagonala). Odimensiune normal pentru monitoare ar fi cea de 38 cm (15 inch), dar gama lor variaz ntre 22,9 cm (9 inch) i 53cm (21 inch). Monitoarele standard au limea mai mare dect nlimea (landscape monitors).

Rezoluia monitoarelor variaz n funcie de mrimea ecranului i a adapter-ului de displav. Acest adapter este oplac de integrate care recepioneaz informaii de la placa video, pe care le transform n imagine, ele urmrindun anumit standard. Majoritatea monitoarelor color sunt; compatibile cu Video Graphics Array (VGA), care are640x480 pixeli, cu 16 culori. Un alt standard pentru monitoarele moderne este Super VGA, cu 1024x768 pixeli, avndpn la 16 mil. de culori.

Primele generaii de monitoare au fost de tip digital, primind de la calculator toat informaia necesar afirii subform de semnale TTL aprnd apoi monitoarele analogice din ce n ce mai constructive. S-a diversificat oferta,perfecionndu-se tehnologiile cristalelor lichide,plasma i altele.

O clasificare sumar a monitoarelor ar putea fi fcut dupa unul din criteriile:a) dup culorile de afiare

- monitoare monocrome (afieaz doar dou culori - negru i alb/verde/galben); cu niveluri de gri - pot afia o serie deintensiti ntre alb i negru;

- monitoarele colorb)dup tipul semnalelor video:

- monitoare digitale: accept semnale video digitale (TTL) sunt conforme cu standardele mai vechi IBM, CGA iEGA. Sunt limitate la afiarea unui numr fix de culori.

- monitoarele analogice: pot afia un numr nelimitat de culori.

8c)dup tipul grilei de ghidare a electronilor n tub:- cu masc de umbrire: ghidarea fluxurilor de electroni spre punctele de fosfor corespunzatoare de pe ecran este

realizat de o masc metalic subire prevzut cu orificii fine- cu gril de apertur: n locul mstii de umbrire se afl o gril format din fibre metalice fine, verticale, paralele, bine

ntinse i foarte apropiate ntre ele.Calitatea acestor monitoare este superioar.d)dup tipul constructiv al ecranului:

- monitoare cu tuburi catodice conevenionale (CRT), sunt cele mai ieftine i mai performante de pe pia. Prezintdiferite variante, cele mai ntlnite fiind shadowmask CRT i tuburile Trinitron, cu gril de apertur

- dispozitive de afisare cu ecran plat (FPD-Flat Panel Display), LCD (cristale lichide) i PDP (Plasma Display Panel).Sunt utilizate la laptopuri, fiind net inferioare monitoarelor clasice.

- ecrane tactile - adaug posibilitatea de selectare i manipulare a informaiei de pe ecran cu mna; dimensiunilemonitoarelor pot varia ntre 14 i 21 inch.

2.6. TASTATURA

Tastatura este acel periferic prin care se pot introduce date n computer. Ele sunt o combinaie ntre mainilede scris i terminalele echipamentelor computerizate, fiind un echipament vital n funcionarea computerului.Standardul cel mai cunoscut pentru tastaturi este cel QWERTY, dup aranjarea primelor litere pe tastatur, pe rndulsuperior de litere, de la stnga la dreapta. Acest standard a fost creat n 1860 de inventatorul Christopher Sholes, prinfaptul c literele care nu sunt folosite des - QWERTY - au fost aezate n colul din stnga sus.

Tastaturile moderne sunt conectate la CPU prin cablu sau transmisie infraroie. Cnd o tast este apsat, un codnumeric este transmis spre driver i spre sistemul de operare al computerului. Driver-ul traduce acest semnal iarmicroprocesorul l preia, nelegndu-1. Aproape toate tastaturile au codul ASCII (American Standard Code forInformation Interchange), dar pe lng acesta mai exist i alte coduri, cum ar fi: ISO Latin 1, Kanji i Unicode. Deobicei tastaturile mai au pe lng litere i taste direcionale, un set de taste numerice, altul de taste funcionale etc.Alte tastaturi modeme mai conin un trackball, mouse pad i alte dispozitive de direcionare a cursorului.Tastaturile devin din ce n ce mai ergonomice, pentru ca cei ce folosesc tastatura timp ndelungat s nu oboseasc saus dezvolte anumite sindromuri.

2.7. MOUSE-UL

Mouse-ul este un dispozitiv care permite introducerea de comenzi i de date prin poziionarea cursoruluicare-i este ataat i acionarea unuia dintre butoanele sale. Varianta de mouse cea mai popular n prezent foloseteo sfer cu doua grade de libertate de rotaie i dou module optice poziionate la 90 de grade n interioruldispozitivului. Pentru fiecare micare de rotaie, obinut prin friciune de o suprafa plan, modulul opticcorespunztor genereaz un numr de impulsuri proporional cu unghiul de rotaie al sferei pe direcia respectiv.Numrul de impulsuri este convertit n distane de deplasare a cursorului, din compunerea celor dou micri de rotaierezultnd direcia de deplasare.

Mouse-ul este folosit n mod frecvent pentru introducerea de poziii ecran, pentru desenare urmnd poziiacursorului, pentru selecii din meniuri i cutii de dialog. Interaciunea cu utilizatorul este realizat pe baza a patru tipuride aciuni ce pot fi efectuate asupra mouse-ului:

- deplasare pentru a aduce cursorul n poziia dorit;- click - apsarea unuia din butoanele sale;- double-click - dou apsri succesive i rapide ale unuia dintre butoane;- deplasare cu meninerea apsat a unuia dintre butoanele sale.

92.8. ACCESORII

2.8.1. Uniti de stocare flexibile

Prin uniti de stocare flexibil nelegem acele dispozitive de memorie extern, care stocheaz memoria pe discurisau band magnetic, care la rndul lor sunt flexibile prin construcie. Aceste uniti pot fi: Floppy-disk, Zip-Unit, Java-Unit sau Tape-Unit. Unitile Zip, Java sau Tape sunt folosite pentru backup sau transportul unui volum mai mare de date,ele putnd cuprinde pn la 200 MB. Unitile Floppy Disk stocheaz date pe discuri, care nu sunt altceva dect nitesuprafee plane, rotunde, dintr-un material Mylar, acoperit cu un oxid de fier, aliaj capabil s rein un cmp electric, toateacestea fiind coninute ntr-o carcas de plastic. Datele sunt stocate de drive-ul respectiv, prin capul de citire/scriere, carepoate altera orientarea particulelor magnetice. Orientarea ntr-o direcie reprezint 1, iar n cealalt direcie 0. La oraactual exist dou tipuri de floppy-disk: cele de 5,25 inch n diametru, capabile s stocheze pn la 720 KB, i cele de3,5 inch, capabile s stocheze pn Ia 1,44 MB. Acestea din urm pot fi la rndul lor cu o simpla densitate sau cu o dubldensitate, adic numrul de piste este dublu.

2.8.2. CD-ROM

CD-ROM-uI (Compact Disk - Read Only Memory) este termenul folosit attpentru discul de plastic de 5 inch, acoperit cu aluminiu, pe care este stocatinformaia, ct i pentru unitatea care l citete. CD-ROM-ul se definete ca suportulpe care sunt stocate informaii prin intermediul mijloacelor optice (laser-ul, folositatt la scriere ct i la citire), care poate fi doar citit n majoritatea cazurilor "(existi uniti CD-Writer sau CD-ReWriter, care pot scrie doar o singur dat CD-urileconstruite special pentru aceast operaie, respectiv de dou ori).

Din punct de vedere al capacitii, un CD-ROM poate stoca o cantitate destul deimpresionant de informaii, anume 660 MB, echivalentul a 500.000 de pagini detext scoase la imprimant, a 74 de minute de muzic nregistrat la cea mai bunacalitate, susinnd peste 450 de dischete de 1,44 MB.

10

2.8.3. Placa de sunet

Placa de sunet este o plac de integrate care poatetraduce informaiile digitale n sunet i invers. Plcile desunet se ataeaz de placa de baz printr-un slot, i suntconectate n mod obinuit de boxe. Pentru a reda sunetele,placa de sunet recepioneaz informaii digitale dintr-unfiier i le transform n impulsuri electrice pe care letransmite boxelor, ce produc sunetele. Dac placa de suneteste ataat unui microfon, aceasta poate prelua sunetul,transformndu-l n informaii digitale, prin captarea unorsecvene foarte mici de sunet, aproape de 50,000 de ori pesecund, sau de 100.000 de ori, sau chiar de 200.000 de oripe secund. Fiecrei astfel de secvene i este dat unnumr care reprezint volumul i tonalitatea sunetului iordinea n care apare n ntregul sunet.

2.8.4. Imprimanta

2.8.5. Scanerul

Imprimanta este un periferic al computerului careimprim text sau o imagine creat de computer, pe hrtie saupe o alt suprafa plan. Imprimantele pot fi clasificate nmai multe feluri. Cea mai uzual clasificare este aceea princare imprimantele au un impact sau nu cu foaia de scris.Cele care au un impact cu foaia pot fi cele de tipul dot-matrix sau daisy-wheel, iar cele care nu lovesc foaia pot fiimprimante laser, ink-jet, bubble-jet" sau "termale. Altemetode de clasificare a imprimantelor pot fi: duptehnologia de imprimare (categorie amintit mai sus prinimprimantele care ating sau nu foaia), dup formareacaracterelor (prin linii sau prin puncte), dup metoda detransmitere a datelor (ele pot fi: paralel - transmisie byte cubyte - sau serial - transmisie bit cu bit), dup metoda deimprimare (caracter cu caracter, linie cu linie sau pagina cupagina) i dup performanele de imprimare (numai text sautext i imagini).

Scanner-ul este un periferic de intrare care folosete un echipament foto-sensibil pentru a scana pagina sau un altmediu, traducnd acest joc de lumini sau culori n semnal digital care poale fi manipulat fie de un software derecunoatere al caracterelor, fie de un softwaregrafic. Un mod frecvent ntlnit este celflatbed", adic dispozitivul de scanare se micsau citete documentul staionat. Pe un astfel descanner obiectul de scanat este plasat cu faa njos pe o sticl, iar scanarea este realizat de unmecanism ce trece pe sub el. Un altfel de astfelde scanner folosete un mecanism de scanareplasat deasupra documentului.

Un alt tip de scanner este cel care aredispozitivul de scanat imobil, iar documentultrece pe deasupra acestuia. Unele scannerefolosesc camere video pentru a convertiimaginea n semnal digital procesat decomputer. Alte scannere pot fi inute i deplasatepe document cu ajutorul minii.

Scannerele se deosebesc i prin calitatea (rezoluia) imaginii scanate, imagine msurat prin dpi (dots per inch).

11

2.8.6. Modemul

Modemul (Modulator Demodulator) este dispozitivul capabil de a converti semnalul digital n semnal analog, carepoate fi transmis prin intermediul liniilor telefonice i de a recompune semnalul analog din semnal digital. El esteperifericul ce practic face posibil comunicarea ntre dou calculatoare prin intermediul reelei telefonice.

Viteza efectiv se msoar n bps (bits per second) i poate fi de 2.400, 9.600, 14.400, 28.800, 33.600 sau 57.600 bps.Orice modem folosete din resursele sistemului un port serial (un corn) i un IRQ, putnd exista conflicte ntre

modem i celelalte periferice. Chipul care convertete datele primite pe portul serial n semnale care pot fi transmise prinliniile telefonice se numete UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmiter).

3. TEHNOLOGIA CABLAJELOR IMPRIMATEUn cablaj imprimat cuprinde un sistem de conductoare plate, aezate n unul, dou sau mai multe plane paralele,

fixate pe un suport izolant rigid sau flexibil formnd un ansamblu.Dup numrul de plane n care se afl conductoarele exista : cablaje simple (mono), dublu i multistrat.Dup nsuirile mecanice ale suportului se ntlnesc:- cablaje pe suport rigid;- cablaje pe suport flexibil.Dup modalitatea de realizare sunt:- cablaje cu guri nemetalizate;- cablaje cu guri metalizate;- cablaje cu contacte obinute prin creterea straturilor metalice .Dup tehnologia de fabricare exista o mare varietate de cablaje imprimate, dar tehnologiile pot fi grupate n 3

categorii:1. tehnologii substractive, n care se pleac de la un semifabricat (suport placat cu folie metalic);

conductoarele se obin prin ndeprtarea metalului n poriunile ce trebuie s fie izolate.2. tehnologii aditive, n care se pleac de la un suport izolator neacoperit; conductoarele se formeaz i se fixeaz

pe un suport n form definitiv.3. tehnologii de sintez, n care i conductorul i izolatorul se realizeaz n aceeai etap.Din punct de vedere funcional, prin tehnologia cablajelor imprimate se pot realiza:- conductoare imprimate, pentru conectarea diverselor componente fixe sau mobile;- componente imprimate de circuit ca rezistoare, condensatoare, bobine, linii cu constante distribuite, elemente

pentru microunde;- subansamble pentru comutatoare mecanice, cu comutri complicate;- pri componente pentru maini electice (servomotoare, maini speciale).

3.1. MATERIALE DE BAZ I SEMIFABRICATE PENTRU CABLAJE IMPRIMATE

Materiale pentru suporturi izolante. Suporturile izolante trebuie s ndeplineasc o serie de cerine generale ca:- proprietile electrice (rezistivitate , rigiditate dielectric) bune i stabile n timp;- rezisten la temperaturile de lucru i lipire;- absorbie i adsorbie a umiditii minime;- stabilitate dimensional i rezisten bun la solicitri mecanice;

12

- stabilitate la aciunea factorilor atmosferici i chimici;- neinflamabilitatea (unele standarde impun i autostingerea);- posibilitatea de prelucreare prin achire i stanare;- cost redus.La cablajele flexibile se impune:- flexibilitate foarte bun,- coeficent de alungire la ntindere ct mai mic i rezisten la rupere foarte bun.Materialele stratificate sunt utilizate pentru suporturi rigide n tehnologiile substractive i cele aditive. Aceste

materiale se fabric din straturi de hrtie, estur textil sau fibre de sticl impregnate cu liani (rin) i tratate termic lapresiune ridicat, pentru polemizarea rinii.

Semifabricatele placate (acoperite cu folie metalic) se execut n prealabil acoperirea cu folie de cupru pe osuprafa sau pe ambele. Stratificatele se livreaz sub form de plci.

Masele plastice termoplaste se folosesc sub form de folii placate sau nu, pentru cablaje rigide sau flexibile.Tipuri de folii:- foliile de poliamide; bune dar scumpe- foliile poliesterice, ieftine dar nu rezist la temperaturi ridicate (peste 2300C) de aceea lipiturile trebuie executate

foarte rapid sau la temperaturi mai joase;- foliile din polietilen;Suporturile ceramice se fabric pe baz de oxizi de aluminiu i beriliu , materiale cu foarte bun rezisten la

solicitri termice i conductibilitate termic ridicat.- sunt casante,- se folosesc pentru cablaje multistrat realizate prin procedee de sintez;- gurile se execut nainte de coacere.Suporturile cablajelor se fac din:- rini termoplaste sub form de folii;- folii din estur de fibre de sticl foarte rar impregnat cu rini expodice;- folii poliamidice;- folii din teflon.Materiale pentru conductoare imprimate:- cel mai utilizat este cuprul, suprafaa liber a cuprului trebuie s prezinte un aspect cu asperiti fine pentru

asigurarea unei bune lipiri;- se folosesc dar foarte rar, conductoare imprimat din argint, aluminiu, staniu sau aur;- mai des, conductoarele din cupru se acoper cu pelicule metalice de protecie din cositor, argint, aur, paladiu etc.Semifabricate placate cu cupru:- folosite n tehnologiile substractive realizndu-se prin lipirea unei folii de cupru (oxidat pe faa lipit) pe un

suport izolant.Suporturilor cu rini fenolice (pertinax), lipirea se face cu ajutorul unui adeziv- se folosesc lacuri pe baz de rini fenolice epoxidice.Suporturile cu rini epoxidice i al cablajelor lipirea se face fr adeziv prin presare i tratare termic.

3.2. TEHNOLOGII SUBSTRACTIVE

Tehnologiile din aceast categorie sunt cele mai rspndite pentru fabricare cablajelor pe suport rigid.- pe placa cu forma dorit se imprim desenul cablajului;- nlturarea cuprului din regiunile ce vor fi izolatoare se face prin corodare chimic cu substane acide.A. Tehnologii substractive de fabricaie a cablajelor imprimate cu guri nemetalizate, cu imprimare a

desenului n imagine pozitiv aceste tehnologii se folosesc pentru cablaje mono sau dublu strat, cnd nu prevedeacoperirea cu metale de protecie a conductoarelor sau cnd aceast metalizare urmeaz s se fac dup executareacablajului.

Principalele etape ale procesului sunt:- suport;- folia de cupru;- cerneal de protecie la coroziune;- masc selectiv;- lac de protecie la oxidare.Plecnd de la un semifabricat placat, cu suprafaa pregtit (bine curat) se imprim desenul cablajului n pozitiv;

viitoarele conductoare sunt acum acoperite cu cerneal (lac ) rezistent la acizi. Dup uscare, se trece la corodarea n bicu soluii acide care atac cuprul neprotejat, apoi, placa se cur bine (decontaminare) pentru nlturarea agentuluicorodant i a produilor de corodare. Urmeaz nlturarea cernelii protectoare prin splare cu un diluant potrivit, dupcare se execut diverse prelucrri mecanice (decupri, tieri, guriri etc).

13

Pentru evitareraoxidrii suprafeei conductoarelor, cablajul se acoper cu lacuri de protecie care servesc i cafondani pentru lipire. Deseori, nainte de aceasta se execut o acoperire cu lac termorezistent, lsnd libere numaiporiunile n care urmeaz a se face lipituri, se obine o masc selectiv de lipire.

Procedeul este printre cele mai ieftine i cele mai productive, asigur o calitate satisfctoare a cablajelor necesare nnumeroase aplicaii n electronica de larg consum, aparate de msur i control, telecomunicaii etc.

B. Tehnologii substractive de fabricaie a cablajelor imprimate cu guri nemetalizate, imprimare n negativ adesenului i metalizarea conductoarelor

n multe aplicaii este necesar protejarea conductoarelor cu acoperiri metalice, capabile s asigure o bun lipire irezisten la factori de mediu agersive.

n acest caz se recurge la procedeul:- suport;- folia de cupru;- lac protector;- metalizarea rezistent la acizi;- masa selectiv.Desenul cablajului se imprim n negativ, cerneala protectoare acoperind poriunile ce vor fi izolatoare (ntre

conductoare). Aplicarea galvanic a metalului protector se face n bi de electroliz sau prin tergerea cu un burete(tampon) mbibat cu soluia potrivit i conectat la un pol al sursei de curent; cellalt pol fiind conectat la folia de cupru.Dup ndeprtarea cernelii protectoare se corodeaz, apoi se decontamineaz. Circuitul se poare acoperi cu o masselectiv de lipire; alte acoperiri nu mai sunt necesare.

Tehnologia descris, mai ndelungat i mai scump, asigur o calitate superioar a cablajelor, n principal datoritmetalizrii conductoarelor. Se folosete n electronica profesional pentru aparate care urmeaz s lucreze n condiiidificile.

C. Tehnologii substractive de fabricaie a cablajelor imprimate cu guriProcedeele descrise la A i B se pot folosi cu bune rezultate i la cablajele dublu strat. La acestea din urm este

necesar metalizarea gurilor pentru a asigura un contact bun ntre traseele de pe o fa i alta, o calitate superioar alipiturilor, o fixare mecanic mai bun a terminalelor i, n final, o siguran sporit n exploatare.

Pentru a obine cablaje cu guri metalizate se utilizeaz procedeul:- suport;- folia de cupru;- past aderent;- cupru depus chimic;- lac protector;- cupru depus galvanic;- metalizare;- mas selectiv.Dup gurire i curirea gurilor (nlturarea panului, lefuirea interiorului etc.), ntreaga suprafa i mai ales

interiorul gurilor se acoper cu o past, capabil s asigure o bun aderen a cuprului depus chimic. n continuare sedepun chimic, prin reducerea unor sruri, un strat foarte subire (1-5 m ) de cupru. Se acoper cu cerneal rezistent laacizi poriunile izolante i se trece la formarea pe cale electrolitic, a unui strat de cupru gros (zeci - sute de m)careacoper i pereii gurilor. Acest strat este aderent, cu proprieti electrice i mecanice; stratul de cupru depus chimicasigur conductibilitatea necesar pentru electroliz. Dup nlturarea lacului protector se corodeaz folia de cupru, sedecontamineaz i se execut i decupajele care nu necesit metalizare. Se depune masca selectiv de lipire. Cablajeleastfel realizate se utilizeaz numai, n aparatura profesional cu performane ridicate: tehnic de calcul, electronicmilitar, aparatur pentru aviaie i cercetarea spaiului cosmic.

D. Tehnologii substractive de fabricaie a cablajelor multistratCablajele multistrat sunt formate din conductoare plasate n mai multe plane, separate prin straturi de folii izolatoare.

Foliile izolante pot fi foarte subiri deoarece proprietile mecanice sunt determinate de grosimea ansamblului i calitileadezivului. La cablajele multistrat, cel mai utilizat material este semifabricatul placat pe una sau ambele fee, cu suportdin fibr de sticl impregnat cu rin epoxidic. Se folosesc i folii termoplaste care permit ngroparea conductoarelorimprimate.

Dup corodarea pe o adncime foarte mic a izolatorilor din interiorul gurilor se trece la metalizarea acestora. Pentrupoziionare corect a plcilor se folosesc tije, tifturi sau prezoane de ghidare. Gurile se fac dup terminarea acestorprocese, folosind maini de gurit n coordonate, comandate de calculator. Dintre metodele de realizare a contactuluielectric ntre conductoare din diferite straturi, cea mai folosit este metoda metalizrii gurilor.

Tehnologia realizrii cablajelor multistrat necesit utilaje foarte scumpe, un control riguros n toate fazele, accesibilnumai marii industrii; nu se pot realiza prin metode artizanale.

14

4. PROIECTAREA ASISTAT DE CALCULATOR A CABLAJELOR IMPRIMATE4.1. INTRODUCERE

Orice modul electronic reprezint o colecie de componente electronice erconectate astfel nct s realizezeo anumit funcie. La nivelul proiectrii cionale, viitorul modul exist sub forma unei scheme electronice ceconine nbolurile componentelor utilizate i conexiunile ce trebuie realizate n vederea plementrii funciei dorite.Pentru a transforma ns o schem electronic ntr-un )dul fizic, este necesar interconectarea propriu-zis acomponentelor, funcie ieplinit de cablajul imprimat.

ntr-o definiie simplificat, un cablaj imprimat (PCB=Printed Circuit Board. VB=Printed Wiring Board) este ostructur pasiv ce asigur interconectarea unor mponente electronice ntr-un ansamblu unitar. Departe de a reprezenta ocomponent semnificativ n ansamblul numit "modul electronic", aa cum uneori exist tendina de fi considerat,cablajul imprimat ndeplinete multiple funcii, dintre care menionm: tarea mecanic a componentelor,interconectarea electric a acestora, evacuarea rmic, ecranarea electromagnetic, interfaarea modulului cu mediul(panouri de terfa sau alt modul), implementarea unor circuite pasive cu parametri distribuii, etc.

Cablaj imprimat dublu stratificat

Un cablaj imprimat (figura) este format din urmtoarele elemente:- suport izolator, rigid sau flexibil;- trasee conductoare, pentru interconectarea n plan orizontal a componentelor. Traseele pot fi dispuse pe o singur

suprafa a suportului (cablaj simplu stratificat), pe ambele suprafee (cablaj dublu stratificat) sau att pe cele dousuprafee ct i ngropate n suport (cablaje muli stratificate).

- pastile de lipire (pduri), pentru montarea componentelor. Pdurile destinate componentelor cu montare prininserie (THD = Through Hole Devices) vor dispune n mod obligatoriu de guri pentru fixarea terminalelor, realizndastfel i funcia de interconectare pe vertical, n timp ce pdurile destinate componentelor cu montare pe suprafa(SMD = Sur/ace Mounied Devices) nu necesita guri de inserie.

- guri de trecere (via), pentru interconectarea pe vertical a componentelor. Aceste guri, necesare doar pentrucablaje dublu i muli stratificate, sunt n mod obligatoriu metalizate i au de obicei un diametru mai mic dect cel algurilor de inserie.

4.2. ROLUL CALCULATORULUI N PROIECTAREA MODULELOR ELECTRONICEn cele ce urmeaz se vor enumera etapele proiectrii unui modul electronic, prezentndu-se pentru fiecare n

parte operaiile ce pot fi asistate de ctre calculator.1. Proiectarea funcional: const n alegerea componentelor necesare aplicaiei i determinarea modului de

interconectare a acestora. Rezultatul proiectrii funcionale l reprezint o schem electronic. n aceast etap calculatorulpoate fi utilizat pentru descrierea, sinteza i simularea schemei electronice, utiliznd programe din categoria CAE(Computer Aided Engineering).

2. Concepia echipamentului: alegerea componentelor din cataloagele productorilor, apoi n funcie de gabaritulacestora i cerinele specifice aplicaiei, alegerea carcasei echipamentului i proiectarea panourilor de interfa.Programe de tip CAD (Computer Aided Design) orientate pe procesri geometrice (AutoCad, Catia, etc) sunt deosebit deutile n aceast etap.

3. Proiectarea cablajului imprimat: alocarea pe cablaj a unui spaiu corespunztor fiecrei componente dinschema electronic i interconectarea acestora prin trasee conductoare dispuse pe unul sau mai multe niveluri, pdurii via. n aceast etap este critic utilizarea unui software de tip CAD dedicat proiectrii PCB, care s preia cel puinoperaia de generare la scar a desenelor de cablaj.

4. Analiza modulului virtual: este o etap ce se poate realiza exclusiv cu ajutorul calculatorului, ce const nestimarea parametrilor electrici, electromagnetici, termici i mecanici reali, lund n considerare nu doar efecteleurmrite ale structurii de interconectare, ci i cele parazite, legate de cuplaje, reflexii, radiaii, etc. Aceast etap le

15

valideaz pe cele anterioare i permite estimarea fiabilitii i predicia timpului de via al viitorului produs.5. Generarea fiierelor de fabricaie (CAM = Computer Aided Mannfacture): innd cont de faptul c marea majoritate a

utilajelor implicate n fabricarea cablajelor imprimate sunt automatizate i comandate de ctre calculator, estenecesar transcrierea informaiilor proiectului ntr-un format independent de software-ul utilizat i care poate fineles de ctre calculatoarele de proces, prin generarea unor fiiere specifice (de tip list-de-comenzi).

4.3. CONINUTUL UNUI PROIECT DE CABLAJ IMPRIMAT

Proiectarea unui modul electronic presupune parcurgerea etapelor prezentate n aragraful anterior, una dintre acesteafiind proiectarea cablajului imprimat. n figur sunt reprezentate elementele pe care trebuie s le conin un proiect decablaj imprimat i orelaiile dintre acestea.

Elementele unui proiect de cablaj imprimat

4.4. COMPONENTELE MEDIUL DE PROIECTARE ASISTAT DE CALCULATOR PROTEL 99SE

n primul rnd, trebuie subliniat faptul c PROTEL99SE nu este propriu-zis un program, ci un mediu de proiectarecomplet integrat. Programatorii fac distincie ntre o aplicaie de tip desktop i una de tip client/server, n sensul c nprima situaie exist un singur program ce ruleaz independent de restul sistemului, pe cnd n cazul celei de-a douaexist o multitudine de componente, fiecare cu o funcie bine definit (servere), care conlucreaz (uneori simultan) landeplinirea sarcinii solicitate, gestionate la nivelul unui program denumit client, ce realizeaz legtura dintre aceste"motoare" de prelucrare i utilizator. Cu toate c dezvoltarea acestui subiect nu face parte dintre obiectiveleprezentei lucrri, este important, ca utilizatori de software, s nelegem cum sunt organizate uneltele de care nefolosim.

PROTEL99SE este o aplicaie de tip client /server complex, ale crei principale componente sunt:- Design Explorer: programul client ce implementeaz interfaa dintre utilizator i uneltele de proiectare

instalate (servere).- PLD Design: serverul pentru descrierea structurilor logice programabile Schematic Editor, serverul pentru

descrierea schemelor electronice- Circuit Simulator: serverul ce realizeaz simularea funcional a schemelor electronice- PCB Layout: serverul pentru proiectarea cablajelor imprimate- PCB AutoRouting: serverul ce realizeaz interconectarea automat a componentelor pe cablajul imprimat- Signal Integrity: serverul pentru analiza integritii semnalelor transportate pe modulul virtual.Programul lansat n execuie atunci cnd se dorete utilizarea mediului de proiectare este aplicaia client, adic

Design Explorer, serverele fiind apelate de ctre acesta la solicitarea proiectantului.

16

5. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A MONITOARELOR

Monitorul face legtura ntre dumneavoastr i calculator. Dac v putei dispensa de imprimant, de unitilede disc i de plcile de extensie, la monitor nu putei renuna. Fr el ai opera orbete, nu ai putea vedea rezultatelecalculelor sau greelile de tastare.

Primele microcalculatoare erau mici cutii lipsite de dispozitive de afiare video. Utilizatorii nu puteau dect s observeprin intermediul unor grupuri de leduri coninutul registrelor sistemului i s atepte ca rezultatele finale s fie tiprite.Interaciunea cu calculatorul se realiza prin intermediul unui terminal de tip main de scris. Dup introducereamonitorului, calculatorul a devenit mai atrgtor pentru un public tot mai larg. Aceast tendin continu i astzidatorit introducerii interfeelor grafice de utilizator cum sunt cele oferite de Windows sau OS/2.

Subsistemul video al unui calculator personal const din dou componente principale: Monitorul sau afiajul video Adaptorul video (numit i placa video sau placa grafic).

Exist cteva tehnologii de fabricare a monitoarelor. Cea mai rspndit este de departe cea bazat pe tubul catodic(CRT - cathode ray tube), adic aceeai cu cea folosit la televizoare. Tubul catodic const dintr-un tub vidat din sticl. Launul din capete se afl un tun de electroni, iar la cellalt un ecran acoperit cu un strat de fosfor.

Prin nclzire, tunul emite un fascicul de electroni care sunt atrai de captul opus al tubului. Pe parcurs o bobin dedeflexie i de control al focalizrii conduce fasciculul ctre un anumit punct de pe stratul de fosfor. Lovit de raza deelectroni, fosforul devine luminos, iar aceast lumin este ceea ce se poate vedea la televizor sau ecranul calculatorului.

Fosforul are o proprietate numit remanent, care permite ca lumina emis s rmn vizibil pe ecran o anumitperioad. Frecvena de baleiere trebuie s fie adecvat remanenei, deoarece altfel imaginea plpie (dac remanenta esteprea mic) sau apar imagini fantom (dac remanenta este prea mare). Raza de electroni se mic foarte rapid i baleiazecranul de la stnga la dreapta, pe linii, de sus pn jos, dup un model numit rastru. Ratele de baleiere pe orizontala serefera la viteza cu care fascicolul de electroni se mic de-a latul ecranului.

n timpul baleierii, raza lovete stratul de fosfor n punctele n care trebuie sa apar o imagine pe ecran, intensitatea eivariaz pentru a produce diferite grade de luminozitate. Pentru a menine o imagine, fasciculul de electroni trebuie sbaleieze ecranul continuu ntruct efectul de luminozitate se diminueaz aproape imediat. Aceast tehnic se numeteredesenarea ecranului.

Cele mai multe monitoare au o rat de desenare n jur de 70 Hz, ceea ce nseamn c imaginea de pe ecran esteremprosptat de 70 ori pe secund. Cu ct rata de remprosptare este mai mare, cu att este mai calar pentru ochi.

Este important ca frecvenele de baleiere pentru care a fost proiectat monitorul s se potriveasc cu cele furnizate deplace video. Dac acestea nu se potrivesc nu vei avea imagine iar monitorul s-ar putea distruge.

Unele monitoare au o frecven de baleiere fix. Altele pot accepta o gam de frecvene, n acest fel, ele furnizeazo compatibilitate intrinsec cu viitoarele standarde video. Un monitor care accept mai multe standarde video senumete monitor cu frecvene multiple. Se pot ntlni monitoare cu frecvene multiple sub diverse denumiri, printrecare: multisync, multifrecven, multiscan, autosincrone i auto-tracking.

Ecranele cu fosfor se livreaz n dou variante: curbe i plate. Ecranul obinuit este cel convex. Acest model estentlnit la majoritatea modelelor cu tuburi catodice.

Ecranul tradiional este curbat att pe vertical, ct i pe orizontal. Unele modele folosesc tubul trinitron, care este curbnumai pe orizontal, iar pe vertical este plat. Muli prefer aceste ecrane mai plate deoarece strlucesc mai puin i au oimagine de calitate mult mai bun. Unele companii, mprumutnd tehnologia de fabricaie a sistemelor laptop,furnizeaz display - uri cu cristale lichide (LCD - Liquid Crystal Display). Acesta au ecrane plate cu strlucire redus(lowglare) i consum mic de putere (5 V fa de 100V ct consum un monitor obinuit).Calitatea culorilor unui panou

17

LCD cu matrice activ o ntrece pe cea a celor mai multe tuburi catodice. Totui, ecranele LCD au de obicei o rezoluie mailimitat dect a celor CRT.

Exist trei versiuni LCD. monocrome cu matrice pasiv, color cu matrice pasiv i cu matrice activ. Modelele cumatrice pasiv pot fi cu baleiere simpl i dubl. La un afiaj LCD un filtru de polarizare creeaz dou tipuri de undeluminoase. ntr-un afiaj LCD color exist un filtru suplimentar, care are trei celule pentru fiecare pixel ( cte una pentruafiarea culorilor rou, verde i albastru). Unda luminoas trece apoi printr-o celul de cristal lichid, fiecare segment deculoare avnd propria celul. Cristalele lichide sunt molecule n form de tij care curg asemenea unui lichid. Ele permittrecerea luminii prin ele dar o sarcin electric schimb att orientarea lor ct i pe cea a luminii ce trece prin ele. Deiafiajele LCD monocrome nu au filtre color ele pot avea mai multe celule pentru un singur pixel pentru a controla nuanelede gri.

ntr-un afiaj LCD cu matrice pasiv, fiecare celul este controlat de sarcinile electrice transmise detranzistoarele corespunztoare poziiilor de pe rndurile i coloanelor de pe marginea coloanelor.

n afiajele LCD cu matrice pasiv, sarcinile electrice sunt aplicate sub form de impulsuri, astfel c aceste display- urisunt lipsite de luminozitatea celor cu matrice activ, la care se aplic o sarcin constant fiecrei celule. Pentru a creteluminozitatea s-a dezvoltat o nou tehnic numit LCD cu baleiere dubl (double-scan LCD), care mparte ecranele cumatrice pasiv n jumtatea superioar i cea inferioar, micornd intervalul de timp dintre impulsuri. n afar decreterea luminozitii, baleierea dubl duce la mbuntirea timpului de rspuns al ecranului ( viteza de afiare), ceea ceface posibil utilizarea unui astfel de display pentru aplicaii video (sau de alt natur), la care datele afiate se schimb curapiditate. ntr-un afiaj LCD cu matrice activ, fiecare celul dispune de propriul tranzistor, care o polarizeazprovocnd devierea undei luminoase. Aceste display - uri produc o imagine mai luminoas dect cele cu matrice pasiv,deoarece sarcina aplicat celulei este constant, nu una de moment. Totui display - urile cu matrice activ consum maimult energie dect cele cu matrice pasiv. Att la afiajele LCD cu matrice activ, ct i cele cu matrice pasiv, cel de aldoilea filtru de polarizare controleaz cantitatea de lumin care trece prin fiecare celul. Celulele modific lungimea de unda luminii pentru a corespunde cu cea a filtrului. Cu ct trece mai mult lumin prin filtru, cu att mai luminos va fi pixelul.Display - urile LCD monocrome realizeaz o gam de gri (pn la 64de nuane) prin varierea luminozitii unei celule sau prinrealizarea unui element de imagine dintr-o combinaie de celule (dithering) aprinse i stinse.

Pe de alt parte, la display - urile LCD color se obin diferite nuane prin combinaiile celor trei celule color i controlulluminozitii acestora. In prezent, au nceput s se impun ecranele LCD cu matrice pasiv i baleiere dubl, deoarece seapropie de calitatea celor cu matrice activ.

n trecut erau necesare cteva tuburi catodice cu filament pentru a lumina un ecran LCD, dar astzi la calculatorulportabil se folosete un singur tub, de dimensiunea unei igri. Lumina emis de acest tub este distribuit uniform pentregul ecran prin utilizarea tehnologiei fibrelor optice. Datorit display - urilor LCD cu capacitate de rsucire mare(supertwist) i foarte mare (triple-supertwist), ecranele actuale v permit s vedei clar din mai multe unghiuri i auo imagine cu contrast i luminozitate mai mare.

Pentru a permite o citire mai uoar, mai ales cnd lumina este slab, unele sisteme laptop folosesc iluminareafundalului (backlighting) sau din margine (edgelighting), denumit i iluminare lateral (sidelighting). Dispay - urile cuiluminarea fundalului au n spatele ecranului un panou luminos, iar la cele cu iluminare lateral, pe laturile ecranului suntmontate tuburi fluorescente. Pentru a prelungi viaa bateriei, unele sisteme laptop mai vechi nu beneficiau de o asemeneailuminare. n prezent, cele mai multe sisteme laptop v ofer posibilitatea iluminrii fundalului cu consum redus, ceea ceasigur o iluminare mai puin puternic, dar i o utilizare mai ndelungat a bateriei.

Cele mai bune afiaje color sunt cele cu matrice activ sau panouri cu tranzistore peliculare (TFT - thin-filmtranzistors), la care flecare pixel este controlat de trei tranzistore (pentru rou, verde i albastru). La ecranele cu matriceactiv redesenarea este imediat i precis, cu mult mai puine dubluri ale imaginii dect la cele cu matrice pasiv. Deasemenea, display-urile cu matrice activ sunt mult mai strlucitoare i ofer un unghi vizual mai mare.

Un alt tip de ecrane LCD sunt cele realizate prin tehnologia gaz-plasm. Aceast tehnologie era folosit la ecranele cucaractere portocalii ale calculatoarelor notebook.

Unele companii folosesc tehnologia gaz plasm pentru ecranele calculatoarelor desktop i uneori pentru ecranele plateale televizoarelor HDTV (high-definition television).

n primii ani dup apariia calculatoarelor compatibile IBM PC, posesorii nu aveau la dispoziie dect dou tipuri desisteme video: adaptorul video CGA (color) i adaptorul MDA (monocrom). Monitoarele monocrome produc imaginide o singur culoare. Cea mai rspndit este culoarea portocalie, urmat de alb i verde. Culoarea afiat de monitoreste determinat de culoarea fosforului de pe ecranul tubului catodic. Unele monitoare cu fosforul alb pot furniza maimulte nuane de gri.

Monitoarele monocrome sunt ideale pentru aplicaii alfanumerice, redactare de text, foi de calcul, gestionarea bazelorde date i programare. Nu pot fi folosite pentru Windows la fel de bine ca monitoarele color. Exist i monitoaremonocrom mari, proiectate pentru aplicaii speciale, cum ar f tehnoredactarea computerizat i CAD/CAM.

Monitoarele color folosesc o tehnologie de fabricaie mai sofisticat dect cele monocrome. n timp ce un tubmonocrom folosete un singur tub electronic, unul color conine trei asemenea tuburi, dispuse n form de triunghi, ntr-oaa numit configuraie delta. n locul fosforului portocaliu, alb i verde, ecranul conine triade de luminofori, constnddin pete de fosfor rou, verde i albastru, care pot fi activate de tuburile electronice corespunztoare. Aceste trei culoriprimare pot fi amestecate pentru a obine toate celelalte culori.

18

6. TEHNOLOGIA DE FABRICAREA MATERIALELOR SEMICONDUCTOARE

Materialele semiconductoare sunt materiale a cror conductivitate electric se situeaz ntre conductoare iizolatoare.

Fig.1. Conductivitatea tipic pentru izolatori, semiconductori i conductori.

Valoarea conductivitii semiconductoarelor este puternic influenat de defectele existente n structura cristalina materialelor i de factori externi n timp ce la conductori acestea n-au practic nici o influen.

Dup apariia tranzistorului (1950), germaniul era principalul material semiconductor, dar prezenta dezavantajulcurentului rezidual ridicat la temperaturi mari pecum i proprieti modeste ale oxidului de germaniu. Dup 1960 siliciuldevine nlocuitorul practic al germaniului, datorit:

- curenilor reziduali mult mai mici,- proprietilor remarcabile ale oxidului de de siliciu,- considerente economice (costul siliciului monocristalin destinat dispozitivelor semiconductoare i a

circuitelor integrate este cel mai sczut).n ultimii ani Si devine de multe ori totui inutilizabil datorit limitelor de performan la frecvene ridicate sau n

domeniu optic.Astrfel aiu aprut materiale semiconductoare compuse (compuii intermetalici ), de tip A III-B sau A II-BVI,

unde cu A s-au notat metale din grupa a III-a (ex. In, Ga, Al sau combinaii echivalente ale acestora, cum ar fi: GaxAl1-x),iar cu B metale din grupa a V-a (ex. N, Sb, As sau combinaii echivalente ale acestora, cum ar fi: SbyP1-y).

Pentru mbuntirea performanelor i/sau simplificarea tehnologiei au fost elaborate proiecte ale unor procesealternative fa procesul standard, cum ar fi:

- procese derivate care folosesc o logic integrat de injecie (I2L integrated injection logic),- procesul CDI ( collector diffusion isolation - izolare cu difuzia de colector)- procesul BDI (base diffusion isolation - izolare prin difuzia de baz)- TRIM proces cu trei mti (three masks)- Procesul izoplanar- Procesul n care se utilizeaz corodarea anizotrop a siliciului.

Clasificarea materialelor semiconductoare:- materiale elementare (Ge, Si i alte 10),- materiale compuse:

- compui IV-IV: SiC, SiGe- compui III-V:

binari: AlSb, GaAs, GaP, GaSb, InAs, InP, InSb ternari: AlxGa1-xAs, GaxIn1-xAs, InPyAs1-y cuaternari: GaxIn1-xPyAs1-y, InxAl1-xSbyP1-y, InxAl1-xAsyP1-y, InxGa1-xSbyP1-y ..

- compui II-VI : CdS, CdTe, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, Cd Sse, CdyZn1-yTe, Cd1-yZnyTe1-xSex (structuri cristaline de tip cubic diamant, zinc blend, sau hexagonal - wurzit etc. ).

- compui compleci:I-IV-V : CuAsS2, AgSbTe2, AgBiSe, II-IV-V: CdSnAs2, ZnSbAs2, MgGeP2 , I-IV-V-VI: CuPbAsS3 .

19

Figura 2 Celula elementar pentru materiale semiconductoare uzuale Si, Ge, GaAs, CdS, ZnS

Din punctul de vedere al benzilor energetice, materialele semiconductoare se mpart n dou categorii (figura 3):- cu band direct;- cu band indirect.

Figura 3. Materiale semiconductoare cu band direct i cu band indirect

Diodele redresoare pot fi realizate i prin contact ntre un semiconductor i un metal (dioda Schottky Figura 4)

Figura 4. Diagrama de benzi pentru o jonciune metal semiconductor

20

6.1. Tehnologia materialelor semiconductoare

Realizarea dispozitivelor semiconductoare i a circuitelor integrate comport mai multe etape tehnologice: Obinerea unui material semiconductor policristalin cu puritatea necesar pornind de la compui chimici ai

acestuia. Realizarea unor lingouri monocristaline (de form cilindric cu diametre de ordinul a 100-200 mm) dopate

uniform, avnd puritate nalt Tierea lingourilor n plachete (wafer) cu grosimi de ordinul a 300m, i marcarea acestora ( pentru a putea

distinge tipul de conductivitate, doparea) Prelucrarea plachetelor prin metode litografice combinate cu procedee de impurificare selectiv i

controlat (pentru a obine jonciuni n diferite zone ale plachetei) pentru a obine simultan mai multedispozitive (sau circuite integrate) pe o aceeai plachet

Tierea plachetelor n "structuri" componente dup ce acestea au fost testate funcional i marcate celedefecte

ncapsularea structurilor i marcarea acestoran figura 5 sunt exemplificate simplificat etapele principale n tehnologia siliciului pornind de la lingoul

monocristalin , realizarea structurilor i ncapsularea acestora..

Figura 5. Etape tehnologice parcurse pentru obinerea circuitelor integrate (simplificat)

Obinerea unui material semiconductor plecnd de la compui ai acestuia, implic: obinerea pe cale chimic a materialului semiconductor de puritate metalurgic (de exemplu pentru Si,

MGS metalurgical grade silicon) din compui naturali; purificarea chimic prin care se obine materialul de puritate tehnic; purificarea fizic prin care se ajunge la puritatea necesar (EGS electronic grade silicon, consumul

mondial de EGS este n prezent de cca 5000 tone/an); obinerea materialului sub form de monocristal cu o densitate redus a defectelor de structur.

6.1.1. Metoda cristalizrii directe (procesul de solidificare normal)

n aceast metoda tot materialul este topit iniial i apoi rcit gradat, unidirecional; n figura 6 este prezentat unlingou orizontal "strbtut" de la stnga la dreapta de un front de solidificare, FS.

Presupunnd c: difuzia impuritilor din lichid n solid este neglijabil coeficientul de segregaie este constant; modificrile de densitate n cursul solidificrii sunt nesemnificative.

Fig.6 Determinarea concentraiei de impuriti n lingoul semiconductor n urma cristalizrii directe; notaii utilizate

21

6.1.2. Metoda tragerii din topitur (Czochralsky-CZ)

Metoda CZ este practic una din cele mai utilizate metode de obinere a monocristalelor. Procedeul a fost folositprima dat n 1918 i a fost permanent perfecionat. Procesul de tragere CZ este artat schematic n figura 7. Instalaia detragere este format, n principal din trei componente principale:

Fig.7 Instalaie de tragere din topitur; Metoda Czochralsky

cuptorul care include un creuzet aezat pe un susceptor din grafit, un mecanism de rotaie, un element denczire,i o surs de alimentare

mecanismul de tragere care include o mandrin pentru germene (smn), o surs de gaz (cum ar fi de exempluargonul);

procesul este controlat n ntregime de un sistem electronic cu microprocesor care menine parametrii de lucru(cum ar fi temperatura, diametrul lingoului tras, vitezele de rotaie ale mandrinei i creuzetului etc.) n limiteoptime pentru calitatea cristalului.

Iniial, policristalul este topit n creuzet (4) cu ajutorul bobinelor de radiofrecven (5). Instalaia este plasat ntr-o"camer de cretere" (nefigurat) n care presiunea este sczut (pint ~ 10-5Torr) sau este umplut cu gaz inert (argon) sauhidrogen.

n mandrin portgermene (1) se fixeaz un monocristal (germene) cu o anumit orientare. Acesta este cobort(odat cu mandrin) pn cnd germenele atinge topitura. Din acest moment mandrin este tras cu vitez constant. Petimpul tragerii mandrin se rotete simultan cu creuzetul dar n sensuri i cu turaii diferite n scopul uniformizriitemperaturii la interfaa solid lichid (3). Cristalul cilindric obinut prin tragere "copiaz" modul de aranjare al atomilorgermenului, diametrul acestuia depinznd de parametrii procesului. Un termocuplu (6) ataat la creuzet permitemicorarea puterii de nclzire pe msura tragerii (deoarece scade cantitatea de material topit i temperatura la interfatrebuie s rmn constant).

Metodele recente utilizeaz un control automat riguros al diametrului, reglnd dinamic, cu precizie parametriiprocesului. Pentru Si (unul dintre cele mai utilizate materiale semiconductoare) apar probleme datorit reactivitiiridicate a acestui material n stare topit, existnd posibilitatea de a se contamina prin reacie cu creuzetul (din silice).

Astfel pot apare concentraii relativ importante de oxigen (n principal) care produc microdefecte de structur pedurata creterii i a tratamentelor ulterioare; n plus exist pericolul contaminrii cu carbon (de la susceptorul de grafit alcreuzetului i de la elementele de nclzire).

n cazul compuilor intermetalici unul din componeni poate fi mai volatil i astfel, nepstrndu-se proporia ntreatomii din topitur cristalul va avea defecte de structur. Pentru a evita aceste neajunsuri se folosesc variante modificateale procesului de tragere.

22

6.1.3. Metoda tragerii Czochralsky pentru materiale semiconductoare compuse

n principiu, pentru ca metoda CZ s aib rezultate bune, materialul trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: punct de topire convenabil; conductivitate termic ridicat; vscozitate sczut; presiune de vapori sczut; lipsa tranziiilor de faz ntre temperatura de topire i temperatura ambiant.

Materialele semiconductoare elementare la temperatura de topire prezint presiuni sczute de vapori27. Dimpotrivmaterialele compuse conin constituieni care se pot evapora cu uurin28 din topitur dac nu sunt luate precauiispeciale. Din acest motiv s-au dezvoltat tehnici speciale de cretere (LEC - liquid encapsulated CZ, tragere magnetic CZ,reactor Bridgman orizontal etc). Toate aceste metode impun o cretere ntr-un sistem nchis. n figura 8 sunt prezentatetrei variante ale metodei CZ. Prima metod folosete un tub nchis (folosit iniial pentru GaAs i InAs i dezvoltat ulteriori pentru ali compui). Cu ajutorul unui magnet exterior reactorului i a unei piese polare interioare este tras mandrinaportgermene.

Fig.8 Variante ale metodei de tragere pentru compui semiconductori binari

n cazul GaAs, stoechiometric, As reprezint componenta volatil. Este necesar a aduga n topitur o cantitatesuplimentar bine determinat de As care evaporndu-se creeaz la temperatura de lucru o presiune parial a As nreactor la nivelul presiunii maxime care oprete (din momentul stabilirii) evaporarea As, meninndu-se echilibrul ntrecei doi componeni ai materialului. Complicaiile legate de tubul nchis sunt rezolvate de varianta tubului seminchis ncare semireactorul superior este etanat prin topitur materialului ce reprezint componenta volatil. Principiul esteasemntor.

n cazul n care presiunea de vapori este prea mare (de exemplu pentru GaP presiunea necesar a P este n jur de 35atm) primele dou metode sunt nlocuite de o a treia: LEC. n aceast variant componenta volatil este mpiedicat s seevapore (pstrnd astfel proporia celor dou componente) printr-un lichid "ncapsulat" n prezena unei presiuniimportante30 de gaz neutru n reactor. Metoda este larg folosit pentru materiale A III-B V.

Procesul este monitorizat cu un sistem de televiziune iar cristalul care crete este controlat cu raze X (inclusivdiametrul lingoului).

6.1.4. Metoda zonei flotante

Cu toate c metoda CZ este versatil (materiale semiconductoare, conductoare, organice, disociabile i chiarrefractare) i conduce la cristale de calitate, pentru a evita contaminarea topiturii datorit creuzetului au fost dezvoltate (nparticular pentru siliciu) tehnici fr creuzet.

Metoda zonei flotante este o alternativ a tragerii Czochralski. Instalaia este prezentat schematic n figura 9.Procesul este iniiat prin topirea zonei inferioare a barei monocristaline cu ajutorul bobinelor de radiofrecven.Zona topit (meninut prin tensiuni superficiale) este adus n contact cu gemenele monocristalin (orientat ntr-un

anumit fel), dup care bobinele de nclzire ncep s urce cu vitez constant.Cele dou zone solide ale lingoului se rotesc n sensuri diferite uniformiznd topitura.Atmosfera "protectoare" n care se desfoar procesul este important deoarece aceasta este o cale de impurificare

necontrolat. Se prefer folosirea unor gaze (H2, inerte) n locul vidului pentru a evita condensarea siliciului evaporat dintopitur pe pereii reactorului.

Metoda FZ poate fi folosit i pentru purificarea fizic prin topire zonar sau pentru doparea uniform a lingouluimonocristalin (dac procesul se desfoar n atmosfera unui gaz purttor cu impuriti introduse controlat).

23

n general puritatea materialului semiconductor (nedopat) obinut prin FZ este superioar celei obinute prinmetode de tragere CZ (n urma creia sunt posibile impurificri necontrolate semnificative ca de exemplu oxigen, carbon,bor sau alte materiale metalice n cazul siliciului). Din acest motiv pentru aplicaii4 care implic rezistiviti mari FZdevine preferabil putnd fi obinute pentru siliciu rezistiviti n domeniul 10-200 ... 30.000 .cm.

Fig.9 Instalaie de tragere vertical folosit n metoda zonei flotante

Metoda FZ este n general mai scump dect CZ i nu poate realiza cu aceeai uurin lingouri de diametre mari(150 - 200 mm) ca n cazul CZ. De asemenea de-a lungul lingoului FZ pot apare variaii de rezistivitate mai mari dect ncristalele CZ. Acestea pot fi n general eliminate prin "NTD" (neution transmutation doping). Prin aceast metod,cristalele FZ de mare rezistivitate sunt plasate ntr-un reactor nuclear i expuse unui flux de neutroni termici.

Prin controlul fluxului apare n lingou o dopare uniform cu P la nivelul necesar. Materialul FZ NTD este apoitratat termic pentru restabilirea reelei cristaline alterat prin bombardamentul neutronic.

Pentru materialele semiconductoare cu rezistivitate redus metoda este neatractiv datorit costului iperformanelor mai modeste.

6.1.5. Metoda de cretere prin depunere chimic din faza de vapori (CVD)

CVD este o metod puternic n tehnologia actual. Ea permite: realizarea unor straturi epitaxiale la temperaturi (ce) inferioare temperaturi de topire (t); controlul relativ simplu al grosimii stratului epitaxial i a doprii (uniforme) a acestuia; perfeciune cristalin ridicat a stratului (mai ales n varianta homoepitaxial) folosirea unor presiuni "rezonabile" n reactor (0.1-3 atm) evitnd dificultile tehnologice pentru producerea unui

vid naintat; creterea unor straturi compuse (muli component).

Exist sigur i unele dezavantaje legate de: complexitatea fazei de vapori; urme ale gazului purttor n stratul depus; reacii chimice nedorite; interdifuzii strat - substrat; autodopare; echipamentul CVD se poate realiza n diferite variante de reactoare: verticale, orizontale, Barrel, Pancake, etc, n

funcie de tipul epitaxiei i productivitatea necesar.n general, trebuie asigurate:

nclzirea uniform a plachetelor; rcirea pereilor reactorului cu aer sau ap de rcire.

24

Fig.10 Reactor pentru cretere epitaxial a straturilor dopate de siliciu

Doparea poate fi realizat nglobnd n gazul purttor specii dopante (fig. 10) cum ar fi diboran B2H6 (gaz), pentruB n siliciu sau fosfin (PH3), arsin (AsH3) pentru dopani de tip n cum ar fi fosfor respectiv arseniu.

6.1.6 Metoda MOVPE pentru InGaAsP

Aceast metod folosete compui metal organici pentru epitaxie din faza de vapori. Aceti compui, fierb latemperaturi joase i au presiuni de vapori extrem de sczute. Schia instalaiei este prezentat n figura 11. Pe un suport degrafit la o temperatur n domeniul 550-7000C sunt dispuse plachetele din InP n reactorul de epitaxie. Pentru Ga i Insunt folosii doi compui metalorganici (MO) prin care trece gazul purttor (H2 sau He). Compuii MO utilizai suntTMIn i TMGa.

Viteza de cretere poate fi cuprins ntre 1 i 10 micrometru/or, mult mai mic dect vitezele obinuite, depinzndde viteza gazului, presiunea din reactor i presiunea de vapori a compusului MO. Aceast valoare redus permitecontrolul riguros al grosimii straturilor.

Metoda MOCVD a fost folosit cu succes pentru realizarea structurii cristaline a LED-urilor cu emisie n albastru.

Fig. 11 MOVPE pentru realizarea uniu compus semiconductor ternar InGaAsP

6.1.6 Metoda de dopare selectiv i controlat a materialelor semiconductoare

Cea mai folosit metod este difuzia.Difuzia este un proces prin care o specie atomic neuniform distribuit ntru-un anumit spaiu, se deplaseaz

pentru a realiza o distribuie uniform n acel spaiu.Procesul de difuziune are dou etape importante:- predifuzia (difuzia din sursa finit de impuriti), prin care se introduce superficial, n placheta

semiconductoare o cantitate bine determinat de atomi de impuritate;- difuzia propriu-zis (difuzia n surs constant) care realizeaz o redistribuire convenabil a impuritilor

predifuzate.

25

Predifuzia se desfoar ntr-un reactor (fig. 12) n care, ntr-un gaz purttor se introduc (din surs solid, lichidsau prin reacie chimic de suprafa)atomi de impuritate a cror presiune parial (n gaz) depete o valoare ce arcorespunde solubilitii mazime a impuritii n materialul semiconductor la temperatura de lucru.

Fig. 12 Reactor de difuziune; Gazul purttor transport la suprafaa plachetelor impuriti care vor difuza n plachetelesemiconductoare

Difuzia propriu-zis urmeaz predifuziei (sau unei operaii de implantare ionic prin care, superficial, a fostintrodus o anumit cantitate de dopant).

Difuzia propriu-zis se desfoar n atmosfer oxidant i lipsit de impuriti ntr-un reactor de difuziune. Oxidulce se formeaz mpiedic alte impuriti s intre n plachet i le pstreaz pe cele deja introduse.

6.2. Echipamentul de implantare la implantarea ionic

Implantarea ionic este un proces prin care ionii dopani sunt introdui direct ntr-un substrat (prin bombardamentionic) dup ce n prealabil au fost accelerai, cptnd energii ntre 10-200 KeV10.

Tehnologia de implantare trebuie s permit:- introducerea unei cantiti exacte (specifice de impuriti);- speciei dopante s ajung n locurile i la adncimea necesar n substrat;- activarea electronic a ionilor implantai;- modificarea minim a structurii cristaline a substratului n timpul procesului de implementare.Echipamentul de implantare (implantoarele), sunt practic cele mai complexe sisteme folosite n fabricarea

circuitelor integrate pe scar larg, VLSI (fig. 13).

Fig. 13 Reprezentare schematic a unui echipament de implantare ionic

Ele conin mai multe sisteme:- Sursa de alimentare cu dopant care conine speciile ce vor fi implantate. Cei mai comuni ioni folosii

pentru implantare n siliciu sunt B, P i As. Sursele preferate sunt gazoase, astfel nct se folosesc compuiai acestor dopani. O valv reglabil permite alimentarea cu un astfel de gaz a sursei de ioni.

26

- Sursa de ioni cu sursa proprie de alimentare i pomp de vid ce permite ionizarea gazului furnizor de ionidopani producnd plasm cu presiune redus 10-3 Torr. n surs ionii sunt formai fie prin ciocnire cuelectronii produi printr-o descrcare n arc fie produs prin emisia termic a unui catod fierbinte (de tipFreeman n implantoare de curent mediu).

- Extractor de ioni i dispozitiv de analiz prin care sunt selectai anumii ioni n funcie de masa lor.

6.3 Diode redresoare

Varianta cea mai uzual este dioda p+pn+.Etapele de realizare ale acestei diode sunt:- realizarea structurii;- protecia suprafeei jonciunii;- realizarea contactelor termice i electrice;- protecia climatic;- sortarea;- controlul de calitate i de recepie.Structura redresoare se realizeaz pe siliciu monocristalin ai crui parametrii (rezistivitate, densitate de dislocaii,

timp de via al purttorilor minoritari, dopare iniial) sunt alei n concordan cu parametrii diodei ce urmeaz a firealizate.

Monocristalul este apoi tiat n plachete, dup anumite direcii i este rodat pentru a se obine planeitatea, paralelismul igrosimea necesar. Etapele de obinere ale structurii pentru o diod dublu difuzat sunt prezentate n figura 14.

Fig. 14 Etape de realizare ale unei diode redresoare dublu difuzate de putere

Pentru diodele de mic putere se folosesc pentru contactare aliaje pe baz de plumb, dup ce n prealabil pe feeledezoxidate ale plachetei s-au depus succesiv un strat de nichel i unul de aur.

Pentru diodele de putere contactul dintre structur i contraelectrozii de molibden pe zonele n+ i p+ se realizeazprin alierea superficial a siliciului cu aluminiu. ncapsularea structurii trebuie s permit contactarea electric i nu nultimul rnd transferul de cldur de la jonciune n mediul ambiant. n plus, trebuie evitat contaminarea suprafeeijonciunii, trebuie protejat structura de eforturi mecanice exterioare sau de ocuri termice.

Sortarea diodelor se face fie, pe caracteristica direct(tensiunea direct pentru curentul direct respectiv maxim,testarea curentului de suprasarcin garantat) fie pe cea invers (msurarea tensiunii de strpungere prin avalan i acurentului invers).

27

6.3.1. Tranzistorul MOS cu dubl difuzie (DMOS)

Performanele de nalt tensiune ale tranzistoarelor MOS pot fi mbuntite mrind lungimea canalului iintroducnd o rezisten serie pe canal care s preia tensiunea mare dren-surs. Acest deziderat se poate realiza folosindproprietile difuziei (viteza de difuziune a impuritilor de tip p este mai mare dect cea a impuritilor de tip n).Dispozitivul obinut poart numele de DMOS (Double Diffused MOS).

Figura 15 (a i b) prezint cele dou variante constructive ale unui astfel de dispozitiv. Difuzia de n- i p se facesimultan prin aceeai fereastr, dar, datorit vitezei mai mari de difuziune a impuritilor de tip p dect a celor de tip n, seva crea n substrat o zon n care vor exista impuriti de tip p.

Fig. 15 a, b Variante constructive ale DMOS

Lungimea canalului este definit de distana de difuziune a impuritilor de tip opus substratului. Substratul este deacelai tip cu drena i sursa, fcnd parte din dren (fig. 15 b).

Tranzistoarele DMOS sunt folosite mai ales n aplicaii de putere.

6.3.2. Tranzistorul cu efect de cmp hexagonal (HEXFET)

Structura unui HEXFET este prezentat n figura 16. Forma hexagonal maximizeaz maximizeaz gradul deocupare a suprafeei plachetei de siliciu. HEXFET-ul este varianta discret a DMOS-ului, fiind alctui din mai multeDMOS-uri legate n paralel. Este folosit ca i component de putere (suport tensiuni mari ntre surs i dren precum icureni mari de dren).

Fig. 16 Structura unui HEXFET

6.3.3. Tranzistorul cu pelicul subire (TFT)

Tranzistorul cu pelicul subire (Thin Film Transistor-TFT) este un exemplu foarte bun de compromis tehnic, elfiind realizat ca dispozitiv orientat pe aplicaie.

Figura 17 prezint seciunea printr-un astfel de tranzistor. Stratul activ al tranzistorului TFT (drena, sursa i zona ncare va apare canalul) este depus pe o pelicul de izolator. Acest lucru reduce drastic performanele electrice: vitez micde comutare i cureni de dren mici.

28

Fig. 17 a, b, c Variante constructive al TFT

Au avantajul unei tehnologii de realizare simple i puin costisitoare, poate fi plasat att deasupra ct i dedesubtulzonei active (fig. 17a i 17b).

Aceste tranzistoare sunt extrem de atractive pentru realizarea celulelor de afiaj cu cristale lichide, unde fiecaretranzistor TFT va comanda cte un pixel. Acestea se pot realiza i pe suportul de sticl al polarizorului, aadar realizareaeste mai simpl i mai ieftin.

O alt aplicaie a TFT o constituie celulele de stocare pentru memorii SRAM.

mult.

6.4. Circuite integrateCircuitele integrate conin un numr variabil de componente pe cip pornind de la cteva, pn la milioane sau mai

6.4.1 Tehnologia bipolar. Procesul standard cu strat ngropat

n cazul circuitelor integrate este necesar ca pe acelai cip s fie realizate mai multe componente electronicepasive i active, izolate ct mai bine ntre ele pentru a nu interaciona electric i interconectate n aa fel nct s realizezeun anumit circuit.

Procesul standard cu strat ngropat preia ideile fundamentale al tehnologiei planar epitaxiale folosite la realizareatranzistorului discret. Componentele sunt izolate ntre ele prin jonciuni blocate.

n procesul standard, (figura 18):- se pornete de la o plachet din siliciu (111 sau 100) de tip p cu o rezistivitate tipic de ordinul a 6-12 ohmi.cm.- Etapa I-a predifuzia unui strat ngropat dup ce n prealabil a fost realizat printr-un proces fotolitografic o masc

(masca 1) potrivit din bioxid de siliciu.- Etapa a II-a const n creterea epitaxial la temperatur joas a unui strat de tip n.- Etapa a III-a este formarea zidurilor de izolare dintre chesoane. Aceast etap implic un nou proces fotolitografic

(masca 2) n urma cruia se realizeaz o masc n oxidul crescut termic peste care s-a depus un strat de nitrur desiliciu.

- Etapa a IV-a (masca 3), conduce la formarea bazei.- Etapa a V-a const n realizarea emitorului; printr-un nou proces fotolitografic, se realizeaz o masc de oxid care

definete fereastra emitorului (masca 4).- Etapa a VI-a implic realizarea ferestrelor de contact printr-un nou proces fotolitografic, (masca 5).- Etapa a VII-a const n depunerea neselectiv a aluminiului, avnd o grosime tipic de ordinul unui micrometru,

aluminiul este apoi ndeprtat selectiv folosind un nou proces fotolitografic (masca 6) astfel nct pe structurrmn traseele conductoare care leag diverse terminale ale componentelor.

- Etapa a VIII-a const n depunerea neselectiv a unui strat protector care va fi ulterior ndeprtat din zonele ncare se realizeaz contacte n exteriorul circuitului (masca 7); aceste zone se numesc paduri sau ploturi.

29

Fig. 18 Etapele tehnologiei standard

6.4.2 Diode

Practic toate jonciunile pn care apar n tranzistoare pot fi utilizate ca diode.Exist cteva variante mai des folosite cum ar fi: dioda zid de izolare-strat epitaxial, dioda emitor baz peste zid,

dioda Zenner ngropat, dioda colector de baz, dioda emitor baz, dioda baz strat epitaxial obinutdin tranzistorul pnp,dioda multiplicat etc.

Cteva exemple de astfel de structuri sunt prezentate n figura 19

Fig. 19 Diode realizate n tehnologie standard: dioda emitor baz peste zid de izolare, dioda Zenner ngropat, diodamultiplicat (schema de principiu i schema tehnologic)

30

6.4.3 Tranzistoare cu efect de cmp

Tranzistoarele MOS cu gril de aluminiu i canal p, figura 20, pot fi realizate n procesul bipolar, prin adugareaunei etape tehnologice suplimentare care s defineasc zona de depunere a oxidului de poart. Sursa i drena sunt formateprin difuzii de tip baz. Dependena parametrilor electrici ai tranzistorului MOS de condiiile de suprafa reclam uncontrol mai strict din acest punct de vedere n comparaie cu controlul necesar n procesul bipolar care nu ar avea incluseastfel de realizri.

Fig. 20 Tranzistor MOS n tehnologie bipolar

6.5 Procesul cu izolare cu oxid (LOCOS)

Abandoneaz ideea de a izola componentele prin jonciuni blocate, nlocuind-o cu izolarea cu oxid. Prin aceastacrete densitatea de integrare deoarece distanele destul de mari necesare pn acum pentru a evita atingerea zonelor desarcin spaial pot fi micorate.

Raportul de arie ntre cea necesar i procesul SBC i cea necesar n procesul n care izolarea se face cu oxidpentru realizarea unui tranzistor npn este de ordinul 2-3, uniti ceea ce nseamn cel puin dublarea densitii deintegrare.

O variant a acestui proces a primit numele de LOCOS (Locally Oxidised Silicon).Insula izolat i structura care se obine este prezentat n figura 21.

Fig. 21 Izolare LOCOS; Structura tranzistorului npn n aceast variant tehnologic

6.6 Procesul cu izoplanar

Etapele tehnologice necesare pentru realizarea componentei fundamentale care i aici este tot tranzistorul npn, suntprezentate simplificat n figura 22.

Se pornete de la o plachet de tip p, se difuzeaz stratul ngropat, se crete stratul epitaxial de tip n.Se acoper placheta cu bioxid de siliciu i nitrur, dup care printr-un proces fotolitografic se deschid ferestre prin

care se va coroda siliciul pn la o adncime aproximativ egal cu jumtatea grosimii stratului epitaxial.Urmeaz oxidarea profund pn cnd bioxidul de siliciu crescut termic ajunge la suprafaa plachetei.Aceast variant tehnologic are cteva avantaje importante:- reducerea ariei consumate pentru izolare i deci creterea numrului de componente pe cip;- reducerea capacitilor parazite asociate jonciunilor prin micorarea ariei i n consecin creterea vitezei

de lucru;- imunitate la erori de gravur, dezalinierea fiind compensat de grosimea zidurilor de bioxid;- denivelri nensemnate ale plachetei (n final) care mbuntesc posibilitile de interconectare.

31

Fig. 22 Procesul izoplanar, etape tehnologice

7. MATERIALE ELECTROCERAMICE

Materialele electroceramice joac un rol important n ingineria electric nc de la nceputurile acesteia. n primulrnd, materialele izolatoare au fost introduse avnd la baz tradiia meteugarilor. Cu dezvoltarea calitilor materialelorceramice, proprietile au fost optimizate prin variaia compoziiilor chimice pe ci empirice. Noi funcii ale aceramicelorau fost gsite ntmpltor i fabricate tot pentru aplicaii chimice. Mai apoi, fizica strii solidului a oferit o direcie dedezvoltare, cum poate fi considerat, de exemplu, dezvoltarea materialelor ceramice piezoelectrice. Noile solicitri audeterminat studierea acestor materiale, tiina ceramicelor avansnd la cerinele dezvoltrii tehnicii. Astfel, actualelerealizari ale electroceramicelor sunt bazate pe utilizarea tuturor resurselor fizicii solidului, chimiei, tiina ceramicii idezvoltarea tehnologiilor de fabricaie, folosindu-se de progresul microelectronicii. [5], [6]

7.1. Electroceramicele: o larg familie cu ndelungate tradiii i cu mari perspective

Marea familie a electroceramicelor include o lung list de subfamilii:- materialele izolatoare;- condensatoarele;- feritele;- termistoarele (NTC);- termistoarele (PTC);- ceramicele piezoelectrice;- ceramicele piroelectrice;- carcasele i capsulele ceramice;- substraturi i cptuelile ceramice;- ceramica optic;- varistoarele;- ceramicele pentru microunde;- conductoarele optice;- superconductoarele;

32

Fiecare dintre aceste subfamilii au o lung istorie. Materialele izolatoare au nceput s joace un rol importantodat cu nceputurile ingineriei electrice, pe cnd ceramica superconductoare a aprut doar de civa ani ncoace. nprezent, nu se cunosc ce noi funciuni se vor descoperi pentru materialele ceramice tehnice. Dar, vrsta familiilor deelectroceramice sau a subfamiliilor acestora nu este pe msura posibilitilor tehnice i economice de inovare, datoritstadiilor foarte diferite de dezvoltare ale fiecreia. [5], [6]

Citind lista subfamiliilor de electroceramice, se remarc rolul hotrtor al dezvoltrii fizicii solidului, deoarecetoate materialele sunt caracterizate de remarcabile proprieti fizice. De asemenea, cerinele electrotehnicii au dus laapariia i dezvoltarea materialelor izolatoare i prin progresul n tehnologiile de prelucrare a porelanului. Primelecondensatoare s-au construit folosindu-se deja tehnologiile existente incluznd i metodele de decorare metalic cuscntei. Mai apoi, titania a fost recunoscut ca un material cu nalt nivel al permitivitii dielectrice, dar compoziia a fostfolosit pentru alte scopuri nc dinainte. Titanatul de bariu a fost descoperit n aplicaiile carbonatului de bariu utilizat lasinterizarea titaniei. Studiindu-se proprietile dielectrice ale BaTiO3, proprieti aparent nesemnificative au condus ladescoperirea norocoas a materialelor PTCR (the positive-temperature-coefficient resistors). Ceramicele piezoelectrice aufost inventate de asemenea prin studiile efectuate n natura materialelor feroelectrice. Feritele i au originea nmagnetismul oelurilor. Termistoarele-NTC au fost inventate pornind de la proprieti considerate nesemnificative aleferitelor. Similar au fost descoperite i varistorii cu ZnO, iar, mai apoi, au fost studiate o serie de materiale derivate cunalte proprieti dielectrice.

7.2. Electroceramice noi rezultate din dezvoltarea empiric a chimiei

Dup o sut de ani prepararea materialelor electroceramice au urmat o cale tradiional. Materialul crud, naturalsau preparat este mcinat i amestecat; n multe cazuri este precalcinat, dup care este din nou mcinat, format i nclzitpn la coacere. Proprietile optime i compoziia chimic este modificat n pai mruni, obinndu-se proprieti,unele dorite i altele determinate. Noutile aprute n aceast perioad sunt de natur tiinific.

Spre exemplu, dezvoltarea condensatoarelor ceramice a nceput prin folosirea materialelor crude naturale, cum arfi steatitele. Dup detectarea unor proprieti reziduale ale titaniei, au fost introduse multe alte compoziii; multe dintre eleconineau MgTiO3 sau CaTiO3 ca i faze cristaline. Cunotinele despre BaTiO3 au fost studiate, dup Cel de-al II-leaRzboi Mondial. Astfel, feroelectricitatea BaTiO3 a fost observat devreme. Dar