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Los secretos detrás de la creación de chips integrados y las técnicas de soldadura de alta densidad

Introducción

Los chips integrados son uno de los componentes más importantes en la electrónica moderna, y se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, desde dispositivos médicos y de consumo hasta sistemas de control aeroespacial y de defensa. La fabricación de chips integrados es un proceso extremadamente complejo que involucra múltiples etapas, desde la creación del diseño hasta la fabricación de los componentes individuales y la conexión de estos componentes en un circuito integrado funcional. En este artículo, exploraremos los secretos detrás de la creación de chips integrados y las técnicas de soldadura de alta densidad que se necesitan para unir los componentes de manera segura y efectiva.

La creación de chips integrados

Diseño de chips

El primer paso en la creación de un chip integrado es el diseño del circuito. El diseño se crea utilizando software de diseño asistido por ordenador (CAD) y esencialmente representa un plano detallado del circuito. El diseño se verifica cuidadosamente antes de pasar a la siguiente etapa, ya que es mucho más fácil corregir errores en una etapa temprana del proceso.

Fabricación de obleas de silicio

La siguiente etapa en la creación de un chip integrado es la fabricación de obleas de silicio. El silicio es uno de los materiales más comunes utilizados en la fabricación de chips debido a sus propiedades semiconductoras. Las obleas de silicio se fabrican mediante un proceso de crecimiento de cristales llamado método Czochralski. Este proceso involucra la fusión de silicio puro en un crisol y luego se extrae un monocristal de silicio de la parte superior del crisol mediante una varilla. Una vez que se ha extrudedo el monocristal de silicio, se corta en discos finos llamados obleas. Las obleas se limpian a fondo para eliminar cualquier contaminación antes de pasar a la siguiente etapa.

Litografía

La litografía es uno de los procesos más importantes en la fabricación de chips integrados. Se utiliza para transferir la imagen del circuito del diseño CAD a la oblea de silicio. Durante el proceso de litografía, se utiliza una máscara para proyectar la imagen del circuito en la oblea de silicio. El patrón se graba en la oblea usando una técnica de grabado llamada grabado en seco.

Deposición de capas

Después de la litografía, se depositan varias capas de material sobre la oblea de silicio. Estas capas pueden ser metales, óxidos o polímeros, y se utilizan para crear las estructuras necesarias para construir el circuito integrado. Las capas se depositan utilizando técnicas de deposición física o química, como la deposición de vapor químico (CVD).

Grabado y limpieza

Una vez que se han depositado todas las capas necesarias, se utiliza la litografía y el grabado en seco para retirar el exceso de material y exponer las estructuras necesarias para el circuito. Después del grabado, la oblea de silicio se limpia cuidadosamente para eliminar cualquier contaminante y prepararla para la siguiente etapa.

Unión de chips

Una vez que se ha fabricado el chip individual, el siguiente paso es unirlo a un sustrato que permita la conexión del chip a otros componentes del sistema. Esto se hace usando técnicas de soldadura de alta densidad, que discutiremos en la siguiente sección.

Técnicas de soldadura de alta densidad

Las técnicas de soldadura de alta densidad se utilizan para unir los componentes individuales de un circuito integrado juntos de manera segura y efectiva. Estas técnicas son esenciales para garantizar que los chips integrados funcionen correctamente y sean duraderos.

Soldadura por bola

La soldadura por bola es una técnica comúnmente utilizada para conectar chips integrados a sustratos. La técnica implica la unión de pequeñas bolas de soldadura de estaño a pines en el sustrato y al chip. La unión se realiza utilizando calor y presión, lo que derretirá la bola de soldadura y unirá el chip al sustrato de manera segura.

Soldadura por pasta

Otra técnica comúnmente utilizada es la soldadura por pasta. En esta técnica, se aplica pasta de soldadura a hendiduras en el sustrato antes de unir el chip al sustrato. El chip se coloca sobre la pasta de soldadura y se aplica calor para derretir la pasta y unir el chip al sustrato. Esta técnica es efectiva para conectar chips a sustratos que tienen una gran cantidad de pines.

Soldadura láser

La soldadura láser es una técnica más moderna utilizada para conectar chips a sustratos. En esta técnica, se utiliza un láser para derretir la soldadura en un patrón preciso en el sustrato. El chip se coloca en la soldadura líquida y se aplica presión para unir el chip al sustrato. Esta técnica es muy precisa y es efectiva para sustratos con componentes de alta densidad.

Conclusión

La creación de chips integrados es un proceso extremadamente complejo que involucra múltiples etapas y técnicas especializadas. Desde el diseño del circuito hasta la fabricación de obleas de silicio y la conexión de los componentes utilizando soldadura de alta densidad, cada paso del proceso es crítico para el rendimiento y la durabilidad del chip final. Aunque la fabricación de chips integrados puede parecer intimidante, el futuro de la tecnología depende en gran medida de estos pequeños componentes, y es emocionante pensar en las posibilidades que nos depara el futuro.