Un antifusible es un dispositivo eléctrico que realiza la función opuesta a un fusible . Mientras que un fusible comienza con una resistencia baja y está diseñado para romper permanentemente una ruta eléctricamente conductora (generalmente cuando la corriente a través de la ruta excede un límite especificado), un antifusible comienza con una alta resistencia y, al programarlo, lo convierte en un conductor eléctrico permanente. ruta (generalmente cuando el voltaje a través del antifusible excede un cierto nivel). Esta tecnología tiene muchas aplicaciones.
Luces del árbol de navidad
Los antifusibles son más conocidos por su uso en luces de árbol de Navidad de bajo voltaje estilo mini-luz (o miniatura) . Por lo general (para funcionamiento con voltajes de red), las lámparas están cableadas en serie . (Las luces de estilo C7 y C9 tradicionales, más grandes, están cableadas en paralelo y están clasificadas para funcionar directamente con el voltaje de la red.) Debido a que la cadena en serie quedaría inoperativa por una falla de una sola lámpara, cada bombilla tiene un antifusible instalado en su interior. Cuando la bombilla se quema, todo el voltaje de la red se aplica a través de la lámpara de un solo quemado. Esto hace que el antifusible cortocircuite rápidamente la bombilla fundida, lo que permite que el circuito en serie vuelva a funcionar, aunque ahora se aplica una mayor proporción de la tensión de red a cada una de las lámparas restantes. El antifusible se fabrica con alambre con un revestimiento de alta resistencia y este alambre se enrolla sobre los dos alambres de soporte de filamentos verticales dentro de la bombilla. El aislamiento del cable antifusible resiste el bajo voltaje ordinario impuesto a través de una lámpara en funcionamiento, pero se descompone rápidamente bajo el voltaje de la red eléctrica total, dando la acción antifusible. Ocasionalmente, el aislamiento no se rompe por sí solo, pero tocar la lámpara fundida generalmente hará que se conecte. A menudo, una bombilla especial sin antifusible y, a menudo, con una clasificación ligeramente diferente (por lo que se quema primero cuando el voltaje es demasiado alto), conocida como "bombilla de fusible", se incorpora a la cadena de luces para proteger contra la posibilidad de una sobrecorriente severa si hay demasiadas. las bombillas fallan.
Antifusibles en circuitos integrados
Los antifusibles se utilizan ampliamente para programar de forma permanente circuitos integrados (CI).
Ciertos dispositivos lógicos programables (PLD), como los ASIC estructurados , utilizan tecnología de fusibles para configurar circuitos lógicos y crear un diseño personalizado a partir de un diseño IC estándar. Los PLD antifuse se pueden programar una vez en contraste con otros PLD que están basados en SRAM y que pueden reprogramarse para corregir errores lógicos o agregar nuevas funciones. Los PLD antifuse tienen ventajas sobre los PLD basados en SRAM en que, como los ASIC , no necesitan configurarse cada vez que se aplica energía. Es posible que sean menos susceptibles a las partículas alfa que pueden hacer que los circuitos funcionen mal. Además, los circuitos construidos a través de las rutas conductoras permanentes del antifusible pueden ser más rápidos que los circuitos similares implementados en PLD que utilizan tecnología SRAM. QuickLogic Corporation se refiere a sus antifusibles como "ViaLinks" porque los fusibles fundidos crean una conexión entre dos capas cruzadas de cableado en el chip de la misma manera que una vía en una placa de circuito impreso crea una conexión entre capas de cobre.
Los antifusibles se pueden utilizar en la memoria programable de solo lectura ( PROM ). Cada bit contiene un fusible y un antifusible y se programa activando uno de los dos. Esta programación, realizada después de la fabricación, es permanente e irreversible.
Antifusibles dieléctricos
Los antifusibles dieléctricos emplean una barrera de óxido muy delgada entre un par de conductores. La formación del canal conductor se realiza mediante una ruptura dieléctrica forzada por un pulso de alto voltaje. Los antifusibles dieléctricos se emplean generalmente en procesos CMOS y BiCMOS ya que el espesor de capa de óxido requerido es menor que el disponible en procesos bipolares.
Antifusibles de silicio amorfo
Un enfoque para los circuitos integrados que utilizan tecnología antifusible emplea una delgada barrera de silicio amorfo no conductor entre dos conductores metálicos . Cuando se aplica un voltaje suficientemente alto a través del silicio amorfo, se convierte en una aleación de silicio-metal policristalino de baja resistencia , que es conductora.
El silicio amorfo es un material que generalmente no se usa en procesos bipolares o CMOS y requiere un paso de fabricación adicional.
El antifusible generalmente se activa con una corriente de aproximadamente 5 mA . Con un antifusible de polidifusión, la alta densidad de corriente crea calor , que derrite una fina capa aislante entre el polisilicio y los electrodos de difusión, creando un enlace de silicio resistivo permanente.
Antifusibles Zener
Los diodos Zener se pueden utilizar como antifusibles. La unión pn que sirve como diodo está sobrecargada con un pico de corriente y sobrecalentada. A temperaturas superiores a 100 ° C y densidades de corriente superiores a 10 5 A / cm 2, la metalización sufre una electromigración y forma picos a través de la unión, provocando un cortocircuito; este proceso se conoce como Zener zap en la industria. El pico se forma sobre y ligeramente debajo de la superficie de silicio, justo debajo de la capa de pasivación sin dañarla. Por tanto, la derivación conductora no compromete la integridad y fiabilidad del dispositivo semiconductor. Normalmente, un pulso de pocos milisegundos a 100-200 mA es suficiente para dispositivos bipolares comunes, para una estructura antifusible no optimizada; las estructuras especializadas tendrán menores demandas de energía. La resistencia resultante de la unión está en el rango de 10 ohmios.
Los antifusibles Zener se pueden fabricar sin pasos de fabricación adicionales con la mayoría de los procesos CMOS, BiCMOS y bipolares; de ahí su popularidad en circuitos analógicos y de señal mixta. Históricamente se han utilizado especialmente con procesos bipolares, donde el óxido delgado necesario para los antifusibles dieléctricos no está disponible. Sin embargo, su desventaja es una menor eficiencia de área en comparación con otros tipos.
Una estructura de transistor NPN estándar se usa a menudo en procesos bipolares comunes como antifusible. Se puede emplear una estructura especializada optimizada para el propósito donde el antifusible es una parte integral del diseño. Los terminales de los antifusibles suelen ser accesibles como almohadillas de unión y el proceso de recorte se realiza antes de unir y encapsular el chip. Como el número de almohadillas de unión está limitado para un tamaño dado del chip, se utilizan varias estrategias de multiplexación para un mayor número de antifusibles. En algunos casos, se puede utilizar un circuito combinado con zeners y transistores para formar una matriz de zapping; con zeners adicionales, el recorte (que usa voltajes más altos que el voltaje operativo normal del chip) se puede realizar incluso después de empaquetar el chip.
Zener zap se emplea con frecuencia en circuitos de señal mixta para recortar valores de componentes analógicos. Por ejemplo, se puede fabricar una resistencia de precisión formando varias resistencias en serie con Zener en paralelo (orientadas para que no sean conductoras durante el funcionamiento normal del dispositivo) y luego acortando Zeners seleccionados para desviar las resistencias no deseadas. Con este enfoque, solo es posible reducir el valor de la resistencia resultante. Por lo tanto, es necesario cambiar las tolerancias de fabricación de modo que el valor más bajo que se obtiene típicamente sea igual o mayor que el valor deseado. Las resistencias en paralelo no pueden tener un valor demasiado bajo ya que eso hundiría la corriente de zapping; En tales casos, se emplea una combinación en serie-paralelo de resistencias y antifusibles. [1]
Alumbrado público (obsoleto)
De manera similar a la de las luces de los árboles de Navidad, antes de la llegada de las lámparas de descarga de alta intensidad , los circuitos de alumbrado público que usaban bombillas incandescentes a menudo se operaban como circuitos en serie de alto voltaje. Cada farola individual estaba equipada con un recorte de película ; un pequeño disco de película aislante que separaba dos contactos conectados a los dos cables que conducen a la lámpara. De la misma manera que con las luces navideñas descritas anteriormente, si la lámpara fallaba, se imponía todo el voltaje del circuito de alumbrado público (miles de voltios) a través de la película aislante en el recorte, provocando su ruptura. De esta forma, se pasó por alto la lámpara averiada y se restauró la iluminación al resto de la calle. A diferencia de las luces navideñas, el circuito generalmente contenía un dispositivo automático para regular la corriente eléctrica que fluye en el circuito, como un transformador de corriente constante. A medida que cada lámpara de la serie se quemó y se cortó en cortocircuito, el regulador de corriente CA redujo el voltaje, lo que mantuvo cada bombilla restante funcionando a su voltaje, corriente, brillo y vida útil normales. Cuando finalmente se reemplazó la lámpara defectuosa, también se instaló una nueva película, separando nuevamente los contactos eléctricos en el recorte. Este estilo de alumbrado público era reconocible por el gran aislante de porcelana que separaba la lámpara y el reflector del brazo de montaje de la luz; el aislante era necesario porque los dos contactos en la base de la lámpara pueden haber operado rutinariamente a un potencial de varios miles de voltios sobre el suelo / tierra.
Ver también
Referencias
enlaces externos
- Información sobre el uso de antifusibles en las luces navideñas (Evitan el uso del término antifusible presumiblemente debido a su audiencia no técnica).
- Más información sobre los tipos de luces navideñas