1 - ¿Qué es un
encapsulado?
Dado que los chips de silicio son muy delicados, incluso una pequeña
partícula de polvo o de gota de agua puede afectar su funcionamiento. La luz
también puede causar mal funcionamiento. Para combatir estos problemas, los circuitos integrados (“chips”) y los componentes
discretos (x ej. transistores) se encuentran protegidos por una carcasa o encapsulado.
El encapsulado cumple las siguientes
funciones:
§
Excluir las influencias ambientales: La humedad y el polvo
en el aire son causas directas de defectos en los dispositivos semiconductores,
además de las vibraciones y los golpes. La iluminación y los imanes también
pueden causar mal funcionamiento. EL encapsulado evita estas influencias
externas, y protege el chip de silicio.
§
Permitir la conectividad eléctrica: Si los chips de
silicio fueran simplemente encerrados dentro de un encapsulado no podrían
intercambiar señales con el exterior. Los encapsulados permiten la fijación de
conductores metálicos denominados pines o esferas de soldadura (BGA) permitiendo
que las señales sean enviadas a y desde el dispositivo semiconductor.
§
Disipar el calor: Los chips de silicio se calientan
durante el funcionamiento. Si la temperatura del chip se eleva hasta valores
demasiados altos, el chip funcionara mal, se desgastara o se destruirá
dependiendo del valor de temperatura alcanzado. Los encapsulados pueden
efectivamente liberar el calor generado.
§
Mejorar el
manejo y montaje: Debido a que los circuitos incorporados en
chips de silicio y los chips de silicio en sí son tan pequeños y delicados, no
pueden ser fácilmente manipulados, y realizar un montaje en esa pequeña escala
sería difícil. Colocar el chip en una cápsula hace que sea más fácil manejar y
de montar en placas de circuitos impresos.
Existen 2 clasificaciones generales para lo encapsulados, según contengan
circuitos integrados o componentes discretos, encapsulados IC y encapsulados discretos respectivamente. Ambos pueden ser de inserción
(Through-hole / thru-hole) o de montaje
superficial (SMD).
Para ver distintos tipos de encapsulados ir a la
bibliografía, no se van a enumerar aquí.
2 – Encapsulado PGA
(Pin Grid Array):
Es un encapsulado de
inserción. Los múltiples pines de conexión se sitúan en la parte inferior. Este
encapsulado se utiliza para circuitos integrados, principalmente
microprocesadores/CPUs de PC y era la principal opción a la hora de considerar
la eficiencia pin-capsula-espacio antes de la introducción de BGA.
Originalmente fue usado para
procesadores como el Intel 80386 y el Intel 80486.
El encapsulado PGA presenta
una matriz de pines en una de sus caras. Se fabrican de plástico o en una losa
de cerámica, sin embargo actualmente el plástico es el más utilizado, mientras
que los PGAs de cerámica se utilizan para un pequeño número de aplicaciones.
Los pines casi siempre se
espacian 2.54 milímetros entre sí. Para un número dado de pines, este tipo de
paquete ocupa menos espacio que los tipos más viejos como el Dual in-line
package (DIL o DIP).
3 – Microprocesador 80486
De los encapsulados PGA he
escogido un integrado utilizado como microprocesador, el Intel 80486DX en su
versión de 33 MHz.
Los Intel 80486 (i486, 486) son una familia de
microprocesadores de 32 bits con arquitectura x86.
Los i486 son muy similares a sus predecesores, los Intel
80386. Las diferencias principales son que los 486 tienen un conjunto de
instrucciones optimizado, una unidad de coma flotante, caché de nivel 1 (L1) integrada
(8 Kb) y un bus mejorado. Puede usar caché de segundo nivel (L2) fuera del chip
para aumentar aún más el rendimiento general del sistema. Estas mejoras hacen
que los i486 sean el doble de rápidos que un i386 e i387 a la misma frecuencia
de reloj. De todos modos, algunos i486 de gama baja son más lentos que los i386
más rápidos.
Las velocidades de reloj típicas eran 16 MHz (no muy
frecuente), 20 MHz (tampoco frecuente), 25 MHz, 33 MHz, 40 MHz, 50 MHz
(duplicación del reloj), 66 MHz (duplicación del reloj), 75 MHz (triplicación
del reloj) y 80MHz (versión de AMD con duplicación de reloj).
3.1) Características generales, número de pines,
medidas…
Ante la dificultad de
encontrar el datasheet del Intel 80486 he sacado la información del micro
Am486DX4 de Advanced Micro Devices (AMD), el cual es idéntico al menos en
medidas y número de pines. Los datos termodinámicos y eléctricos son los del
micro AMD.
El 80486 DX está encapsulado en el formato PGA (Pin Grid Array) de 168 pines
o terminales. La distancia entre los terminales es de 0,1 pulgadas (2,54
milímetros). La cápsula tiene forma cuadrada de 1,735 pulgadas (43,373
milímetros) a cada lado.
Los terminales se nombran
mediante una letra y un número, como se puede apreciar en el siguiente gráfico,
además de observar la relación de pines.
Nótese que al lado del pin
A1 la diagonal que hace el borde es más pronunciada que en las otras tres
esquinas. Esto sirve para la identificación mecánica del circuito integrado.
3.2) Datos eléctricos:
Su alimentación para el
núcleo es de Vcc = 3,3 v CMOS con una variación de ±0,3v.
28 terminales de Vss
23 terminales de Vcc
Las conexiones de potencia y masa se deben
realizar a todos los terminales externos mencionados arriba (Vss y Vcc). En el
circuito impreso, todos los terminales de Vcc deben conectarse a un plano de Vcc,
mientras que los terminales de Vss deben ir al plano de GND.
Debe haber buenos
condensadores de desacople cerca del 80386. El 80386 controlando los buses de
datos y dirección puede causar picos de potencia, particularmente cuando se
manejan grandes cargas capacitivas. Se recomiendan capacitores e
interconexiones de baja inductancia para un mejor rendimiento eléctrico. La
inductancia se puede reducir acortando las pistas del circuito impreso entre el
80386 y los capacitores de desacople tanto como sea posible.
Rango funcional operativo: Vcc
= 3,3v ±0,3v
Define los límites en los
que el funcionamiento del dispositivo está garantizado.
Máximos absolutos:
Voltaje en cualquier pin respecto de tierra -0,5v a
Vcc +2,6v
Voltaje de alimentación respecto a Vss -0,5v a +4,6v
Especificaciones corriente continua en rangos
operativos comerciales:
3.3) Datos termodinámicos:
Rango funcional operativo: TCASE = 0°C a +85°C
Define los límites en los
que el funcionamiento del dispositivo está garantizado.
Máximos absolutos:
Temperatura
en el interior -65°C a +150°C
Temperatura
en la carcasa -65°C a +110°C
Resistencia térmica (°C/W) ᶿJC
y ᶿJA:
ᶿJC : Resistencia
térmica entre la unión y el encapsulado del integrado.
ᶿJA : Resistencia
térmica entre el dispositivo y el aire.
Temperatura máxima del ambiente (°C) a distintos
flujos de aire:
Dimensiones del disipador:
3.4) Sockets
(Zócalos):
En
los que son de mecanismo ZIF (Zero
Insertion Force), el procesador se inserta y se retira sin necesidad de ejercer
presión alguna sobre él. Al levantar la palanquita que hay al lado se libera el
microprocesador, siendo extremadamente sencilla su extracción. Antiguamente
existía la variedad LIF (Low Insertion Force), que carecía de dicha palanca.
Los sockets para el
80486DX corresponden a la 4ª generación. Hay más que los mostrados a continuación, pero estos son los más usados.
Socket 486 (Zócalo original de 168-pin para el 80486) Pines: 168 LIF Voltajes: 5 V
Socket 1 Pines: 169 LIF y 169 ZIF Voltajes: 5 V
3.5) Creación de la huella (footprint) en Ares:
4) Bibliografía
Web:
Buscador de imágenes
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