MMIC

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MMIC
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MMIC_antena.

Los circuitos MMI o MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) son un tipo de circuitos integrados que operan en frecuencias de microondas, es decir, entre 300 MHz y 300 GHz. La técnica de fabricación de los circuitos MMIC se basa en la utilización de líneas de transmisión planares, y se realiza con compuestos de semiconductores compuestos, tales como el arsenurio de galio (GaAS), nitruro de galio (GaN) y el silicio-germanio (SiGe).

Las entradas y salidas de los dispositivos MMIC se adaptan, generalmente, con una impedancia caracter√≠stica de 50 ohmios. Esto facilita el uso de dichos dispositivos, as√≠ como su uso en forma de cascada, ya que no requieren red de adaptaci√≥n externa. Adicionalmente, la mayor√≠a de los equipamientos de pruebas de microondas se dise√Īan para operar en unas condiciones de 50 ohmios.

Los MMIC son dimensionalmente peque√Īos (desde 1 mm2 a 10 mm2) y pueden ser producidos a gran escala, lo que ha facilitado su proliferaci√≥n en dispositivos de alta frecuencia, como pueden ser los tel√©fonos m√≥viles.

Contenido

Historia

Entre 1930 y 1960 la tecnología de microondas consistía en la utilización de guías de ondas para la creación de circuitos, lo que conllevaba que el proceso de fabricación fuese largo y costoso. La revolución aparece sobre 1960 con la aparición de la tecnología planar y la producción de materiales dieléctricos más baratos y con menos pérdidas, dando lugar a la tecnología MIC (Microwaves Integrated Circuits).

√Čsta tecnolog√≠a evoluciona a los MIC monol√≠ticos (MMIC) cuando en 1975 Ray Pengelly y James Turner publican su estudio ‚ÄúMonolithic Broadband GaAs FET Amplifiers‚ÄĚ, convirti√©ndose as√≠ en los padres e inventores de los MMIC. Cuando trabajaban en Plessey dise√Īaron un amplificador de una sola etapa con una ganancia de 5 dB en la banda X que usaba puertas de escritura √≥ptica de 1 micr√≥n. Usaban sistemas de optimizaci√≥n por ordenador para dise√Īar su elemento, haciendo uniones de estructuras. El proceso de ‚Äúbackside‚ÄĚ todav√≠a no hab√≠a sido inventado, as√≠ que los FET ten√≠an toma de tierra externa.

Los primeros MMIC se fabricaron de Arseniuro de Galio (GaAs), el cual tiene dos ventajas fundamentales frente al Silicio (Si), que es el material tradicional para la fabricaci√≥n de circuitos integrados: la velocidad del dispositivo y el sustrato semi-aislante. Este tipo de circuito usa una soluci√≥n cristalina para el diel√©ctrico y la capa activa. El GaAs es √ļtil gracias a su capacidad para trabajar en altas frecuencias y a que su alta resistividad evita interferencias entre dispositivos. Esto permite la integraci√≥n de dispositivos activos (radiofrecuencia), l√≠neas de transmisi√≥n y elementos pasivos en un √ļnico sustrato.

En los a√Īos 80, la Agencia de Proyectos Avanzados de Investigaci√≥n de Defensa (DARPA) empez√≥ a realizar un gran esfuerzo para obtener un mayor desarrollo de los circuitos integrados de microondas para sustituir los tubos, cavidades y dispositivos discretos usados en sistemas de telecomunicaci√≥n y radar. Bajo contrataci√≥n de DARPA, Northrop Grumman Corporation (antiguamente TRW) consigui√≥ producir con √©xito MMICs de GaAs usando Transistores de Alta Movilidad Electr√≥nica (HEMT) y Transistores Bipolares de Uni√≥n Heterog√©nea (HBT).

En los primeros MMICs, todos los circuitos estaban hechos con GaAs MESFET, diodos IMPATT (Impact Ionization Avalanche Transit Time) y diodos varactores, pero con la maduraci√≥n de la tecnolog√≠a GaAs se incrementa el uso de Hits, HEMTs y PHEMTs en aplicaciones nicho. En la siguiente tabla se tiene los circuitos usados com√ļnmente en cada dispositivo, adem√°s de los fallos originados en la mayor√≠a dispositivos activos de los MMIC.


MMIC tabala.png

La importancia del Arseniuro de Galio semi-aislante se basa en que los dispositivos hechos del mismo mediante implantación directa de iones están semi-isolados, por eso está adaptado a la fabricación de circuitos integrados. Además, el sustrato semi-aislante produce reducidas capacitancias paarásitas, siendo así dispositivos más rápidos y que permiten la implementación de MMIC.

Sin embargo, la velocidad de las tecnolog√≠as de Silicio ha ido increment√°ndose al mismo tiempo que el tama√Īo de los transistores ha ido disminuyendo, es por este motivo que es posible construir MMIC con este material. Es muy importante este hecho, ya que la principal ventaja de la tecnolog√≠a de Silicio es el coste, y los MMIC de Silicio abaratan costes frente a sus hom√≥nimos de Arseniuro de Galio. Otro de los factores que abaratan costes si se emplea Silicio en la fabricaci√≥n en lugar de Arseniuro de Galio, es que los di√°metros de la oblea son ligeramente mayores (de 8 a 12 pulgadas, frente a las 4 o 6 que se emplean para Arseniuro de Galio). Todos estos factores colaboran en abaratar los precios en la fabricaci√≥n de los circuitos integrados.

Hasta el momento se han mentado el Silicio y el Arseniuro de Galio en la fabricaci√≥n de MMIC, pero no s√≥lo se emplean estos materiales. Tambi√©n se utiliza, por ejemplo, el Fosfato de Indio, que mejora la ganancia, la frecuencia de corte y produce ruidos m√°s bajos. Pero es, debido a su alto coste y la fragilidad de los materiales, ya que las obleas hechas de este material tienen que ser m√°s peque√Īas, que no sea muy extendido su uso. Otro de los materiales que puede usarse para este tipo de circuitos integrados es el Germanio de Silicio (SiGe) que ofrece m√°s altas velocidades que los dispositivos de silicio convencionales, pero ventajas de coste similares. Por otra parte el GaAs posee propiedades que eliminan la diafon√≠a, por lo que se integra en dispositivos de radio, l√≠neas de transmisi√≥n‚Ķ

En comparación con otras tecnologías de microondas, los MMIC de GaAs ofrece las siguientes ventajas:

  • Reducci√≥n de tama√Īo.
  • Reducci√≥n de costes para vol√ļmenes de producci√≥n medio-altos
  • Mejora de las caracter√≠sticas de los sistemas por la inclusi√≥n de algunas funciones como l√≥gicas, RF,.. en un √ļnico circuito
  • Mejora de la reproducibilidad, debido al procesamiento e integraci√≥n uniforme para todas las partes del circuito.
  • Mejora del dise√Īo sin necesidad de realizar numerosas iteraciones, debido a la reproducibilidad y al dise√Īo asistido por ordenador.
  • Mayor rango de frecuencias, reduciendo efectos parasitarios en los dispositivos.


Fabricación

Desde hace unas cuantas d√©cadas, los circuitos de microondas de estado s√≥lido eran fabricados exclusivamente en base a componentes discretos que inclu√≠an dispositivos de circuitos activos de semiconductor como transistores y diodos. Incluso hoy, el mercado es compartido entre los antiguos dise√Īos y los nuevos. Mientras que los componentes discretos son hechos en base a tecnolog√≠as bipolares de silicio, los circuitos MMIC son hechos principalmente de arseniuro de galio (GaAs).

Los circuitos MMIC ofrecen mejoras de ancho de banda sobre los circuitos hechos en base a componentes integrados. La raz√≥n de esto es que se evitan p√©rdidas el√©ctricas y capacidades par√°sitas al poderse colocar las redes de acoplamiento m√°s pr√≥ximamente a los transistores. Este efecto produce un gran avance en la fiabilidad de las aplicaciones que requieren un gran n√ļmero de elementos. En estas aplicaciones cada m√≥dulo del sistema de arrays puede necesitar cerca de tres chips que incorporen amplificadores de potencia, amplificadores de bajo ruido y desplazadores de fase. Los beneficios de la integraci√≥n de aplicaciones de microondas hasta ahora han sido exclusivamente para los dispositivos de arseniuro de galio. Una raz√≥n de que el arseniuro de galio haya sido elegido para este tipo de aplicaciones es que este material tiene una alta movilidad de electrones que incrementa el rendimiento de los dispositivos a altas frecuencias. Mientras que los transistores bipolares pueden ser utilizados a frecuencias de microondas, los circuitos integrados que tienen una movilidad de electrones m√°s baja son generalmente inferiores en frecuencias de microondas. La movilidad de los electrones no es el √ļnico par√°metro a favor del arseniuro de galio. La gran capacidad de aislamiento del arseniuro de galio tambi√©n debe ser tomada en cuenta. Ordinariamente el material de silicio es varios √≥rdenes de magnitud m√°s conductivo que el arseniuro de galio limitando esta caracter√≠stica la ganancia m√°xima que puede estar disponible a altas frecuencias por dispositivos de silicio. Este aislamiento inhibe corrientes par√°sitas entre electrodos de transistores en el mismo chip que de otra forma afectar√≠an su rendimiento como un circuito de microondas integrado.

Hist√≥ricamente, y a pesar de los avances en arseniuro de galio descritos m√°s arriba, la utilizaci√≥n de este materias a gran escala ha sido lento debidos a los problemas de fabricaci√≥n. Estos problemas han incluido la indisponibilidad de material de substrato de arseniuro de galio de gran calidad. M√©todos de fabricaci√≥n no orientados hacia las obleas de r√°pida respuesta que en silicio han tendido hacia la evoluci√≥n de una tecnolog√≠a de fabricaci√≥n competitiva, y los problemas b√°sicos con un compuesto de semiconductor frente a uno simple. Estos se reflejan en la dificultad del procedimiento de control y ceden en mantenimiento que afecta al coste por unidad. Adem√°s de esto la fragilidad f√≠sica y qu√≠mica del material que hace m√°s compleja la fabricaci√≥n incluso desde sus inicios. Las obleas de arseniuro de galio se destacan por su fragilidad que desemboca en que s√≥lo la mitad de las obleas sobreviven desde las primeras pruebas de radiofrecuencia. Mientras que la industria de silicio se orienta hacia las obleas de 200 mm, el arseniuro de galio est√°n disponibles desde los 75 mm de di√°metro con un coste muy superior al silicio. Hoy en d√≠a la producci√≥n de arseniuro de galio es una peque√Īa parte del mercado para dispositivos de silicio. Por lo tanto la penalizaci√≥n en costes asociada con el mayor rendimiento del arseniuro de galio es un punto en contra.


Un subconjunto de la tecnolog√≠a CMOS es llamada SOI (Silicon On Insulator). Durante la √ļltima d√©cada, las implementaciones de SOI se han convertido en las preferidas para fabricar circuitos integrados de se√Īal de alta radiaci√≥n. Un subconjunto de SIO es el SOS (Silicon On Sapphire). Esta tecnolog√≠a conduce al endurecimiento de los requisitos para mejorar el aislamiento electr√≥nico de los componentes en el substrato. En particular, la distribuci√≥n del exceso de electrones creada por el bombardeo de radiaci√≥n es confinada a fin de evitar que cause sobrecargas o errores ‚Äúd√©biles‚ÄĚ. La misma t√©cnica ofrece una gran mejora en frecuencia. Aun as√≠ el problema con la tecnolog√≠a SOS es que posee una interfaz electr√≥nica imperfecta entre el aislante sobre la que el silicio se deposita y el mismo silicio. Esto resulta en un efecto de ‚Äúcanal de lagunas‚ÄĚ. Mientras que las imperfecciones relacionadas con este efecto no dificultan la radiaci√≥n por s√≠ solas, tienden a deteriorar el dispositivo con respecto a su rendimiento habitual y pueden afectar gravemente las especificaciones normales del circuito. Este efecto puede ser particularmente desastroso en frecuencias de microondas ya que limita la ganancia m√°xima disponible. Aparte de estas limitaciones el grosor m√≠nimo del dispositivo que puede ser aislado es una contrapartida. Sin embargo hoy en d√≠a hay alternativas al silicio sobre zafiro.


En los √ļltimos a√Īos una nueva tecnolog√≠a de materiales de silicio SOI se ha desarrollado. Se llama ‚ÄúSeparaci√≥n por Implantaci√≥n en Ox√≠geno‚ÄĚ (SIMOX). Para hacer una oblea en esta tecnolog√≠a se implanta una gran cantidad de ox√≠geno sobre la sperficie de la oblea. Templando esta superficie convierte esta superficie en una pel√≠cula de cristal aislante. La ventaja de esta t√©cnica sobre el SOS es la disminuci√≥n del grosor de la capa activa confinando los efectos de la radiaci√≥n de ionizaci√≥n. Los efectos del efecto de lagunas tambi√©n es minimizado. Sin embargo, aunque los dispositivos activos est√°n desacoplados del substrato literalmente, permanecen acoplados en cuanto a efectos de capacitancia y por tanto unos con respecto a otros en frecuencias de microondas a causa de las propiedades conductivas del substrato. En otras palabras, a pesar de la capa de aislamiento, inclusive los dispositivos SIMOX no son id√≥neos para su utilizaci√≥n en circuitos de microondas debido a que el silicio bajo la capa de aislamiento tiene propiedades conductivas a frecuencias de microondas.


A fin de aumentar el rendimiento y disminuir la limitación de costes de las tecnologías actuales, esta técnica permite mejorar la fabricación de circuitos monolíticos en silicio que son capaces de operar en frecuencias de microondas se utilizará un sustrato de silicio de alta resistividad , que se obtiene con una técnica de zona flotante que implanta una capa de aislamiento cerca de su superficie superior, preferiblemente SIMOX. Se forja un plano conductivo en el fondo del sustrato y se forja un circuito en la capa activa de silicio que permanece sobre la capa SIMOX de aislamiento.

Las tecnologías que incrementan el rendimiento en altas frecuencias del MICROX comprenden:

  • Una superficie inferior de rectificaci√≥n de contacto.
  • Replicaci√≥n de circuitos usando litograf√≠a.
  • Bajo coste microstrip.
  • Capa de nitrato en el fondo de la oblea durante el procesamiento CMOS.

Este m√©todo de fabricaci√≥n se llama MICROX. Esta t√©cnica conlleva unos costes m√°s de fabricaci√≥n sobre silicio de circuitos integrados que son operativos a frecuencias de gigahercios. Como toda tecnolog√≠a basada en silicio, MICROX saca partido de la amplia infraestructura de fabricaci√≥n que conllevan los dispositivos modernos. Para aplicaciones que necesitan de un gran n√ļmero de dispositivos como los sistemas de comunicaciones modernos, la implementaci√≥n de dispositivos MICROX puede hacer disponible grandes cantidades de circuitos integrados para aplicaciones de microondas.

Quiz√°s la ventaja m√°s importante de GaAs es que sus electrones son acelerados a velocidades m√°s altas, por lo que atraviesan el canal de transistor en menos tiempo. Esta mejora de la movilidad de electrones es la propiedad fundamental que permite trabajar a frecuencias m√°s altas y velocidades de conmutaci√≥n m√°s r√°pidas. Mientras que la principal raz√≥n de hacer transistores de GaAs es la mayor velocidad en el funcionamiento, que se consigue con una frecuencia m√°xima de operaci√≥n m√°s alta o velocidades de conmutaci√≥n m√°s altas, las propiedades f√≠sicas y qu√≠micas de GaAs hacen que su empleo en la fabricaci√≥n de transistores sea dif√≠cil. Los inconvenientes del GaAs son una conductividad t√©rmica inferior y un coeficiente de expansi√≥n t√©rmica m√°s alto que el silicio y el germanio. Sin embargo, como las nuevas aplicaciones de mercado exigieron el funcionamiento m√°s alto que podr√≠a ser alcanzado s√≥lo con la m√°xima din√°mica de los electrones de GaAs, estos obst√°culos han sido vencidos. Los mercados que llevaron a los avances en el crecimiento del material y las t√©cnicas de fabricaci√≥n de semiconductores de GaAs son la industria de defensa y espaciales. Estas requirieron sistemas con circuitos de frecuencia m√°s alta para radares, comunicaciones seguras, y sensores. La madurez de GaAs condujo a la aparici√≥n de nuevos mercados, como redes locales inal√°mbricas (WLANs), sistemas de comunicaci√≥n personales (PCSs), el sat√©lite de difusi√≥n directa (DBS) la transmisi√≥n y la recepci√≥n por el consumidor, sistemas de posicionamiento global (GPS) y la comunicaci√≥n global celular. Estos mercados comerciales requirieron la introducci√≥n de tecnolog√≠a basada en GaAs para encontrar utilidades a los sistemas que no eran alcanzables con el silicio y el germanio. Una desventaja del GaAs es el coste y la disponibilidad respecto al silicio. Existen muchas reticencias en lo relativo al uso del GaAs como pueden ser: -El entendimiento de los mecanismos a la hora de implementar sistemas de silicio es m√°s sencillo -El coste del GaAs es mucho m√°s elevado que el del silicio -El uso del silicio en sistemas de baja frecuencia, y en sistemas de integraci√≥n a gran escala ha desarrollado t√©cnicas muy fuertes para producci√≥n industrial. Sin embargo cuando el coste de fabricaci√≥n es comparado al funcionamiento, el valor a√Īadido al sistema al usar tecnolog√≠a GaAs en la mayor√≠a de los casos justifica los pagos producidos por el aumento del coste de fabricaci√≥n. Al tiempo que WLAN, PCS, DBS, el GPS, y mercados celulares crecen, el coste para fabricar GaAs disminuir√°, y la duda de usar GaAs m√°s que el silicio depender√° de la capacidad de GaAs de satisfacer las necesidades t√©cnicas del mercado.

Los diodos PIN (p-type-insulator-n-type) de GaAs no estaba disponible para los dise√Īadores de MMIC. √Čsta se deb√≠a a su r√°pida velocidad de transferencia, su alto voltaje de corte y a una resistencia variable perjudicial.

Esta indisponibilidad de las regiones tipo-p del GaAs cambiaron con el GaAs HTB MMIC. Con el buen rendimiento de los HBTs, la implantación de iones tipo-p y el crecimiento MBE se están incorporando ahora a las fábricas de producción de GaAs. Mediante el uso de la capa base p+, la región colectora n-, y la capa de contacto ohmica del colector n+ del HBT, como se muestra en la figura, los MMIC con diodos PIN se pueden fabricar fácilmente en la línea de fabricación de GaAs HBT.

MMIC HBT.jpg


Tecnología de Fabricación SIGe

Tecnología SIGe 0,35 micrometros de AMS.

Es un tecnología innovadora que ofrece menos ruido que otras alternativas de silicio y rendimiento comparables a los dispositivos más caros GaAs.

Con esta nueva tecnología se aumentará enormemente la sensibilidad del sistema, y los usuarios de 3G, GPS, televisión móvil o dispositivos portátiles no sólo encontrarán funciones como la recepción de datos de alta velocidad, navegación o los servicios de televisión descritos en el manual, sino que además podrán usar esas características, incluso en condiciones difíciles, por ejemplo, en el interior de un edificio o espacios cerrados.

¬ŅCu√°les son las principales ventajas y desventajas de la tecnolog√≠a MMIC?

Posiblemente la principal ventaja de los circuitos integrados de microondas monolíticas (MMIC) para soluciones discretas sea que con esta tecnología se consigue una figura de ruido menor.Otra gran ventaja es la combinación de funciones multicircuitales sin necesidad interconexión cableada, lo que permite la producción de líneas microstrip compactas.

En la tecnolog√≠a MMIC, tanto los componentes activos como los pasivos son creados en el propio sustrato, con lo que reduce en gran medida el tama√Īo del circuito y los problemas que ten√≠a la tecnolog√≠a MIC o h√≠brida.

Sin embargo, estas soluciones discretas tienen tambi√©n sus propias desventajas, especialmente en las aplicaciones port√°tiles modernas con circuiter√≠a compactada y per√≠odos de implantaci√≥n en el mercado muy cortos. Otra desventaja es que una vez creado el circuito es muy poco ajustable, la mayor√≠a de sus caracter√≠sticas de funcionamiento no son modificables, por lo que el proceso de dise√Īo ha de ser muy exhaustivo y requiere modelos precisos de f√≠sica y qu√≠mica para elementos activos y pasivos. Dicho proceso requiere de programas software que permitan sintetizar, analizar y perfilar circuitos lineales y no lineales.

Es por eso que muchos fabricantes poseen ‚Äúbibliotecas‚ÄĚ con modelos existentes, que permiten al dise√Īador de MMIC saber la actuaci√≥n esperada por parte de un dispositivo sin tener que caracterizarlo experimentalmente.

Se podrían resumir los beneficios y mejoras de la figura de ruido con las siguientes especificaciones típicas de este tipo de circuitos integrados:

  • Mayor linealidad y bajo ruido
  • La integraci√≥n del circuito de corriente, el cual simplifica el dise√Īo de la red de acoplamiento.
  • Realimentaci√≥n interna, la cual facilita la adaptaci√≥n de impedancias a lo largo de un ancho de

banda mayor.

  • Estabilidad incondicional a lo largo de un mayor rango de frecuencias
  • El modo de ganancia FET requiere solo una toma positiva


Todos estos beneficios se traducen en un circuito compacto con un ciclo de dise√Īo menor si se compara con su aproximaci√≥n discreta, lo cual los hace m√°s apropiados para soluciones port√°tiles con limitaciones de espacio.

Las caracter√≠sticas de los sistemas que operan en las bandas de RF y Microondas pueden ser optimizadas mediante la integraci√≥n de componentes en MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuits). Es corriente usar componentes ‚Äúoff the shelf‚ÄĚ pero a costa de aumentar la complejidad y el coste del dise√Īo. El uso de componentes MMIC es un medio r√°pido y efectivo en coste. Sin embargo cuando se trata de dise√Īar MMICs a medida hay que tener en cuenta que su coste y tiempo de desarrollo son importantes por lo que solo en casos de grandes series o en aplicaciones especiales como en espacio, es aconsejable.

Mediante el uso de soluciones MMIC a medida se pueden mejorar las caracter√≠sticas del sistema, as√≠ como la funcionalidad y fiabilidad. Adem√°s se reduce el n√ļmero de componentes, el tama√Īo del circuito, peso y consumo de potencia, as√≠ como los tiempos de ensamblado.

Algunas aplicaciones de la tecnología MMIC

Amplificadores MMIC en la banda Ka de banda ancha

Los sistemas de comunicaciones que requieren grandes capacidades en la banda milim√©trica est√°n teniendo un gran desarrollo como por ejemplo los sistemas de banda ancha para la distribuci√≥n de se√Īales de v√≠deo sin cable tales como LMDS (Local Multipoint Distribution System) que operan en la banda de 28 GHz. Para satisfacer esta demanda el dise√Īo circuitos integrados monol√≠ticos de microondas (MMIC) es de gran inter√©s ya que poseen ventajas en cuanto a miniaturizaci√≥n, gran repetitividad, bajo coste en grandes producciones y mayor fiabilidad debido al reducido n√ļmero de interconexiones.

Amplificador MMIC de ganancia variable y baja distorsión

Son amplificadores utilizados sobre todo en sistemas de comunicaciones. Estos amplificadores son muy lineales, debido a su realimentación negativa y al ser creado con tecnología MMIC, las frecuencias de trabajo llegan hasta la banda Ka. Su principal ventaja es que reduce de manera efectiva el efecto del retardo de fase y los productos de intermodulación (hasta 40dB en los productos de intermodulación de 3er orden). Debido a estas características, son muy utilizados en sistemas digitales con modulaciones QAM.

Amplificadores de potencia

Debido a la divisi√≥n de potencia y a la combinaci√≥n de redes, los MMIC tienen unas p√©rdidas de 0,5-1 dB y la impedancia de entrada disminuye con el incremento del n√ļmero de puertas, el grado de divisi√≥n de potencia y de combinaciones pueden usarse para incrementar el l√≠mite del nivel de potencia.

Los amplificadores de potencia deben trabajar con potencias altas a la entrada y a la salida, y su tensi√≥n m√°xima est√° limitada por la tensi√≥n de ruptura, por lo que conviene que este valor sea alto en los transistores. Los FETs y HBTs de puerta o emisores limitar√°n la corriente en cada transistor, convirtiendo las p√©rdidas por resistividad en calor y reduciendo la fiabilidad del dispositivo. Para aumentarla, es necesario emplear puertas o emisores en paralelo para incrementar el √°rea de emisi√≥n y reducir la resistencia. Pero esto provoca que el tama√Īo del dispositivo aumente al hacer que los elementos del transistor est√©n lo suficientemente separados para que se d√© la disipaci√≥n t√©rmica adecuada.

Los amplificadores de potencia dise√Īados con varias fases (una de ellas es un transistor o una combinaci√≥n en paralelo de √©stos) permiten agrupar las limitaciones t√©rmicas y de corriente, y el voltaje de pico. El n√ļmero de fases depende de las especificaciones de ganancia y frecuencia, ya que la potencia de salida disminuye con el aumento de frecuencia.

Los dispositivos pasivos y activos de microondas suelen derivar de la medida de par√°metros S en un analizador vectorial. Estos modelos son buenos para circuitos de baja potencia, pero los transistores exhiben una cierta falta de linealidad, por lo que hay que realizar dise√Īos no lineales para dise√Īos de alta potencia. Adem√°s, esta no linealidad provoca distorsi√≥n de intermodulaci√≥n (IMD), medida en dB, que es la potencia en frecuencias distintas a la de entrada: 2fRF, 3fRF, etc. Hay que tener en cuenta estas frecuencias para evitar problemas con el circuito.

Los amplificadores de potencia, adem√°s, se pueden dividir en varias clases:

Etapa clase A: El dispositivo se polariza en una zona de respuesta lineal, con capacidad de responder a se√Īales de cualquier polaridad. Su principal ventaja es que sigue un modelo de amplificador lineal convencional. Su desventaja es que a√ļn con se√Īal nula disipa una cantidad considerable de potencia.

Etapa clase B: El dispositivo se polariza en el extremo de la zona de respuesta lineal, y en consecuencia s√≥lo tiene capacidad de responder a se√Īales con una determinada polaridad. En estas etapas no se produce disipaci√≥n de potencia cuando la se√Īal es nula, pero requiere la utilizaci√≥n de etapas complementarias para pode generar una respuesta bipolar.

Etapa clase AB: El dispositivo se polariza en la zona lineal pero en un punto muy pr√≥ximo al extremo de respuesta lineal. Esta configuraci√≥n es una variante de la etapa de tipo B en la que se sacrifica la disipaci√≥n de una peque√Īa cantidad de potencia cuando opera sin se√Īal, a cambio de evitar la zona muerta de respuesta.

Etapa clase C: El dispositivo se polariza en zona de respuesta no lineal, de forma que los dispositivos activos s√≥lo conducen en una fracci√≥n reducida del periodo de la se√Īal. De esta forma se consiguen rendimientos m√°ximos, aunque se necesitan elementos reactivos que acumulen la energ√≠a durante la conducci√≥n y la liberen en el resto del ciclo en el que el dispositivo no conduce. Se puede utilizar para amplificar se√Īales de banda muy estrecha.

Amplificadores de bajo ruido

La funci√≥n principal de un amplificador de bajo ruido (LNA) es la de amplificar se√Īales extremadamente peque√Īas tratando de a√Īadir la menor cantidad de ruido posible, esto es, preservando el nivel de relaci√≥n se√Īal a ruido (SNR) del sistema.

Para su dise√Īo se debe tener en cuenta la ganancia disponible en cada transistor en funci√≥n de su tama√Īo y del punto de polarizaci√≥n, en cuanto a su actuaci√≥n, el criterio m√°s importante ser√° la figura de ruido. Para conseguir una figura baja, se emplean transistores HEMTs y PHEMTs, y para minimizar dicha figura se utilizan adem√°s puertas peque√Īas, incluyendo puertas par√°sitas (de 0,1 a 0,25 mm).

Para reducir la figura de ruido del sistema es importante reducir las pérdidas de circuito, especialmente antes de la primera parte del amplificador de ruido bajo. También se puede minimizar reduciendo los valores de ruptura de temperatura, corriente y tensión, ya que los problemas térmicos, así como las corrientes y voltajes de ruptura que afectan al amplificador de potencia no afectan al amplificador de bajo ruido, al ser de menor potencia. Por tanto la minimización de la figura de ruido maximiza la ganancia.

Mezcladores

El mezclador convierte la se√Īal de entrada con una frecuencia en una se√Īal de salida con frecuencia distinta que permita el filtrado, el desfasaje y otras operaciones de procesamiento de datos en los circuitos. Idealmente, esta operaci√≥n no afectar√≠a a la amplitud de la se√Īa ni introducir√≠a ruido.

La conversión de frecuencia se consigue con dispositivos con características no lineales de corriente y tensión. En un principio, estos mezcladores eran creados usando diodos, pero actualmente se emplean MESFETs, HEMTs, y PHEMTs.

En el caso de los mezcladores con diodos, si dos se√Īales de tensi√≥n, llamadas LO y RF, se colocan en los terminales del diodo, se obtendr√° una frecuencia igual a la diferencia de las de cada se√Īal llamada frecuencia inmediata (IF).

Para mejorar la actuaci√≥n del sistema, es necesario eliminar el ruido y los arm√≥nicos, que crean distrosiones, de las se√Īales RF y LO. Los circuitos m√°s complejos permiten cancelar las componentes de frecuencia no deseadas y ayudan a eliminar el ruido variando la amplitud de la se√Īal LO. Como inconveniente, se requiere mayor potencia LO, que es dif√≠cil de obtener a altas frecuencias.

Osciladores

Para minimizar el ruido de fase, se requiere resonantes de alta-Q que fijen la frecuencia de oscilación aportando un coeficiente de reflexión mayor que en un ancho de banda muy estrecho y se requiere transistores con bajo ruido 1/f. En los MMICs el desarrollo de los resonadores de alta-Q es el más difícil de obtener de los elementos desde la película estrecha en sustratos finos de GaAs teniendo una alta pérdida de conducción. Los HBTs tienen un bajo ruido 1/f y son usados frecuentemente como osciladores. Los cambios de temperatura pueden producir cambios en las características del transistor y causar cambios en la frecuencia de oscilación o incluso detener la oscilación. La compensación de temperaturas se puede realizar a través de diodos varactores o de elementos controlables con sensores y circuitos de control.

Desplazadores de fase (Phase Shifter)

Los desplazadores de fase son usados para comunicar un cambio repetible y controlable de fase en la se√Īal de microondas sin que tenga repercusi√≥n en la amplitud de la se√Īal. Adem√°s se suelen usar con arrays de antenas en fase, donde se usan para controlar la forma y la direcci√≥n del haz, tambi√©n se usan en sistemas de comunicaci√≥n, en sistemas r√°dar y en instrumentaci√≥n de microondas. Se suelen usar dos m√©todos para el cambio de fase en MMICs. El primer m√©todo conmuta la se√Īal entre una longitud corta y una larga de la l√≠nea de transmisi√≥n para mejorar el desplazamiento de fase de ő≤¬∑l donde ő≤ es la constante de propagaci√≥n de la l√≠nea de transmisi√≥n y l es el diferencial de longitud de la l√≠nea de transmisi√≥n. A este tipo de desplazador de fase se le llama switched-line phaser shifter. El segundo m√©todo cambia la reactancia de la l√≠neas de transmisi√≥n, por lo que los cambios en la propagaci√≥n son constantes a lo largo de la l√≠nea. La implementaci√≥n de MMIC desplazador de fase es caracterizada como tipo de reflexi√≥n o como tipo de transmisi√≥n. Hay tres implementaciones que se usan com√ļnmente: pareado h√≠brido, l√≠nea cargada y l√≠nea conmutada.

Encapsulado

El encapsulado sirve para integrar el conjunto de componentes que componen el MMIC de forma que se reduzca al m√≠nimo el tama√Īo, el coste, la masa y la complejidad; se proporcione interfaces el√©ctricos y t√©rmicos entre el MMIC y el exterior y se asegure la fiabilidad de los componentes individuales y la del MMIC en conjunto. En resumen, las funciones del encapsulado son proporcionar soporte f√≠sico, proporcionar protecci√≥n mec√°nica (ara√Īazos, aceleraciones bruscas, etc.), proporcionar protecci√≥n del ambiente (part√≠culas, radiaci√≥n, humedad, etc.), proporcionar distribuci√≥n de energ√≠a y de la se√Īal y estabilizar t√©rmicamente el conjunto.

Los encapsulados se pueden dividir en los siguientes grupos b√°sicos.

Encapsulado flip-chip

El an√°lisis de elementos finitos y los estudios experimentales han demostrado que los chips de gran longitud y peque√Īa altura tienden a fallar m√°s r√°pidamente que los menos largos y m√°s altos. La fiabilidad de estos flip-chip est√° determinada por el coeficiente de expansi√≥n t√©rmica (CTE) entre el chip y el sustrato cer√°mico o el circuito org√°nico. La diferencia induce tensiones mec√°nicas y t√©rmicas muy grandes, especialmente en las juntas, donde la distancia es la mayor desde la distancia del punto neutral (DNP) del chip. Esta tensi√≥n provoca la aparici√≥n de fisuras en las juntas, incrementando la resistencia de contacto, inhibiendo el flujo de corriente y llevando al fallo el√©ctrico del chip. Por tanto, la desventaja de elegir una altura mayor consiste en introducir una inductancia en serie que degrada la actuaci√≥n en alta frecuencia e incrementa la resistencia t√©rmica desde el MMIC hasta el portador.

Para mejorar la fiabilidad, se aplica el encapsulado cerca del chip y se conduce por acción capilar en el espacio entre el chip y su portador.

Para compensar la tensión producida, es necesario que haya una buena adherencia entre el material de relleno, el portador y la superficie del chip. Para evitar pérdida de adherencia, se requiere un proceso de ensamblado flip-chip sin flujos. Esto es posible con portadores cerámicos con oro, plata y películas gruesas de paladio-plata y a través de metalización.

Es deseable que no haya bolsas de aire ni vac√≠o, especialmente estos √ļltimos al producir una tensi√≥n a√ļn mayor. Por ello, tras el ensamblaje se realiza una revisi√≥n ac√ļstica microsc√≥pica para localizar estos vac√≠os. El encapsulado tambi√©n debe ser revisado para buscar microfisuras o fallos de la superficie, que tienen a propagarse en los ciclos t√©rmicos, llevando al mal funcionamiento del chip.

Encapsulado de multichip módulo-dieléctrico

Los pol√≠meros y los pol√≠midos son los materiales m√°s usados al crear encapsulado de multichip m√≥dulo-diel√©ctrico (MCM-D). Estos materiales absorben humedad en distinto grado. Los materiales con la menor absorci√≥n de humedad contienen un 0,5% de agua, mientras que otros tienen hasta un 4%. Las pruebas de longevidad en estructuras troqueladas con aluminio con varios pol√≠meros mostraron fallos en la interacci√≥n entre el aluminio y el agua. Para pol√≠midos, la vida media de la estructura de Al se sit√ļa entre 385 y 6950 horas, a 121 ¬įC y 99,6% de humedad relativa y a 85 ¬įC y 85% de humedad relativa respectivamente. La pasivaci√≥n incrementa esta vida √ļtil y no es da√Īada por el uso de cubierta hecha de pol√≠mero. Por tanto, la pasivaci√≥n en el troquelado reduce los fallos por humedad y las cubiertas de pol√≠mero no son sustitutos para el encapsulado herm√©tico.

El uso de pol√≠mero en el sustrato provoca en la interfaz una serie de tensiones debidas a diferencias de CTE entre los materiales, superando incluso la temperatura ambiente, llegando hasta los 300 ¬įC de temperatura de proceso. La optimizaci√≥n del proceso puede minimizar este efecto negativo. Como las dificultades est√°n relacionadas tanto con la diferencia de CTE como con el grosor del pol√≠mero o pol√≠mido usado, se recomienda que la base cer√°mica sea 20 veces m√°s gruesa (en semiconductores es mayor).

El sistema de metal usado en MCM-D debe ser optimizado. Normalmente se usa cobre (Cu) en todas las l√≠neas DC y RF debido a su bajo coste y alta conductividad el√©ctrica. Pero el cobre se difunde r√°pidamente en el pol√≠mido. Este proceso depende de la temperatura y a temperaturas de menos de 185 ¬įC se da esto para el cobre. A mayor temperatura, se observar√° que la anchura de la l√≠nea se reduce a√ļn m√°s. El peor caso se da si la l√≠nea de Cu est√° justo encima de la superficie del pol√≠mero. Tambi√©n hay que destacar la falta de adhesi√≥n del cobre al pol√≠mero. Para minimizar estos problemas se utiliza Cr, Au o Ti como barrera de difusi√≥n entre el cobre y el pol√≠mido, aunque en el caso del cromo las propiedades mec√°nicas son bastante peores.

Los huecos-v√≠a sirven para realizar una mayor cantidad de conexiones entre niveles. Estos huecos pueden hacerse con l√°ser o ataques con √°cido en ambientes h√ļmedos o secos.

En muchos procesos de fabricación se observa que los polímeros se conectan sobre los MMICs y otros chips que han de interconectarse. Aunque sean finos, estos polímeros afectan a la actuación en microondas del MMIC, ya que aumentará la capacitancia de línea, reduciendo la longitud de onda guiada.

Encapsulado pl√°stico

Durante el proceso de soldado a altas temperaturas se observ√≥ que la humedad presente en un encapsulado pl√°stico puede evaporarse r√°pidamente y crear presi√≥n en el encapsulado, provocando fisuras. Estos efectos son m√°s pronunciados si el encapsulado es mayor que el 0,23% de la humedad absorbida antes de la soldadura. La diferencia de CTE en los componentes del encapsulado tambi√©n provoca tensi√≥n, combin√°ndose con la presi√≥n anterior y aumentando el tama√Īo y n√ļmero de fisuras.

Las siguientes recomendaciones permitir√°n un da√Īo m√≠nimo por humedad:

(1) Completar el ensamblaje a la palca una semana despu√©s de retirar los componentes de sus envoltorios secos, siempre que las condiciones ambientales no superen los 30 ¬įC ni el 60% de humedad relativa.

(2) Una semana despu√©s, proceder a la cocci√≥n (12 horas a 115 ¬įC) que gradualmente eliminar√° la humedad.

Encapsulado de resonancia y escape de campo

La actuación del encapsulado MMIC empeora por acción de resonancias de anillo (que se da cuando los campos electromagnéticos se acoplan a la cerámica del encapsulado) y de cavidad (que se dan cuando el volumen encerrado por el encapsulado se comporta como una cavidad metálica). Estas resonancias se observan como picos largos en la comparación de pérdidas de inserción y frecuencia en el marco del encapsulado.

Las resonancias de anillo pueden eliminarse fabricando el marco a partir de un metal. Ya que muchos dise√Īos de marcos met√°licos son dif√≠ciles de fabricar, se utilizan soluciones de menor coste, como fabricar a partir de un material cer√°mico (al√ļmina). Se colocan varias l√°minas finas de cer√°mica verde para formar un marco que es posteriormente metalizado y a√Īadido a la base met√°lica. Adem√°s de ser m√°s barato, este m√©todo asegurar que el marco quede unido a la base met√°lica, reduciendo el acoplamiento.

Las resonancias de cavidad se predicen a partir de un modelo donde se consideran la longitud, anchura y altura de la cavidad (L, W y H respectivamente). La plancha de dieléctrico es de grosor d y permitividad relativa Er. La cavidad está excitada por una línea microscópica de entrada y salida.

Fiabilidad

La fiabilidad se define como la probabilidad de que un elemento realice una funci√≥n requerida bajo unas determinadas condiciones y durante un determinado per√≠odo. La fiabilidad la podemos expresar como una distribuci√≥n de probabilidad. Hay muchos factores que influyen en la fiabilidad de un producto, como pueden ser el dise√Īo, la producci√≥n, aplicaciones eventuales, la aparici√≥n del factor humano en pasos de la cadena de producci√≥n‚Ķ

Incidentes

La definición de un incidente es una parte importante a la hora de estudiar la fiabilidad en sistemas semiconductores, los clasificamos en 2 grupos:

  • incidentes por degradaci√≥n, donde alguna propiedad de alg√ļn componente se encuentra muy lejos del valor que deber√≠a tener para su buen funcionamiento.
  • incidentes catastr√≥ficos:fin del ciclo de vida de alg√ļn componente o completa destrucci√≥n del mismo.

Incidentes Físicos

Los elementos que nos limitan en este sentido suelen ser los elementos activos (como los FET). Uno de los factores limitantes en fiabilidad suele ser la resistencia ohmica de los contactos de los FET, pero el factor más importante es el relacionado con el canal del FET. Otro de los factores limitantes en los dispositivos GaAs suele ser la migración metálica (movimiento del metal en el conductor causado por el flujo de corriente) el efecto del scattering metálico empuja los átomos en dirección del flujo. Así el metal puede ser eliminado de una zona y acumulado en otra, esto produce en la zona de acumulación que se reduzca la sección del área del conductor, lo que aumenta la densidad de corriente pudiendo llegar a quemar el dispositivo. Esta es la principal razón para la limitación de corriente en dispositivos MMIC. Aparte de estos factores, pueden darse otros si no prestamos la suficiente atención a la hora de la fabricación de los dispositivos MMIC. Tomando las suficientes precauciones el tiempo de vida de un dispositivo MMIC suele rondar las 1000000 horas a temperaturas de operación normales.

Incidentes por Radiación

La habilidad de los sistemas GaAs para soportar radiaciones es muy importante tanto en sistemas militares como espaciales. Los objetos en la órbita terrestre están sometidos a radiaciones. La dosis acumulada a lo largo del tiempo es bastante considerable, pero el blindaje de los dispositivos espaciales debe ser el mínimo por consideraciones obvias de peso y costes. Muchas aplicaciones militares han de soportar grandes dosis de radiación causada por explosiones nucleares. Los dispositivos GaAs generalmente soportan mucho mejor las radiaciones que los basados en silicio.

Fiabilidad de los sistemas GaAs

Para el estudio de la fiabilidad se exponen los sistemas a altas temperaturas, acelerando as√≠ el proceso de observaci√≥n de incidentes, es una t√©cnica conocida como testeo acelerado que usa la ecuaci√≥n de Arrhenius, y es muy usada en la industria semiconductora. Para un buen testeo acelerado, es necesario conocer la temperatura del dispositivo. Los dispositivos MMIC con elementos activos como los FET generalmente tienen √°reas m√°s calientes que otras. Las resistencias pueden ser tambi√©n puntos significativamente m√°s calientes que las porciones colindantes en el chip. Los cambios f√≠sicos y qu√≠micos que producen los incidentes suelen producirse en estos puntos calientes. Por eso es necesario monitorizar estas zonas, comprobando su temperatura. El GaAs es relativamente un mal conductor t√©rmico, su conducci√≥n t√©rmica es aproximadamente 1/3 de la del Si. Por otra parte las partes activas de los dispositivos GaAs como los canales de los FET son tambi√©n muy peque√Īas. Estos dos factores significan que las √°reas activas de los dispositivos GaAs est√°n mucho m√°s calientes que las √°reas que las rodean, y que esta temperatura es superior a la temperatura ambiente. La conductividad t√©rmica del GaAs decrece seg√ļn se incrementa la temperatura. Esto significa que seg√ļn la temperatura ambiente es aumenta, las diferencias de temperatura entre las √°reas dentro del chip son mayores tambi√©n. La temperatura en los dispositivos activos dentro del chip est√° caracterizada por la resistencia t√©rmica. La resistencia t√©rmica se define como la diferencia en temperatura entre el punto m√°s caliente y alg√ļn punto de referencia (que generalmente es la temperatura ambiente) dividida por la potencia disipada por el dispositivo, y se mide en ¬įC/W. N√≥tese que la resistencia t√©rmica variar√° con el tama√Īo de dispositivo. Dado que la mayor√≠a de las incidencias tienen lugar en el canal de los FET, la mayor√≠a de los test est√°n referenciados a la temperatura del canal.

Fallos que afectan a los dispositivos MMIC

La mayoría de los fallos que pueden afectar a los dispositivos se catalogan en dos categorías: catastróficos y no catastróficos. Estos fallos afectan de igual manera a la fiabilidad y al rendimiento.

Efectos generales en los MMIC

Estos fallos vienen dados por la degradaci√≥n en los par√°metros caracter√≠sticos de los dispositivos. Su gravedad ser√° determinada por el dise√Īo y la funci√≥n que desarrolla el MMIC afectado, adem√°s de la gravedad de la degradaci√≥n.

FallosComunesMMIC.JPG

Fuentes de error en los MMIC

Responsabilidades generales de fallos mecánicos por categorías.

Los fallos en los mecanismos con semiconductores se dividen en cuatro categorías generales:

  • Inducci√≥n-Interacci√≥n-Materiales de los Mecanismos
  • Estr√©s inducido en los Mecanismos
  • Fallos inducidos Mec√°nicamente
  • Fallos inducidos por el Medio Ambiente

La primera categoría la podemos subdividir en dos subcategorías:

  • Desfallecimiento de los materiales semiconductores y las interacciones met√°licas.
  • Desfallecimiento del encapsulado e interconexiones.

Los fallos por estr√©s debidos a un pobre dise√Īo o dispositivos descuidados. La mayor√≠a de los fallos en MMIC son derivados de la sucesi√≥n de varios incidentes de las categor√≠as anteriores.

Fallos de Materiales-Inducidos-Interacciones

Los procesos que involucran interfaces de metales semiconductores y que no est√°n dise√Īados o/y aplicados adecuadamente pueden producir una degradaci√≥n del dispositivo hasta el fallo del mismo.

  • Hundimiento de Puerta: Se produce cuando los materiales o el proceso de creaci√≥n de la capa barrera son de mala manufacturaci√≥n. Permitiendo una r√°pida difusi√≥n dentro de la capa barrera. Este mecanismo es observado despu√©s de la exposici√≥n a una prueba de aceleraci√≥n de la vida o el funcionamiento a temperaturas elevadas, el factor impulsor de este mecanismo es la difusi√≥n t√©rmica acelerada de Au en GaAs. La estructura de la puerta de metalizaci√≥n consta de tres capas. El primer contacto con la capa de GaAs es una fina capa de Ti utilizados principalmente para la adhesi√≥n. La segunda capa es Pd o Pt. Esta capa se utiliza como una barrera Au a la difusi√≥n en GaAs. La √ļltima capa es espesa Au utilizada para la conducci√≥n. La tasa de Au en la difusi√≥n de la puerta de metal de GaAs es una funci√≥n de la difusividad del material de la puerta de metal, la temperatura, y el gradiente de concentraci√≥n de materiales.
  • Degradaci√≥n del Contacto √ďhmico: En este caso la degradaci√≥n de los materiales de la capa barrera produce una variaci√≥n en la resistencia de contacto. Produciendo variaciones entre 0,5 eV y 1,8 eV. La comprensi√≥n general de contactos √≥hmicos atribuye la degradaci√≥n a lo siguiente:
  1. Difusión Ga  en la capa de Au, lo que crea una región defecto-rica de alta resistividad debajo del contacto.
  2. Difusión de Au y Ni en el GaAs, lo que puede causar una reducción en la concentración contra el dopaje en el canal activo del dispositivo .
  3. La formación de fases  intermetálicas  tales como AuGa y Ni2AsGe como resultado del proceso de aleación.


  • Degradaci√≥n del Canal: Se atribuye a cambios en la calidad y la pureza de la zona de canales activos y una reducci√≥n en la concentraci√≥n por debajo de la puerta Schottky . Estos cambios han sido postulados para ser el resultado de la difusi√≥n de dopante del canal o la difusi√≥n de la impurezas o defectos del substrato del canal.
  • Efectos de Estado de Superficie: El rendimiento depende de la limpieza de la superficie de los materiales y procedimientos, del m√©todo y las condiciones de deposici√≥n, adem√°s de la composici√≥n de la capa de pasivaci√≥n. Si estas condiciones no alcanzan los niveles √≥ptimos se produce un aumento de la densidad de superficie de estado reduciendo el efecto el√©ctrico de la regi√≥n drenador.

Fallos por estrés inducido

Todo dispositivo en funcionamiento esta sujeto a unas ciertas condiciones de estr√©s. Si estas condiciones son elevadas o inadecuadas para su dise√Īo y funcionamiento pueden conllevar a fallos catastr√≥ficos.

  • Electromigraci√≥n: Es el movimiento de los √°tomos de metal a lo largo de una tira metalizada debido al impulso producido por el intercambio de electrones. Esto depender√° de la temperatura y el n√ļmero de electrones que participen en el proceso. Este movimiento puede provocar la acumulaci√≥n de material y la formaci√≥n de vac√≠os perpendiculares en la fuente y oteros en la zona del drenador, provocando cortocircuitos o fallos catastr√≥ficos.
  • Agotamiento: Es el aumento localizado de la disipaci√≥n de energ√≠a. Hay dos tipos de agotamiento:

Instant√°neo: Causado por eventos s√ļbitos tales como las descargas electrost√°ticas (ESD), el√©ctricas overstress (EOS) y los picos RF. Est√°n relacionados con la robustez del dise√Īo y los materiales.

A largo plazo: Debido a la degradación de los parámetros a largo plazo por el envejecimiento de los materiales. Uno de los factores que pueden contribuir a esta condición de los efectos superficiales, como la oxidación reducción de GaAs y el recocido de los estados de superficie, puede causar un aumento de la corriente de fuga y reducir el desglose de tensión.

  • Captura de Electrones Sobreexcitados: Cuando se trabaja en busca de la m√°xima potencia o rendimiento se puede producir una sobreexcitaci√≥n de los electrones. La captura de estos electrones sobreexcitados conlleva una variaci√≥n y degradaci√≥n del umbral de tensi√≥n. Con capacidades de modelado de dispositivo y la utilizaci√≥n de nuevas t√©cnicas de medici√≥n, es posible optimizar sin muchas iteraciones. Mejora de la Si3N4 como una superficie de pasivaci√≥n es otro claro enfoque para limitar el efecto descrito. Sin embargo, la pasivaci√≥n perfecta de la superficie GaAs todav√≠a no se ha encontrado. Otros enfoques, tales como limitar la tensi√≥n de funcionamiento e incluir en la regi√≥n de drenador dopajes bajos son comunes en un MOSFET.
  • Estr√©s El√©ctrico: Es debido a un funcionamiento o utilizaci√≥n inadecuada del dispositivo, llevando a una degradaci√≥n acelerada que desemboca en errores catastr√≥ficos. Tambi√©n puede ser por una inadecuada protecci√≥n del dispositivo ante descargas electrost√°ticas (ESD). La alta densidad de corriente causada por la ESD puede provocar calentamiento localizado en la interfaz principal metal-semiconductor a la difusi√≥n Ga en la metalizaci√≥n y difusi√≥n Au en GaAs. Los elementos pasivos MMIC, tales como condensadores, resistencias, e interconexiones met√°licas, tambi√©n pueden exponer los efectos perjudiciales de la ESD.

Fallos Inducidos Mec√°nicamente

  • Fractura del Troquelado: La diferencia de coeficientes termales de expansi√≥n (CTE), el portador o el sustrato en el encapsulado puede producir fracturas en el troquelado durante el ciclo de temperatura. Las grietas de superficie tambi√©n pueden derivarse de una inadecuada operaci√≥n de corte, o de una inadecuada t√©cnica de montaje. Las grietas y fracturas cerca de una regi√≥n activa del dispositivo pueden dan lugar a cambios del umbral de voltaje y el rendimiento general del dispositivo de degradaci√≥n. Un aumento en la corriente de fuga en ese lugar puede resultar en una condici√≥n t√©rmica y, en √ļltima instancia, fallo catastr√≥fico de los dispositivos.
  • Huecos en el Troquelado: La presencia de huecos en las bornas del troquelado pueden inducir alta potencia longitudinal en su ciclo de temperatura. La propagaci√≥n de estos huecos puede desembocar en la determinaci√≥n e interrupci√≥n de la v√≠a t√©rmica. Rara vez se observa el troquelado del encapsulado o substrato debido a propagaci√≥n en el vac√≠o. Aunque los huecos pueden formar a partir de una serie de fuentes, el control de procesos puede limitar los efectos a un nivel aceptable. El encapsulado o construcci√≥n del substrato, las propiedades f√≠sicas, la limpieza y m√©todos de aplicaci√≥n, y la nula concentraci√≥n y la ubicaci√≥n determinan el efecto de los huecos en el dispositivo.


Fallos Inducidos por el Medio Ambiente

Todos los dispositivos dependen de las condiciones medioambientales en las que trabajan. Esto afectar√° a su estabilidad y rendimiento. Algunos ejemplos son:

  • Humedad: Acelera la aparici√≥n de fallos mec√°nicos y se da en los dispositivos empaquetados de GaAs no herm√©ticos con envases cerrados o de pl√°stico. La corrosi√≥n an√≥dica de oro es el principal culpable de los fallos en el dispositivo de GaAs en ambientes con humedad alta, al detectarse hidr√≥xido de oro. En estas condiciones, tambi√©n se han observado la disoluci√≥n de As y el crecimiento de filamentos Ni a lo largo de la direcci√≥n del campo el√©ctrico de contactos √≥hmicos adyacentes a la puerta.
  • Efectos del Hidr√≥geno: Produce degradaciones de IDDS, VP, gm y POUT. Se da en recipientes encapsulados herm√©ticamente en condiciones de hidr√≥geno. Se cree que el hidr√≥geno at√≥mico se difunde en los canales de GaAs y formas Si-H, neutralizando los donantes, lo que puede reducir la concentraci√≥n de portadores en el canal, que, a su vez, puede disminuir la fuga de corriente, transconductancia y la ganancia del dispositivo. Algunas de las posibles soluciones incluyen tratamiento t√©rmico de los materiales de empaquetado para reducir la cantidad de hidr√≥geno a partir del empaquetado herm√©tico, y el uso de barreras materiales que no contengan las estructuras Pt / Ti o Pd / Ti . Estas soluciones tienen limitaciones y los posibles problemas de inestabilidad que deben ser plenamente corregidos antes de su aplicaci√≥n en entornos de alta fiabilidad.
  • Contaminaci√≥n I√≥nica: Puede producir cambios en la concentraci√≥n umbral y esto en cambios de voltaje. La contaminaci√≥n i√≥nica puede ocurrir durante el proceso, el empaquetamiento, la interconexi√≥n y el funcionamiento en un lugar desprotegido. La preparaci√≥n de la superficie y la limpieza, la caracterizaci√≥n y control de materiales y entornos, y la protecci√≥n (pasivaci√≥n) de la zona activa de los dispositivos puede reducir o eliminar algunos fallos relacionados de la contaminaci√≥n i√≥nica. El horneado y la exposici√≥n a altas temperaturas durante la combusti√≥n en dichas medidas han resultado ser eficaces como m√©todos de detecci√≥n de problemas de contaminaci√≥n i√≥nica.

Metodolog√≠a de dise√Īo y verificaci√≥n de MMIC

Este cap√≠tulo describe los aspectos generales del dise√Īo de un MMIC.

Documentación

En general, la documentación disponible debería proveer al cliente interesado de una descripción de los instrumentos de CAD, los pasos de proceso , y métodos de evaluación usados en el proceso de creación. Una documentación típica puede incluir:

  • Las capacidades de procesamiento de un conductor
  • Dise√Īo, normativa a seguir y herramientas para el layout
  • Librer√≠as disponibles
  • Herramientas de simulaci√≥n disponibles
  • Dispositivos disponibles y modelos de los diferentes elementos del circuito
  • Diagrama de flujo
  • Verificaci√≥n y revisi√≥n
  • M√©todos de evaluaci√≥n.

Simulación del MMIC

La simulaci√≥n del circuito es un paso esencial en el dise√Īo y fabricaci√≥n de MMICs con prop√≥sito de producci√≥n. Una simulaci√≥n puede dar una primera aproximaci√≥n del circuito funcional realizado bajo unas condiciones de entrada y salida. Actualmente la mayor√≠a de los simuladores incluyen herramientas de optimizaci√≥n que reducen en gran medida el tiempo de dise√Īo e incrementa la probabilidad de √©xito. Adem√°s la mejora de procesamiento de los ordenadores los recientes avances en desarrollo software y nuevas t√©cnicas software han dado lugar a herramientas de dise√Īo interactivas muy avanzadas.

El desarrollo de un software comercial que integra los diferentes estados de desarrollo de un MMIC como el esquema, capturas de datos, simulación layout, han sido el resultado de los recientes avances tecnológicos de MMIC CAD motivados por las necesidades del mercado. Algunas herramientas de simulación:

  • Compact Software‚Äôs Microwave Harmonica (r) es bastante utilizado para el dise√Īo de MMICs de GaAs. Sirve en simulaciones de circuitos de microondas tanto lineales como no lineales, simul√°ndolos con modelos de elementos distribuidos. Los circuitos no lineales se simulan usando t√©cnicas de equilibrado arm√≥nico en la interfaz entre las partes lineal y no lineal del circuito. Este simulador tambi√©n ofrece optimizaci√≥n, an√°lisis estad√≠stico y s√≠ntesis de tensi√≥n, adem√°s de an√°lisis y optimizaci√≥n de oscilador y ruido de fase.
  • The Compact Software Microwave Explorer (r) es una herramienta de an√°lisis electromagn√©tico en 3-D empleada para simular estructuras pasivas planares en medios abiertos y encapsulados. Se introducen los circuitos con un editor de pol√≠gonos integrados. Este paquete incluye una interfaz de gr√°ficos para la visualizaci√≥n de cartas de Smith, gr√°ficas rectangulares y de distribuci√≥n de corriente.
  • The Compact Microwave Success (r) es un simulador de bloques que permite examinar informaci√≥n como par√°metros S y par√°metros de ruido en componentes de radiofrecuencia y microondas. Este programa permite trabajar con mezcladores, filtros, antenas y amplificadores. El paquete tambi√©n generar√° los datos en diversos formatos est√°ndar, ofrecer an√°lisis de temperatura, frecuencia, potencia y otras variables definidas por el usuario.
  • HP EEsof‚Äôs Libra (r) es otra herramienta de dise√Īo y simulaci√≥n empleada en MMICs de GaAs lineales y no lineales. Realiza simulaciones en el domino de la frecuencia usando modelos de elementos utilizados en circuitos de microondas. Los circuitos no lineales se simulan con t√©cnicas de equilibrado de arm√≥nicos. Libra Design Suite (r) es una herramienta de simulaci√≥n y trazado desarrollado para el dise√Īo de RF y microondas.
  • Series IV Project Design Environment (r) es un medio de dise√Īo gr√°fico. Permite el dise√Īo, simulaci√≥n, trazado y documentaci√≥n de sistemas y circuitos de alta frecuencia. Este paquete contiene capacidad de captura de esquemas, simulaci√≥n en alta frecuencia, simulaci√≥n electromagn√©tica, simulaci√≥n de sistemas, trazado de circuitos y una recopilaci√≥n de bibiliotecas de dise√Īo y varias herramientas y enlaces de terceros.
  • Microwave Design System (r), de HP/EEsof, se basa en UNIX y sirve para el dise√Īo de circuitos y sistemas de alta frecuencia. Permite simulaci√≥n lineal y no lineal, an√°lisis de sensibilidad, adem√°s de captura de dise√Īo y trazado de circuitos.
  • Mathematica (r) es un software interactivo para la resoluci√≥n de problemas matem√°ticos complejos que permite desarrollar modelos matem√°ticos de sistemas y componentes de microondas.
  • Microwave Spice (r) es un simulador en dominio del tiempo parecido al Berkeley Spice (r). Incluye muchos efectos y componentes de microondas, √ļtiles en el dise√Īo de MMICs, sobre todo en el dise√Īo de osciladores de microondas.

Existen muchos m√°s en el mercado dependiendo de las necesidades de dise√Īo que requiera el MMIC. As√≠, las herramientas de simulaci√≥n electromagn√©tica pueden emplearse junto a simuladores en domino del tiempo o de la frecuencia o como simuladores de EM indpendientes, como Ansoft Maxwell Eminence (r), un simulador en 3-D. Otro ejemplo es Sonnet (r), capaz de aceptar entradas en los formatos de GDSII, HP/EEsof, Cadence, y AutoCAD. Las salidas obtenidas son par√°metros S, distribuciones de corrientes y patrones de radiaci√≥n.


Metodolog√≠a t√≠pica del dise√Īo

En el mercado competitivo, la reducci√≥n de coste en todas las etapas de dise√Īo, fabricaci√≥n, y de evaluaci√≥n tienen suma importancia. El empleo de simulaci√≥n de CAD y herramientas de dise√Īo juega un papel principal en el √©xito y producci√≥n de un dise√Īo de MMIC

El dise√Īo de un MMIC implica dos etapas cr√≠ticas: la especificaci√≥n de funcionamiento, el dise√Īo del circuito y la simulaci√≥n. Otras funciones como la fabricaci√≥n y el testeo tambi√©n deben considerase durante las etapas de dise√Īo hasta llegar a un producto manufacturable con la alta prestaci√≥n y el funcionamiento deseado.

Etapas:

  • Requerimientos del cliente.
  • Estudio de las diferentes tecnolog√≠as para el proceso de dise√Īo
  • Disponibilidad de elementos para el dise√Īo.
  • Coste y compensaci√≥n de funcionamiento.

Modelado de dispositivos

Es sumamente importante completar el modelado de dispositivo MMIC y la simulaci√≥n antes de la fabricaci√≥n porque la tecnolog√≠a y el dise√Īo iterativo son caros y la tecnolog√≠a a menudo no permite a la sinton√≠a de post-fabricaci√≥n. Por lo tanto, la exactitud del modelado es una parte esencial para tener √©xito en el dise√Īo. El modelado de dispositivo es √ļtil no s√≥lo en el dise√Īo, sino tambi√©n en el control de producci√≥n, y el an√°lisis de la productividad y rendimiento.

Para el estudio de este apartado veremos: los diferentes tipos de modelos, circuitos equivalentes, el enfoque al modelado, el software de modelado disponible en el comercio, o la sensibilidad de los modelos.

Aunque el contenido acent√ļe MESFETS, la metodolog√≠a usada puede ser aplicada a otros dispositivos MMIC, como HEMTS, HBTs, y diodos.


Tipos de modelos

Un modelo de dispositivo puede estar compuesto por un conjunto de circuitos elementales equivalentes con una topología de circuito particular, o por un conjunto de ecuaciones que, siendo evaluadas, predicen el funcionamiento de dispositivo. Un proceso de modelado generalmente incluye tres pasos: caracterización, extracción de parámetros y modelado.

Tres procesos est√°n estrechamente relacionados en un n√ļmero de importante caminos. La exactitud de cualquier modelado de dispositivo, en √ļltima instancia, es limitada por la precisi√≥n con que sus par√°metros son determinados. La extracci√≥n de par√°metro es dependiente del tipo y de la exactitud de datos de caracterizaci√≥n del dispositivo disponibles. Las ventajas del modelado de dispositivo son parcialmente determinadas por la el tipo de caracterizaci√≥n requerida. Por lo general, el modelado de dispositivo MMIC puede ser clasificado en tres categor√≠as: Modelos de Dispositivo Emp√≠ricos (EDMs), Modelos F√≠sicos (PBMs), y modelos basados en datos.

Los EDMs usan circuitos equivalentes para simular el comportamiento externo de los dispositivos. Este modelo consiste en un n√ļmero de elementos lineales y no lineales conectados mediante una topolog√≠a predefinida. Varios EDMS, incluyendo los de peque√Īa se√Īal y los de gran se√Īal, han sido extensamente usado en la ingenier√≠a MMIC automatizada. Las ventajas de EDMS son su sencilla caracterizaci√≥n, su implementaci√≥n, y la simulaci√≥n de circuito.

Para obtener sus predicciones de funcionamiento, los PBMs estudian los parámetros físicos que describen la geometría del dispositivo, los materiales, y los parámetros de proceso. Estos parámetros normalmente incluyen la longitud de puerta, la anchura de puerta, grosor del canal, y la densidad de dopaje. Los PBMs tienen una ventaja sobre los EDMS, y es que permiten estudiar los efectos de la variación del proceso durante el funcionamiento del dispositivo; tales efectos son críticos para la predicción de producción y para el proceso de control. Sin embargo, es difícil, y en algunos casos incluso imposibles, obtener los parámetros exactos físicos requeridos para describir el dispositivo.

Recientemente, modelos basados en datos (tambi√©n conocidos como basados en la medida) se han hecho populares entre los dise√Īadores de dispositivo. Los Modelos basados en datos est√°n directamente creados a partir de los datos medidos independientemente de los par√°metros de proceso. Un modelo basado en datos puede predecir el comportamiento que se producir√° en un nuevo proceso, que mediante funciones emp√≠ricas podr√≠a ser dif√≠cil de representar. Sin embargo, su carencia ‚Äúidea f√≠sica‚ÄĚ en el dispositivo real estudiado es una desventaja.


Circuitos Equivalentes

El circuito equivalente de un dispositivo MMIC es una abstracción y la simplificación que cede una representación del dispositivo. Esta debe representar adecuadamente todas las características físicas importantes del dispositivo. Explotar las relaciones entre los elementos de los circuitos equivalentes y los físicos del dispositivo será importante para el modelado del dispositivo.

Software de modelado

El Modeling software MMIC incluye el modelado de dispositivo y el modelado de proceso. Ya que hay un n√ļmero grande de dispositivos de modeling software disponibles, es necesario examinar la compatibilidad del software usado por clientes y la fundici√≥n, y entre el usado para el modelado y la simulaci√≥n.


Metodologías de cualificación

En este apartado se perfila el procedimiento recomendado para el dise√Īo, la fabricaci√≥n, y la aceptaci√≥n de espacio calificado como MMICS. No se presentan datos espec√≠ficos para la fiabilidad, sino las preguntas que un usuario MMIC deber√≠a pedir del fabricante para asegurar un nivel razonable de la fiabilidad, y al mismo tiempo esto trata de presentar al fabricante MMIC las metodolog√≠as que han sido aceptadas y practicadas por algunos miembros de la industria en la esperanza que un procedimiento de cualificaci√≥n est√°ndar puede desarrollarse. Adem√°s, los detalles de esta metodolog√≠a de cualificaci√≥n dependen del tipo de circuito siendo fabricado y los dispositivos incorporados en el circuito.

Certificaci√≥n de la compa√Ī√≠a

La obtenci√≥n de MMICS es a menudo resultado de una sociedad a largo plazo entre el cliente y el fabricante para la obtenci√≥n del mismo ambas partes a√Īaden conocimiento y experiencia al proceso para asegurar que la fiabilidad sea la requerida y se obtenga la satisfacci√≥n de los datos espec√≠ficos de funcionamiento requeridos. La relaci√≥n se desarrolla despu√©s de que la confianza mutua es establecida. Si las partes nunca han trabajado juntas, el usuario MMIC todav√≠a puede ganar la confianza necesaria en el fabricante si el fabricante puede demostrar que tiene la documentaci√≥n, procedimientos, y las pr√°cticas de direcci√≥n que controlan las instalaciones, el equipo, dise√Īan procesos, procesos de fabricaci√≥n, y el personal. Estos art√≠culos son t√≠picamente la parte de un Programa de Direcci√≥n de Calidad total y perfilados en un Plan de Direcci√≥n de Calidad. Explicando algunos de los apartados m√°s importantes de la certificaci√≥n tenemos:

  • Comit√© examinador de Tecnolog√≠a

Para asegurar la calidad y la fiabilidad de MMICS, los fabricantes deber√°n tener un comit√© permanente o se alojar√°n en el lugar dotados del conocimiento del proceso de fabricaci√≥n entero del MMIC y la autoridad para cambiar el proceso si la calidad de las partes no se mantiene. Com√ļnmente se llama a este Consejo Comit√© examinador de Tecnolog√≠a.

  • Control de la manufactura

La fabricación MMIC es un proceso muy complicado que implica muchos materiales y pasos, lo que resulta crítico cara al funcionamiento del MMIC y su fiabilidad. Sólo se puede esperar que una línea de producción correctamente controlada y de forma rutinaria produzca la calidad esperada para los MMIC. Así, al cliente se le debería asegurar que el fabricante utiliza procesos sólo certificados y tecnologías cualificadas en cada intervenir la fabricación del MMIC del ordenamiento de materiales al embarque (transporte) del MMIC.

  • Entrenamiento

Incluso estando bien mantenido y calibrado el equipo, no puede producir la calidad MMICs sin operadores expertos. Para asegurar las habilidades del personal empleado en el dise√Īo, la fabricaci√≥n, y las pruebas del MMICS, cada ingeniero, el cient√≠fico, y el t√©cnico deber√≠an tener la educaci√≥n (el entrenamiento) formal en relaci√≥n con sus tareas. Deber√≠an proporcionar adem√°s el mantenimiento, probando de nuevo y reciclando con regularidad para mantener la habilidad del trabajador, sobre todo si el nuevo equipo o procedimientos son presentados en el proceso de la fabricaci√≥n.

  • Acci√≥n del plan correctivo

Una de las mejores maneras de mejorar la fiabilidad de los productos manufacturados por partes, es poner a prueba y analizar las partes incluida la no-retorno de todas las etapas de fabricación, y, basándose en las conclusiones, que las medidas correctoras a la industria proceso o la educación de los usuarios MMIC. El plan que describen estas acciones correctivas está documentado normalmente.

El plan de acción correctiva debe describir los pasos seguidos por el fabricante para corregir cualquier proceso que está fuera de control o que sea defectuoso, y el mecanismo y los plazos que el fabricante seguirá para notificar a los clientes posibles problemas de fiabilidad.

Proceso de Cualificación

Verificaci√≥n del dise√Īo

  • Dise√Īo, Modelo y Simulaci√≥n

Una de las mejores maneras de reducir la ingenier√≠a de costos de MMIC y la mejora para verificar la fiabilidad, es el dise√Īo, modelo y simulaci√≥n, para la disposici√≥n de las MMIC lo que comienza antes de la fabricaci√≥n. Durante el ciclo de dise√Īo, estas verificaciones se abordan normalmente a trav√©s de una serie de comentarios de dise√Īo que incluyen representantes de todas las empresas que participan con el fabricante y con el futuro uso de la MMIC. Adem√°s, los representantes deben proceder de todos los departamentos MMIC que participan en la integraci√≥n, incluida la de los dise√Īadores, personal de la fabricaci√≥n, el personal de la metrolog√≠a de RF, los ingenieros, dise√Īadores‚Ķ Normalmente, los ex√°menes se realizan antes de que se env√≠e a los circuitos de dise√Īo y maquetaci√≥n, pero antes de la fabricaci√≥n de m√°scaras, y despu√©s de esto se realiza la caracterizaci√≥n final MMIC.

Cualificación del producto

Un consumidor espera que el fabricante verifique que sus productos son correctamente dise√Īados.El consumidor tambi√©n podr√≠a esperar que el fabricante especificase las condiciones medio ambientales para el cu√°l el producto ha sido dise√Īado. El fabricante podr√° asegurar su funcionamiento en estos entornos s√≥lo si ha verificado el producto despu√©s de la fabricaci√≥n.

Para MMICs el proceso de obtener todos estos datos se llama cualificaci√≥n del producto o validaci√≥n del dise√Īo, y cada dise√Īo MMIC debe pasar la cualificaci√≥n del producto antes de que se ponga a la venta.

El primer paso en la verificaci√≥n del dise√Īo tiene lugar antes de la generaci√≥n de la m√°scara e incluye el dise√Īo, la simulaci√≥n y la verificaci√≥n de la disposici√≥n de los circuitos. El resto de la verificaci√≥n del dise√Īo incluye la caracterizaci√≥n el√©ctrica completa del circuito para establecer su funcionamiento, an√°lisis de las condiciones ambientales y la caracterizaci√≥n electrost√°tica de la descarga. Posteriormente verifica los resultados de la prueba de voltaje y de temperatura. Aunque la secuencia de las pruebas puede ser alterada, se recomienda que la verificaci√≥n del dise√Īo y de la disposici√≥n circuital se realicen primero. A continuaci√≥n, se debe seguir por la verificaci√≥n el√©ctrica. Esto es s√≥lo una recomendaci√≥n y no todas las pruebas se pueden aplicar a todos los dise√Īos circuitales. Todos los participantes en el dise√Īo MMIC, fabricaci√≥n e integraci√≥n del producto final deben estar implicados en la decisi√≥n de las pruebas requeridas.

Aceptación del Producto

Aunque un MMIC puede ser dise√Īado por ingenieros altamente cualificados, ser fabricados en un proceso de l√≠nea de producci√≥n cualificado, a trav√©s de mediciones y verificado para satisfacer los objetivos de dise√Īo, con piezas caracter√≠sticas, aun existen problemas de fiabilidad.

Esto puede ser debido a variaciones en el proceso de fabricación, o fallos que se detectan en el material, o, por lo que es el caso más a menudo, al paquete MMIC , por fallos impuestos al MMIC durante el embalaje. Independientemente de la causa, estas debilidades se deben encontrar y ser eliminadas antes de que se integren en el sistema.

Por lo tanto, todos los fabricantes de alta fiabilidad de sistemas, incluyendo sistemas espaciales, requieren la MMICs que superen aceptaci√≥n por pantallas, cuyo √ļnico prop√≥sito es aumentar la confianza en la fiabilidad de la MMICs.

Hay que tener en cuenta que este paso en la metodología de calificación es la principal diferencia entre el espacio cualificado MMICs y de calidad comercial MMICs.

Pasos para la aceptación de un producto

-Estabilización

-Análisis SEM (Scanning Electrón Microscopy)

-Prueba del enlace

-Inspección visual

-Pantalla de choque y Ciclo de temperatura

-Pantalla de choque mec√°nica

-Aceleración constante

-Detección de ruido

-Prueba de escape

Aplicaciones

Los MMIC se usan en sistemas comunicaciones para la banda de microondas, como la telefon√≠a m√≥vil o los sistemas de sat√©lite, ya que √©stos requieren circuitos m√°s peque√Īos y m√°s baratos. Tambi√©n se utilizan cuando la reactancia par√°sita inherente a los circuitos integrados h√≠bridos est√° degradando el funcionamiento del circuito, normalmente esto sucede en el alto espectro de las microondas y en el espectro de las ondas milim√©tricas.

Otros sistemas de telecomunicaciones en los que se utiliza tecnolog√≠a MMIC son receptores y transmisores para comunicaciones, arrays de antenas en fase donde se requiere peque√Īo tama√Īo y funcionamiento de circuito uniforme, sensores y radares que trabajen en altas frecuencias.


Tecnología espacial y militar

Desde sus comienzos, se introdujeron los MMICs de GaAs en varias aplicaciones espaciales y militares (de hecho, su uso era exclusivo de ambos en estos comienzos), convirtiéndose en la tecnología elegida por la NASA y el Departamento de Defensa de EE.UU. para sistemas de telecomunicación avanzados. El desarrollo de los MMICs ha proseguido hasta el fosfato de indio (InP), que permite una velocidad de cuatro a diez veces mayor que la anterior tecnología MMIC y requiere menos potencia, algo que tanto la NASA como el Departamento de Defensa están empezando a considerar.

Programa SETI (B√ļsqueda de Inteligencia Extraterrestre)

Los MMICs han mostrado ser de utilidad para la creación de componentes relacionados con el programa SETI. El MMIC normalmente sólo necesita un par de condensadores emparejados y una resistencia para crear un amplificador de propósito general con impedancia de entrada y salida constantes, ganancia fija y una figura de ruido constante sobre un gran rango de frecuencias, además de ser muy baratos.

En los laboratorios de la Liga SETI se han estado usando MMICs tanto de silicio (Si) como de arseniuro de galio (GaAs) con amplificadores de ruido bajo, amplificadores activos, amplificadores de frecuencia inmediata (IF), cadenas locales de osciladores, pruebas de se√Īales de origen y en otros dispositivos donde se requiera un bloque de ganancia estable y de banda ancha.


ACTS (Tecnología Avanzada de Comunicaciones por Satélite)

Los MMICs han demostrado ser √ļtiles en terminales aeron√°uticas y en terminales fijos o m√≥viles terrestres relacionados con la Tecnolog√≠a Avanzada de Comunicaciones por Sat√©lite (ACTS) de la NASA. Se realizaron pruebas entre mayo de 1994 y mayo de 1995 con MMICs de GaAs transmitiendo a 30 GHz, desarrollado por el Centro de Investigaci√≥n Lewis de la NASA y por Texas Instruments, y receptores de 20 GHz para ACTS por el Laboratorio Rome de la Fuerza A√©rea, empleando tecnolog√≠a de circcuitos integrados proporcionada por la compa√Ī√≠a Boeing y la corporaci√≥n Lockheed Martin.

Las pruebas ten√≠an especial inter√©s tanto para el Gobierno como para aplicaciones comerciales y demostraron la posibilidad de establecer una comunicaci√≥n d√ļplex de voz, por ejemplo, con una terminal aeron√°utica o con un veh√≠culo de prop√≥sito m√ļltiple de gran movilidad (HMMWV).

El éxito de estas pruebas, basado en cooperación entre Gobierno e industria y al trabajo en equipo dentro de Lewis, supuso un incentivo para continuar la investigación y desarrollo de la tecnología de comunicación por satélite basada en MMIC, centrándose en los problemas de empaquetamiento y costes.

Uso comercial

Siguiendo una visión de "uso dual", Northrop Grumman transformó la tecnología para uso en amplificadores de potencia para telefonía móvil. Una de las divisiones de Northrop Grumman es actualmente el proveedor mundial de estos amplificadores de potencia. En la actualidad, se está tratando de buscar nuevas aplicaciones comerciales, como los sistemas de aviso de colisiones de vehículos.


Enlaces de interés

http://www.ugr.es/~decacien/Planes/Electronica/Plan%202000/temarios/10011c2.htm

http://www.mmicsolutions.com/

http://www.biblioteca.universia.net/html_bura/ficha/params/id/3996141.html

http://www.accesomedia.com/display_release.html?id=44570

http://www.iec.csic.es/ursi/articulos_villaviciosaodon_2001/articulos/209.pdf

http://www.acorde.biz

http://www.microwaves101.com/encyclopedia/mmics.cfm

http://parts.jpl.nasa.gov/mmic/3-IX.PDF

http://www.wipo.int/pctdb/en/wo.jsp?IA=WO1992005580&DISPLAY=DESC

http://www.tdx.cesca.es/TDX/TDR_UC/TESIS/AVAILABLE/TDR-0305107-174432//04de10.BAA_cap4.pdf


Wikimedia foundation. 2010.

Mira otros diccionarios:

  • MMIC ‚ÄĒ ¬† [ememai siňź; Abk√ľrzung f√ľr englisch monolithic microwave integrated circuit], mit Verfahren der Halbleiterblocktechnik hergestellte monolithisch integrierte Mikrowellenschaltung. Als Substrat wird in der Regel Galliumarsenid benutzt, das… ‚Ķ   Universal-Lexikon

  • MMIC ‚ÄĒ Monolithic Microwave Integrated Circuit (Academic & Science ¬Ľ Electronics) **** Monolithic Microwave Integrated Circuits (Academic & Science ¬Ľ Electronics) * Maori Music Industry Coalition (Community ¬Ľ Music) ‚Ķ   Abbreviations dictionary

  • MMIC ‚ÄĒ 1. Microwave Monolithic Iontegrated Circuit Contributor:¬†GSFC 2. Monolithic Microwave Integrated Circuit Contributor:¬†GSFC 3. Monolithic Microwave Integrated Circuits Contributor:¬†CASI ‚Ķ   NASA Acronyms

  • Tecnolog√≠as MMIC ‚ÄĒ Este art√≠culo o secci√≥n sobre tecnolog√≠a necesita ser wikificado con un formato acorde a las convenciones de estilo. Por favor, ed√≠talo para que las cumpla. Mientras tanto, no elimines este aviso puesto el 8 de enero de 2009. Tambi√©n puedes… ‚Ķ   Wikipedia Espa√Īol

  • Monolithic microwave integrated circuit ‚ÄĒ Photograph of a GaAs MMIC (a 2 18GHz upconverter) ‚Ķ   Wikipedia

  • Monolithic Microwave Integrated Circuit ‚ÄĒ Fotografie eines MMIC Chips ‚Ķ   Deutsch Wikipedia

  • Texas Instruments ‚ÄĒ Type Public Traded as NYSE: TXN ‚Ķ   Wikipedia

  • Type 348 Radar ‚ÄĒ The Type 346 radar is a new APAR style active phased array radar, used on the Chinese People s Liberation Army Navy s latest Lanzhou class Destroyer (052C). The radar is used in conjunction with the HQ 9 SAM to provide long range air defense… ‚Ķ   Wikipedia

  • –ź–ļ—ā–ł–≤–Ĺ–į—Ź —Ą–į–∑–ł—Ä–ĺ–≤–į–Ĺ–Ĺ–į—Ź –į–Ĺ—ā–Ķ–Ĺ–Ĺ–į—Ź —Ä–Ķ—ą—Ď—ā–ļ–į ‚ÄĒ (–ź–§–ź–†) —Ä–į–∑–Ĺ–ĺ–≤–ł–ī–Ĺ–ĺ—Ā—ā—Ć —Ą–į–∑–ł—Ä–ĺ–≤–į–Ĺ–ĺ–Ļ –į–Ĺ—ā–Ķ–Ĺ–Ĺ–ĺ–Ļ —Ä–Ķ—ą—Ď—ā–ļ–ł (–§–ź–†). –†–õ–° –Ě050 —Ā –ź–§–ź–† –ī–Ľ—Ź –ü–ź–ö –§–ź –Ņ—Ä–Ķ–ī—Ā—ā–į–≤–Ľ–Ķ–Ĺ–Ĺ–į—Ź –Ě–ė–ė–ü –Ĺ–į –ú–ź–ö–° 2009 ‚Ķ   –í–ł–ļ–ł–Ņ–Ķ–ī–ł—Ź

  • Monolithic Microwave Integrated Circuit ‚ÄĒ MMICs, or Monolithic Microwave Integrated Circuits, are a type of integrated circuit (IC) devices that operate at microwave frequencies (300 MHz to 300 GHz). . Additionally most microwave test equipment is designed to operate in a 50 ohm… ‚Ķ   Wikipedia


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