Radioricevitori

Introduzione

Caratteristiche dei ricevitori

Tipi di ricevitori

Supereterodina

Schema di funzionamento

Caratteristiche dei ricevitori supereterodina

Sensibilità

Selettività

Fedeltà

Generatori di segnali

Circuiti integrati

Tecnologia di produzione dei circuiti integrati monolitici

Produzione mediante tecnologia bipolare

Produzione mediante tecnologia MOS

Circuiti integrati ibridi

Sistemi di produzione dei circuiti integrati ibridi


Introduzione

I radioricevitori sono apparati che captano, mediante un’antenna, segnali a radiofrequenza ed estraggono l’informazione contenuta nel segnale ricevuto.

Il caso più comune é quello in cui l’informazione é un segnale audio.

Caratteristiche dei ricevitori

I principali fattori che caratterizzano il comportamento di un ricevitore sono:

La sensibilità di un ricevitore é la capacità di ricevere segnali deboli.

Un ricevitore sensibile deve avere un’amplificazione elevata. Ad esempio si passa da valori dell’ordine di 1 V del segnale in antenna a valori di alcuni volt del segnale modulante all’uscita.

La selettività di un ricevitore é la capacità di selezionare la portante e le bande laterali relative alla stazione desiderata e di attenuare il più possibile tutti gli altri segnali presenti in antenna.

La fedeltà di un ricevitore é la capacità di riprodurre l’informazione senza introdurre distorsione.

Un buon ricevitore non deve essere sensibile alle interferenze, deve cioè essere in grado di consentire l’intelligibilità delle informazioni anche in presenza di disturbi ed interferenze di vario genere.

Tipi di ricevitori

In base al principio di funzionamento, i radioricevitori possono essere classificati secondo i seguenti tipi:

Essi vengono impiegati nel campo delle microonde.

In essi di utilizza la reazione positiva, controllandola in modo da aumentare l’amplificazione senza che si producano oscillazioni.

Hanno il vantaggio della semplicità; sono però poco usati a causa della scarsa selettività e del fatto che, a loro volta, irradiano in modo abbastanza notevole.

Essi sono costituiti da amplificatori selettivi accordabili sulla frequenza del segnale che si desidera ricevere, seguiti da un rivelatore e da un amplificatore audio.

Attualmente sono sostituiti dai ricevitori supereterodina

E’ il tipo di ricevitore più diffuso, date le buone caratteristiche di sensibilità e di selettività.

Il suo impiego non é limitato alla ricezione dei segnali audio, ma si estende alla televisione ed ai radar.

Supereterodina

Nel campo delle comunicazioni sorge spesso l’esigenza di traslare lungo l’asse delle frequenze lo spettro di un segnale senza modificare il suo contenuto informativo.

Questa trasformazione del segnale prende il nome di processo eterodina ed é ottenuta mediante un convertitore frequenza-frequenza.

Schema di funzionamento

l segnale radio ricevuto dall’antenna viene amplificato dall’amplificatore a radiofrequenza o preselettore”.

Lo stadio preselettore ha lo scopo di attenuare fortemente i segnali alla frequenza immagine ƒI ed alla frequenza intermedia ƒi.

Infatti se si vuole ricevere un segnale a frequenza ƒs l’oscillatore locale deve essere portato ad una frequenza ƒ0, tale che ƒ0 - ƒs= ƒi essendo ƒi la frequenza intermedia; però un segnale a frequenza ƒI= ƒs + 2ƒi , eventualmente presente all’ingresso del ricevitore, viene convertito alla stessa frequenza ƒi.

Come si vede la frequenza ƒI é immagine speculare di ƒs rispetto a ƒ0 ed é pertanto detta frequenza immagine.

Il preselettore deve perciò attenuare fortemente la frequenza immagine, che sarebbe causa di interferenza.

Per quanto riguarda la frequenza intermedia, anch’essa deve essere attenuata fortemente dal circuito preselettore; infatti, se si presentasse all’ingresso del ricevitore un segnale a frequenza ƒi, esso passerebbe attraverso il convertitore indipendentemente dalla frequenza dell’oscillatore locale1 ed interferirebbe con il segnale desiderato.

Lo stadio preselettore é costituito da un circuito risonante ad accordo variabile oppure da un amplificatore a radiofrequenza; in quest’ultimo caso il circuito é più complesso, però si ha un duplice vantaggio: migliorano le reiezioni della frequenza immagine e della frequenza intermedia; inoltre il rapporto segnale/rumore del ricevitore é più alto.

La polarizzazione del dispositivo attivo é controllata da una tensione continua ottenuta all’uscita del rivelatore (AGC).

Essa é di segno tale da diminuire l’amplificazione in presenza di ampi segnali; in questo modo si riduce l’influenza dei disturbi prodotti da ampi segnali (distorsione, segnali spuri) ed inoltre la potenza d’uscita in altoparlante tende a variare di meno quando si cambia la stazione d’ascolto.

Il segnale in uscita dal preselettore attraversa il “convertitore” il cui scopo é di convertire il segnale alla frequenza intermedia.

Il convertitore può essere realizzato mediante un miscelatore che opera anche come oscillatore, oppure mediante due stadi distinti (miscelatore ed oscillatore ); nel secondo caso il circuito é più complesso, ma di funzionamento meno critico.

Il segnale entrante nel sistema é caratterizzato da uno spettro esteso fra ƒmin e ƒmax, mentre il segnale sinusoidale generato dall’oscillatore locale possiede frequenza ƒlo.

Entrambe le forme d’onda convergono nel blocco miscelatore (mixer) che, in virtù di un fenomeno denominato battimento, produce alla sua uscita due spettri collocati in un intorno di ƒlo e contraddistinti da un contenuto informativo identico a quello del segnale entrante.

Il funzionamento del miscelatore (mixer), può essere realizzato sia mediante una tecnica additiva sia mediante una tecnica moltiplicativa.

Nella prima, denominata conversione di frequenza a legge quadratica, la somma vs(t) del segnale entrante vi(t) con quello prodotto dall’oscillatore locale vlo(t) é inviata ad un dispositivo non lineare, la cui caratteristica é approssimata dalla formula i(t)= µ vs2 (t)+ µ vs(t)+ µ ove i simboli µ µ µ rappresentano dei coefficienti costanti.

Nel concreto in un miscelatore le operazioni di somma vi(t)+ vlo(t) e di elaborazione con legge quadratica sono realizzate da circuiti comprendenti un diodo, un transistore bipolare o un transistore unipolare; impieghi più estesi in virtù del guadagno associato al componente attivo.

La seconda tecnica realizzata da un mixer si avvale di un circuito moltiplicatore in cui convergono i due segnali vi(t) e vlo (t). Questa conversione di frequenza fornisce un risultato già noto dallo studio condotto in merito alla modulazione d’ampiezza; infatti, denominando con v(t) l’uscita del moltiplicatore e utilizzando nuovamente le relazioni riportate in precedenza si ottiene v(t)= vi(t) vlo(t)= ViVlo cos µ it cos µ lot.

Quest’ultima rappresenta un prodotto di modulazione tipico delle trasmissioni bilanciate e soppressione di portante (DSB).

Sviluppando la precedente relazione mediante la formula di Werner, é possibile scrivere

[cos (µ lo- µ i)t + cos lo + µ i)t]

Si nota chiaramente la presenza esclusiva delle due componenti differenza lo- µ i) e somma lo i).

Per quanto riguarda l’oscillatore locale, dato che la banda delle onde medie é compresa fra 535 kHz e 1605 kHz e la frequenza intermedia ƒi é di solito attorno a 450 kHz, la frequenza dell’oscillatore locale é scelta più alta delle frequenza intermedia e varia fra (540 - ƒi) kHz e (1600 + ƒi) kHz (540 kHz e 1600 kHz sono le frequenze delle portanti agli estremi della banda delle onde medie)

In uscita dal convertitore il segnale attraversa l’”amplificatore a frequenza intermedia

L’impiego di amplificatori a frequenza intermedia fissa é reso possibile dalla conversione di frequenza che caratterizza i ricevitori supereterodina. Essendo la frequenza fissa, selettività e sensibilità sono sensibilmente costanti in tutta la banda in cui opera il ricevitore.

La scelta del valore della frequenza intermedia é di compromesso. Una frequenza ƒi bassa offre i vantaggi seguenti: alta amplificazione, basso rumore, banda passante stretta. Una frequenza ƒi alta presenta il vantaggio di consentire una migliore reiezione della frequenza immagine e di facilitare l’eliminazione della tensione di ripple all’uscita del rivelatore. La frequenza intermedia é scelta di solito nell’intervallo 450 kHz ÷ 500kHz; valori comuni sono 455 kHz e 470 kHz.


L’amplificatore a frequenza intermedia é realizzato impiegando amplificatori selettivi e deve essere caratterizzato da:

  1. -alta amplificazione
  2. -controllo automatico di guadagno (AGC)
  3. -buona selettività
  4. -buona risposta in ampiezza e fase entro la banda passante
  5. -basso rumore

Il segnale in uscita dall’amplificatore attraversa:un “demodulatore”, che consente di ottenere l’informazione del segnale modulante in bassa frequenza.

Un “amplificatore audio/video” ha il compito di elevare il livello di potenza del segnale, da valori dell’ordine del mW a valori del centinaio di mW e un “trasduttore d’uscita” che può essere un altoparlante per informazioni audio o un tubo a raggi catodici per informazioni video.

Caratteristiche dei ricevitori supereterodina

Sensibilità

I ricevitori sono normalmente provvisti di controllo automatico di guadagno. Uno dei maggiori vantaggi della tecnica supereterodina é rappresentata dalla possibilità di avere elevati guadagni senza instabilità. Questo é possibile perché l’elevato guadagno é ottenuto su bande di frequenza disgiunte: il filtro RF, il filtro IF e l’amplificatore in banda base assicurano guadagni su bande diverse. Infatti se il segnale in antenna é debole, l’amplificazione deve essere alta, in modo da consentire al demodulatore di operare soddisfacentemente e da avere una uscita a livello sufficiente; viceversa, se il segnale é forte, l’amplificazione deve essere ridotta, in modo che i dispositivi attivi non lavorino in condizioni di non linearità, con conseguente distorsione. Il controllo automatico di guadagno viene realizzato rivelando e filtrando il segnale ricevuto; la tensione di controllo ottenuta é utilizzata per controllare il guadagno degli stadi precedenti il rivelatore.

Selettività

Nei ricevitori supereterodina la selettività dipende soprattutto dagli stadi a frequenza intermedia. E’ da tenere presente, però, che segnali ampi, non desiderati, all’ingresso di un dispositivo non lineare, causano l’apparire di prodotti di intermodulazione o armoniche che possono cadere nella banda desiderata. I circuiti preselettori, pur non essendo caratterizzati da un’alta selettività, hanno anche lo scopo di eliminare tali componenti spurie, prima che pervengano al dispositivo attivo con caratteristiche non lineari, migliorando così la selettività del ricevitore.

Fedeltà

La non linearità dell’amplificatore audio o video che segue il demodulatore é la principale causa di distorsione, però anche gli stadi a frequenza intermedia influiscono sulla fedeltà. Infatti, per ottenere alta selettività, la curva di risposta dell’amplificatore a frequenza intermedia é tale che vengono amplificate in misura

minore le righe laterali più lontane dalla portante, a cui corrispondono le frequenze alte del segnale modulante.

La fedeltà é determinata dalla curva di selettività degli stadi a frequenza intermedia e dalla curva di risposta degli amplificatori audio.

Principali applicazioni dei convertitori F/F

Fra le applicazioni più importanti della conversione di frequenza si riscontra la trasmissione contemporanea di più segnali lungo un’unica linea, senza sovrapposizione dei loro spettri; tecnica a multiplazione di frequenza (FDM)

Generatori di segnali

Molti sistemi elettronici, quale ad esempio la strumentazione di misura, gli apparati di modulazione e le interfacce per la trasmissione dati, richiede l’impiego di generatori di segnale. In particolare sono considerati: gli oscillatori, i generatori di segnali propriamente detti e generatori di funzioni.

Gli “oscillatori” sono strumenti che generano una forma d’onda sinusoidale. Nel caso che la tensione d’uscita sinusoidale possa essere modulata, il generatore é denominato “generatore di segnali”, quando invece il generatore é in grado fornire all’uscita, oltre a forme d’onda sinusoidale, anche altre forme d’onda il generatore é detto generatore di funzioni.

Si tenga conto, peraltro, che le diverse case costruttrici non usano denominazioni uniformi o comunque identiche a quelle esposte; ad esempio talvolta uno strumento é detto oscillatore anche se ha la capacità di fornire segnali modulati, mentre, secondo la classificazione data, dovrebbe essere denominato generatore di segnali.

Caratteristiche principali degli oscillatori

Le caratteristiche o specifiche principali che definiscono il comportamento degli oscillatori sono:

Banda di frequenza (Frequency Range):
indica l’intervallo di frequenza in cui il generatore opera.

Negli strumenti d’impiego generale la banda va da alcuni Hz ad alcune centinaia di kHz nel campo delle frequenze più basse (ad esempio: da 5 Hz a 600KHz) da alcune decine di kHz ad alcune decine di MHz nel campo delle frequenze più alte (ad esempio da 0,1MHz a 110MHz).

Precisione di frequenza (Frequenza Accurata o Frequency Accuracy):
indica il massimo scostamento del valore indicato dallo strumento dal valore esatto. Questo parametro dipende

dalle condizioni ambientali, dalla stabilità in frequenza e dalla tolleranza dei componenti; valori tipici sono +2% (oscillatore RC), +1% (oscillatore LC)

Stabilità di frequenza (Frequency stability):
indica la capacità dell’oscillatore di mantenere un determinato valore di frequenza, scelto dall’operatore costante nel tempo. Può essere data in percento (ad esempio negli oscillatori RCpuò essere 0,01% /0C).

Spesso la specifica di stabilità non é data dal costruttore essendo, l’errore causato dall’instabilità, piccolo in rapporto ad altre cause d’errore.

Precisione d’ampiezza (Amplitude Accuracy):
indica lo scostamento massimo dell’ampiezza della tensione in uscita dal valore indicato dallo strumento. L’errore é causato soprattutto dalle condizioni ambientali e dall’invecchiamento dei componenti. Valori comuni sono dell’ordine dal 1% al 3%.

Stabilità d’ampiezza:
indica il massimo scostamento che subisce la tensione d’uscita per variazioni di frequenza e condizioni ambientali.

Valori comuni di stabilità sono nell’ordine di qualche percento al mese.

Risposta in frequenza:
indica la capacità dell’oscillatore di mantenere costante la tensione d’uscita quando si varia la frequenza. Esso può essere data in decibel o in percento.

Ad esempio l’indicazione:

Frequency Response + 1dB (1KHz ref.) :

significa che al variare della frequenza nella banca in cui può lavorare l’oscillatore, la tensione d’uscita ha uno scostamento massimo di +1dB rispetto al valore di riferimento di 1KHz.

Frequency Response: +1%da 5Hz a 100Hz; +0,5% da 100 Hz a 300 KHz; +1% da 300KHz a 1MHz :

questi valori indicano l’errore massimo nei rispettivi intervalli di frequenza riferito alla condizione d’uscita massima alla frequenza di 1KHz su un carico di 600 µ.

Potenza e tensione d’uscita:
generalmente, vengono indicate la potenza massima o la tensione massima che si possono tenere all’uscita dell’oscillatore, con le condizioni di carico a cui si ha la potenza suddetta.

Un’ulteriore indicazione é l’impedenza d’uscita che generalmente alle basse frequenze é di 600 e alle alte frequenze é di 50 µ

Distorsione.
Poiché l’oscillatore ha un comportamento non lineare, all’uscita compaiono armoniche della frequenza generata. La distorsione é definita come il rapporto fra il valore efficace delle armoniche ed il valore efficace della fondamenta (generalmente é inferiore a 1%). Spesso é indicata in decibel; in questo caso una distorsione inferiore a 1% equivale a 40dB al disotto della fondamentale.

Rumore o ronzio.
Generalmente hanno un valore inferiore allo 0,1% della potenza nominale. La loro influenza non può essere trascurata se i livelli di potenza sono bassi.

Principio di funzionamento

Il funzionamento degli oscillatori é basato sul principio della retroazione; infatti, in taluni circuiti reazionati può stabilirsi anche in assenza di segnali d’ingresso un’oscillazione persistente di frequenza f0

Condizioni note come “criterio di Barkhausen” e conducono alla seguente procedura:

  1. Si apre l’anello di reazione in un punto qualsiasi
  2. Si inserisce un generatore di sonda Vsa valle del taglio realizzato e si ristabiliscono, ove occorrano le condizioni di carico a monte di esso
  3. Indicando con V0la tensione a monte del taglio, se si verifica l’eguaglianza, in modulo e fase, Vo=Vs: il sistema ad anello chiuso si comporta come un oscillatore.

Al fine di produrre uno sfasamento complessivo nullo dell’intero anello in corrispondenza di un unico valore di pulsazione, occorre che il circuito contenga almeno due elementi reattivi, d’eguale natura o di natura diversa, che operino una discriminazione in frequenza.

A causa di fattori ambientali o dell’invecchiamento, questi componenti manifestano variazione dei loro parametri che si ripercuotono sia sulla frequenza sia sull’ampiezza d’oscillazione; a tali inconvenienti concorrono anche le fluttuazioni delle tensioni d’alimentazione.

Due caratteristiche importanti che qualificano i generatori di segnale sono quindi la stabilità in frequenza e la stabilità in ampiezza.

Circuiti integrati

L’impiego della tecnologia planare per la produzione di componenti elettronici ha offerto vaste possibilità produttive soprattutto indirizzate verso la miniaturizzazione dei componenti. E’ stato quindi possibile realizzare strutture comprendenti un insieme di elementi circuitali in spazi estremamente ridotti; queste strutture, denominate circuiti integrati, costituiscono la microelettronica.

I circuiti integrati vengono prodotti con diverse densità di componenti, denominata scala di integrazione.

Normalmente si usa classificare il grado di integrazione secondo la seguente scala:

SSI (Small Scale Integration o bassa scala di integrazione)

MSI (Medium Scale Integration o media scala di integrazione)

LSI (Large Scale Integration o ampia scala di integrazione)

VLSI (Very Large Scale integration o amplissima scala di integrazione)

La nascita della microelettronica non ha solo determinato una forte riduzione di ingombro e peso dei componenti ma ha contemporaneamente apportato i seguenti vantaggi:

  1. riduzione progressiva dei costi di produzione;
  2. maggiore affidabilità dei prodotti;
  3. migliori prestazioni

La riduzione dei costi di produzione é evidente osservando il costo di un singolo componente elementare o di una funzione elettronica; esso cala notevolmente grazie alla concomitanza dei seguenti fattori:

  1. Maggiore esperienza produttiva che migliora l’efficienza;
  2. Nuovi settori applicativi dell’elettronica che concorrono sia ad un aumento produttivo che ad un allargamento delle conoscenze ed esperienze;
  3. Maggiore densità dei componenti elementari o delle funzioni elementari svolte.

L’elevata integrazione riduce in modo drastico il numero delle connessioni tra i vari componenti e ciò, accompagnato dal loro miglioramento qualitativo, aumenta notevolmente l’affidabilità dei circuiti.

Per cogliere il senso dell’elevata affidabilità degli integrati, si pensi che se un qualsiasi circuito di notevole complessità, costruito essenzialmente con componenti integrati, fosse realizzato con componenti discreti avrebbe una scarsa probabilità di funzionare, per il notevole numero di connessioni e la conseguente elevata frequenza di guasti. L’impiego di circuiti integrati, oltre a consentire soluzioni circuitali migliori a causa dell’elevato numero di componenti elementari, é vantaggioso anche dal punto di vista elettrico per i seguenti motivi:

  1. 1. Le ridottissime dimensioni dei percorsi circuitali consentono di incrementare la velocità di risposta del circuito,
  2. 2. La minore potenza dissipata dai componenti integrati rispetto a quelli discreti elimina tutti i problemi a ciò connessi.

I circuiti integrati vengono suddivisi in base alla tecnologia di fabbricazione:

  1. circuiti integrati monolitici che vengono realizzati in un unico cip e costituiscono un vero e proprio componente elettronico;
  2. circuiti integrati ibridi che sono la miniaturizzazione di circuiti elettronici completi.

Tecnologia di produzione dei circuiti integrati monolitici

La prima operazione consiste nella progettazione del circuito integrato con la realizzazione della serie di disegni corrispondenti alle fotomaschere che verranno impiegate nelle fasi fotolitografiche. In questa fase sono previste anche operazioni di simulazione del funzionamento del circuito. Il disegno delle maschere viene eseguito ovviamente a progettazione ultimata, su scala maggiorata in modo da poter essere facilmente realizzato da un operatore; la successiva riduzione in scala reale avviene mediante procedimenti fotografici, così pure la sua riproduzione, in modo da consentire la realizzazione di un adeguato numero di integrati in un’unica piastra di silicio.

Le tecnologie di produzione dei circuiti integrati sono principalmente le seguenti:

  1. La tecnologia bipolare,
  2. La tecnologia MOS

Produzione mediante tecnologia bipolare

Anzi tutto si procede ad un accurato controllo dei wafers di silicio di base per verificare che non vi siano imperfezioni dovute a danneggiamenti della superficie. L’accurato controllo delle superfici, come pure il loro lavaggio con acqua deionizzata, al fine di rimuove qualsiasi residuo della precedente fase di lavorazione, sono operazioni che si ripeteranno nelle varie fasi produttive.

L’intera produzione viene eseguita in ambienti incontaminati e gli stessi operatori devono munirsi di opportune protezioni. Quindi il wafer viene sottoposto alle seguenti fasi di lavorazione successive:

  1. Crescita di uno strato epitassiale di tipo N sul substrato;
  2. Formazione di uno strato di biossido di silicio, SiO2, eseguita introducendo il wafer in appositi forni con temperatura attorno ai 1000 oC ed atmosfera umida.

A questo punto é necessario realizzare delle zone di strato epitassiale, isolate tra loro che costituiranno i componenti del circuito che si desidera integrare; nelle fasi successive ciascuna isola subirà un drogaggio specifico affinché assuma il comportamento fisico del componente desiderato.

3. Procedimento di fotoincisione delle isole che costituiranno i vari componenti.

4. In questa fase le zone precedentemente scoperte dall’ossido con la fotoincisione e che costituiranno l’isolamento tra le zone di formazione dei componenti vengono sottoposte a diffusione

con impurità di tipo P, eseguita in maniera tale da permettere al drogaggio di raggiungere il substrato di tipo P.

Le zone diffuse per isolare le varie parti hanno una concentrazione di atomi di impurità più elevata di quella del substrato, e ciò per impedire in queste zone l’espansione delle zone di transizione di giunzioni polarizzate inversamente, con conseguente corto circuito dell’isolamento. Questo viene denominato mediante giunzione PN e si attua polarizzando inversamente le giunzioni ottenute connettendo ad un potenziale negativo il substrato. Deve essere tenuto in debita considerazione la formazione di capacità parassite, che possono influire sul comportamento del circuito stesso. A questo punto in ciascuna delle zone isolate deve essere realizzato un componente elettronico del circuito; con la tecnologia attuale é possibile l’integrazione di transistor, di diodi, di condensatori e di resistori.

La metodologia é quella più volte vista in occasione della realizzazione di componenti discreti, con la diffusione di impurità adeguatamente controllate, in zone precedentemente scoperte dall’ossido.

Produzione mediante tecnologia MOS

La metodologia MOS ha avuto una forte espansione soprattutto nella produzione di circuiti integrati logici, tanto da essere fortemente competitiva con la metodologia bipolare descritta

precedentemente. Le principali caratteristiche della tecnologia MOS, confrontate con la tecnologia bipolare sono:

  1. Riduzione delle dimensioni dei componenti integrati e quindi possibilità di una maggiore densità di integrazione; la struttura MOS infatti non necessita di zone di isolamento, in quanto le tensioni che vengono applicate alle zone di drain e di source polarizzano inversamente le giunzioni PN che si formano col substrato;
  2. Processo di fabbricazione più semplice; infatti la tecnologia MOS non prevede l’accrescimento di uno strato epitassiale sul substrato in quanto ha una struttura;
  3. Bassi consumi.

Le principali strutture che possono essere realizzate in tecnologia MOS sono:

  1. PMOS, costituito da MOS a canale P ad arricchimento;
  2. NMOS, costituito da MOS a canale N sia ad arricchimento che a svuotamento; essa tende a sostituirsi alla precedente per la maggiore velocità di funzionamento;
  3. CMOS (Complementary MOS) sostituita da due MOS uno a canale P e l’altro a canale N opportunamente connessi

Circuiti integrati ibridi

I circuiti integrati ibridi sono costruiti con tecnologie che prevedono la realizzazione integrata di componenti passivi mediante la deposizione di film di materiali conduttori su di un substrato di materiale isolante. In questi circuiti vengono inseriti anche altri componenti, normalmente miniaturizzati. E’ quindi possibile realizzare in un unico contenitore un circuiti integrato ibrido, composto, ad esempio, da integrati ad alto grado di integrazione, da integrati bipolari ad elevata velocità di funzionamento, da componenti discreti in grado di operare con valori di tensione e corrente elevati.

Questi circuiti integrati rappresentano una alternativa ai circuiti integrati monolitici ed ai circuiti stampati ed i loro contenuti costi di produzione, dovuti essenzialmente alla tecnologia produttiva non particolarmente complessa, rendono conveniente anche una produzione di serie numericamente limitata come quella su commissione che, in definitiva, costituisce la scelta produttiva prevalente degli integrati ibridi.

Sistemi di produzione dei circuiti integrati ibridi

I circuiti integrati ibridi prevedono la realizzazione di componenti passivi e delle interconnessioni tra i componenti stessi mediante la deposizione di film di materiale conduttori su di un substrato di materiale isolante; in base al sistema di deposizione ed al tipo di film depositato, le tecnologie si distinguono in:

  1. tecnologia a film spesso,
  2. tecnologia a film sottile

Tecnologia a film spesso

Essa prevede che su di un substrato di materiale isolante vengano depositate, mediante successivi processi serigrafici, le varie parti circuitali, costituite da materiali nobili miscelati a resine e solventi. I processi serigrafici prevedono l’esecuzione grafica dei vari masters che vengono utilizzati nei processi fotolitografici al fine di scoprire le zone ove devono essere depositati i materiali costituenti le varie parti circuitali; ad ogni processo serigrafico segue una fase di cottura del materiale depositato. Al termine dell’operazione sono previste fasi di taratura dei resistori, di saldatura, taglio, controllo del circuito ed infine di incapsulamento.

Il sistema di incapsulamento dei circuiti integrati ibridi può avvenire con contenitori analoghi a quelli visti per i circuiti integrati monolitici.

Tecnologia a film sottile

Mentre lo spessore dei film spessi varia da 10 micron a 50 micron, quello dei film sottili é compreso tra 0,01 micron ed 1 micron; inoltre, mentre la tecnologia degli integrati a film spesso é di tipo additivo, quella dei film sottili é di tipo sottrattivo, in quanto vengono asportate, per attacco chimico e poi per processi fotolitografici, le parti di film non interessate alla configurazione finale del circuito. Gli strati dei film depositati sono di diversi materiali, in relazione al tipo di configurazione circuitale, come viene di seguito specificato:

  1. Film utilizzati per le connessioni, che impiegano come materiali oro, alluminio, rame;
  2. Film utilizzati per le resistenze, che impiegano il nichel-cromo, il tantalio, l’oro-platino ed altri tipi di leghe;
  3. Film utilizzati per il dielettrico dei condensatori, che impiegano l’ossido di tantalio, l’ossido di silicio, l’ossido di alluminio, l’ossido di titanio.

La deposizione dei film può avvenire mediante un processo di evaporazione sottovuoto o mediante un processo di spruzzamento di atomi (sputtering)

Dal confronto dei circuiti integrati ibridi prodotti con la tecnologia a film spesso e a film sottile, si nota che i primi presentano le seguenti caratteristiche vantaggiose:

  1. Basso costo di produzione, dovuto principalmente a fasi di lavorazione più semplici ed all’impiego di materiali meno costosi;
  2. Possibilità di realizzare incroci tra i conduttori su strati diversi;
  3. Possibilità di realizzare un’ampia gamma di resistori;
  4. Maggiore dissipazione di potenza.

A vantaggio dei secondi si segnala invece:

  1. Maggiore qualità dei componenti realizzati con migliori tolleranze e minori perdite;
  2. Possibilità di lavoro ad alte frequenze.

Attualmente risultano molto più impiegati i circuiti costruiti con la tecnologia a film spesso.