1. Komponen pasif
3.4 Perkembangan IC Handphone
Perkembangan teknologi Hanphone pada generasi sekarang begitu pesat, sehingga fungsi handphone makin canggih dengan tambahan-tambahan fitur seperti kamera digital, radio, lcd berwarna dengan resolusi tinggi dll.
Pada handphone generasi lama ukurannya begitu besar, padahal belum terdapat fitur-fitur canggih di dalamnya. Mungkin yang kita bayangkan sebelumnya jika handphone di tambah fitur-fitur canggih maka ukuran handphone akan makin besar.
Dengan kemajuan teknologi semikonduktor yaitu IC (Intergrated Circuit) ukuran Handphone makin kecil padahal terdapat tambahan-tambahan fitur didalamnya. Hal tersebut di sebabkan rangkaian system handphone sudah banyak yang di gabungkan di dalam satu IC, sehingga sudah tidak lagi membutuhkan tempat yang besar. Akan tetapi bila bermasalah pada salah satu system tersebut, maka harus diganti keseluruhannya karena sudah dibuat satu packing. (Chattopadhyay D, 1989)
IC yang paling banyak dipasaran diantaranya:
UEM
Pada ponsel Nokia terdapat IC UEM (Universal elktronik module), pada IC tersebut merupakan gabungan subsistem :
Power supply Control charging UI driver
Multy mode converter Audio amplifier Eeprom
Booster SIMCard
Dll
Rangkaian terpadu (integrated circuits atau yang disingkat dengan IC) dapat dibagi menjadidua kelas, yakni : monolitik dan hibrida. Rangkaianterpadu molitik adalahrangkaian terpadu, dimana rangkaian lengkap, termasuk elemen aktif danpasig dan sambungan-sambungannya, terbentuk di atas atau di dalam lempengan tunggal kristalin silicon. Kata ‘monolitik’ berasal dari dua kata Yunani monos yang berarti ‘tunggal ‘, dan
litos yang berarti ‘batu’. Bagian dri wafer silicon yng berisi rangkaian terpadu dinamakan sepih (chip). Serpih yang kecil dapat menampung sejumlah besr 1.65 mm x 1.65 mm biasnya dapat menampung 35 transistor, 30 tahanan, beberapa kapasitor dan sambungan- sambungannya. Dalam rangkaian terpadu hibrida, komponen-komponen dipasang pad lndasan keramik dan diantarhubungkan dengan kawat-kawat atau pol metalisasi. IC hibrida dapat berisi sejumlah IC monolitik.
Dari segi fungsional, rangkaian terpadu dapat dibagi dalam dua kelas; linier dan digital. Rangkaian digital digunakan untuk penyambung, yakni mereka dapat ‘hidup’ (on) atau ‘mati ‘ (off), dan tidak bekerja di antaranya. Dalam rangkaian linear, beberapa tingkat masuk memberikan tingkt keluaran bersangkutan, dan sering hubungan masukan- keluarannya linear. IC linear digunakan dalam penguat, osilator dan sebagainya. Sebaliknya, IC digital digunakan dalam komputer dan rangkaian logika.
Rangkaian terpadu memiliki sejumlah keuntungan dibandingkan dengan rancangan rangkain diskrit (terpisah). Beberapa di antaranya diutarakan di bwah ini:
• IC jauh lebih kecil ukuranny dna lebih ringan.
• Sejumlah besr rangkaian atau komponen dapt diproses dalam satu operasi yng menyebabkan berkurangnnya biaya.
• Dengan tidak adanya solderan, IC jauh lebih handal.
• Suatu rangkaian kompleks dapat dipadukan dengn ukuran wajar dengan biaya murah untuk memberikan krakteristik penampilan yng lebih baik.
• Penguat IC memberikan penampilan frekuensi tinggi yang lebih baik, karena ukuran komponen yang kecil dan sambungan yang lebih pendek.
Fabrikasi Rangkaian Terpadu Monolitik
Komponen-komponen rangkaian seperti transistor, dioda, tahanan dan kapasitor dan sambungannya difabrikasi pada lapisan permukaan silikon tipis dengan proses yang dinamakan proses difusi planar. Kata planar digunakan karena faavrikasi dilakukan pada permukaan wafer yang datar (plan). Proses plnar terdiri dari penumbuhan lapisan
epitaksial, penghilangan daerah-daerah oksida tertentu secara terpilih dan memberikan difusi benda padat dari pencampur tertentu ke dalam daerah bebas oksida pada silikon. Oksida dan kemudian difusi diulang-ulang beberapa kali dengan berbagai jenis pencampur untuk menghasilkan susunn alat yang diperlukan. Transistor merupakan komponen lain dibuka dengan satu atau beberapa proses yang diperlukan untuk membuat transistor.
Di bawah ini tahap-tahap yang diperlukan untuk fabrikasi rangkain transistor yang ditunjukkan dalam Gambar 1.1.
Tahap 1. Penumbuhan lapisan epitaksial; Bahan bakunya adalah wafer silikon jenis p setebal 150 µ m. wafer ini dinamakan landasan. Suatu lapisan epitaksial jenis p (tebal ≈ 25µ m) kemudian ditumbuhkn di atas landasan. Lapisna epitaksial inipada akhirnya akan menjadi kolektor. Setelah memoles dan membersihkan permukaan epitaksial, suatu lapisan oksida tipis (SiO2) (≈ 1 µ m) terbentuk diatas lapisan epitaksial dengan
memanaskan landasan sampai sekitar 1000oC dalam atmosfer oksigen. Tiga lapisan tersebut ditunjukkan dalam Gambar 1.2a. Lapisan SiO2 digunakan terutama untuk
mencegah difusi pencampur.
1
2
3 4
Gambar 1.1 Bentuk rangkaian khas
Tahap 2. difusi: Dengan proses etsa fotolitografi oksida pada tiga bagian yang telah dipilih dihubungkan dnwafer dibiarkan difusi pencampur akseptor (yakni boron). Hal ini disebut difusi terpilih karena difusi hanya terjadi melewati daerah di mana oksida telah dihilangkan, dan tidak lewat daerah lain. Proses difusi berlangsung ters sementara waktu sedemikian sehingga pencampur jenis p meresap ke dalam lapisan epitaksial jenis n dan mencapai landasn jenis p (gambar 1.2b). Daerah-daerah jenis n dinamakan pulau-pulau isolasi karena daerah-daerah ini diisolasi listrik oleh dua hubungan p-n yng bertolak belakang. Karena itu, landasan jenis p harus dijga negatif terhadap pulau-pulau isolasi. Hubungan p-n catu balik yang dihasilkan mempunyai resistansi yang tinggi (puluhan mega ohm) sehingga menimbulkan isolasi listrik. Ini dikenal sebagai isolasi hubungan.
Tahap 3. Difusi Basis: Sebelum membentuk derah basis, lapisan oksida baru terbentuk di atas permukaan wafer, dan menggunakan proses fotolitografi, pola yang ada dalam gambar 1.2c dikembangkan. Pencampur jenis p (boron) kemudian didifusikan lewat jendela-jendela membentuk daerah basis dari transistor dan tahanan komponen pasif. Dalam hal ini, waktu difusi diatur sedemikian rupa sehingga pencampur jenis p tidak mencapai landasan.
Tahap 4. Difusi Emiter: Untuk itu, lapisan oksida baru dibentuk lagi atas permukaan wafer dan dengan menggunakan proses fotolitografi dibentuk jendela dengan pengetsa lapisan oksida dari salah satu derah p. Lewat jendela ini pencampur jenis n (fosfor) didifusikan untuk membentuk emiter dari transistor (gambar 1.2d).
Tahap 5. Metalisasi Aluminium: Untuk membuat kontak listrik dengan berbagai daerah beberapa jendela dibentuk pada lapisan SiO2 yang baru saja terbentuk. Kemudian lapisan aluminium tipis
Lapisan SiO2
Lapisan epitaksial jenis n 1p+ n p+ n p+
Landasan jenis p p (a) (b) p+ p p+ p p+ p+ p p+ p p+ p p (c) (d) 1 2 3 4 F B
Gambar 1.2. Beberapa tahap fabrikasi IC monolitik.
p
n
p- p p+
diendapkan diseluruh permukaan atas dengan menggunakan teknik pengendapan hampa. Daerah aluminium yang tidak dikehendaki kemudian dikelupas dengan menggunakan kedok (mask) fotoresis. Susunan tersebut kemudian dilengkapi dengan jalur-jalur penghubung yang ditempelkan kawat-kawat, seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.2e.
Dalam praktek, sejumlah besar rangkain identik dibuat serentak pada wafer silikon . Setelah proses metalisasi, wafer diiris dengan menggunakan pisau berujung intan untuk memisahkan rangkaian-rangkaian individu. Sambungan ke masing-masing rangkaian terpadu dilakukan dengan menempelkan kawat emas lembut ke bagian rangkaian yang bersangkutan. Masing-masing IC kemudian dikemas dengan kawat-kawat (kaki-kaki) yang keluar dari kemasan.
Untuk mengidentifikasi rangkaian terpadu Gambar 1.2(e) dengan rangkain Gambar 1.1, diberi tanda-tanda (1), (2), (3),dan (4). Isolasi listrik antara komponen- komponen diberikan oleh isolasi hubungan, seperti telah dijelaskan sebelumnya.
Proses Fotolitografi: Film emulsi tahan cahaya (fotosensitif) yang sama rata ( misalnya fotoresistif kodak KPR) mula-mula dilapiskan kepermukaan wafer. Pola jendela yang diinginkan diubah menjadi tatanan hitam dan putih dan kemudian diperkecil secara fotografi. Film negatif kemudian diletakkan sebagai kedok di atas fotoresis seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.3a. Permukaan wafer dengan kedok kemudian disinari cahaya ultraviolet (UV) di mana fotoresis di bawah bagian transparan dari negatif menjadi terpolimer. Kedok kemudian dikeluarkan dan wafer ‘dicuci’ dengan menggunakan trikloroetilen yang melarutkan bagian yang tidak terpolimerkan dari fotoresis dan membiarkan permukaan seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.3b. Oksida yang tidak ditutup oleh fotoresis terpolimer kemudian dihilangkan (Gambar 1.3c) dengan mencelupkan serpih dalam larutan pengetsa asam hidrofluorik. Fotoresis yang terpolimer dihilangkan dengan ‘proses pengelupasan’ dan pencampur yang bersangkutan didifusikan lewat jendela-jendela bebas oksida (Gambar 1.3d)
1.3 Komponen Rangkaian Terpadu
(i) Transistor dan Dioda: Dalam fabrikasi transistor diskrit (terpisah), landasan biasanya digunakan sebagai kolektor. Tetapi dalam rangkain terpadu, daerah kolektor terpisah didifusikan seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.2e. Kolektor secara listrik diisolasi dari landasan oleh dioda isolasi dicatu balik yang terbentuk oleh pulau-pulau isolasi dan daerah p+ (Gambar 1.2b). Namun, dioda isolasi menyebabkan dua pengaruh yang tidak diinginkan: (a) mereka memberikan kapasitansi sejajar parasitis ke kolektor, dan (b) suatu arus bocor.
Ultraviolet
Fotoresis Kedok (mask) terpolimerisasi Fotoresis
SiO2
Gambar 1.3. Proses fotoetsa
Dioda rangkaian terpadu difabrikasi dengan teknik difusi sama dengan yang digunakan untuk fabrikasi transistor. Di sini hanya dua dari tiga daerah yang digunakan untuk membentuk dioda hubungan p-n. Difusi emiter basis sangat umum digunakan untuk fabrikasi dioda. Dalam hal ini, kolektor dapat dihubungkan singkat secara listrik ke basis atau dibuka saja.
(ii) Tahanan: Suatu tahanan IC umumnya dibuat dengan menggunakan tahanan untuk dari salah satu daerah terdifusi. Difusi basis jenis p sering digunakan. Harga tahanan (resistansi) ditentukan dari tahanan jenis dan ukuran daerah basis harga resistansi yang
dapat diperoleh dengan teknik difusi umumnya berkisar dari satu ohm sampai ratusan kilo ohm.
Tahanan film tipis yang dihasilkan dengan pengendapan lapisan tipis juga membentuk tahanan untuk rangkain terpadu.
(iii) Kapasitor: kapasitor rangkaian terpadu diperoleh dari hubungan p-n dicatu balik. Kapasitor demikian tergantung pada tegangan. Kapasitor IC dapat pula difabrikasi dengan menggunakan lapisan dioksida silikon sebagai dielektrik. Dalam hal ini, daerah n yang disuntik berat untuk membentuk satu lempengan, sedangkan lempengan yang lain terbentuk dengan mengendapkan film aluminium pada permukaan dioksida silikon. Karena luas yang tersedia untuk fabrikasi kapasitor IC sngat kecil, hanya mungkin dibuat kapasitansi kecil kurang dari 200 pF.
(iv) Induktor: Induktor IC yang dapat digunakan sampai saat ini belum dapat dibuat. Namun, kalau suatu induktor diperlukan dalam rangkaian terpadu, induktor diskrit disambungkan dari luar.
1.4 Keterbatasan Teknologi IC
Di samping keuntungan dari rangkaian terpadu, teknologi mempunyai keterbatasan berikut:
(i) Induktor IC, trasformator, kapasitor ukuran besar (lebih besar dari 200 pF) tidak dapat dihasilkan.
(ii) Tahanan IC mempunyai harga terbatas (biasanya 10 ohm sampai batasan kilo ohm). (iii) Toleransi komponen pasif cukup besar. Harga toleransi khas +/-20 persen.
(iv) Komponen IC mempunyai koefisien temperatur tinggi dan harganya juga peka tegangan.
(v) Akibat adanya kapasitansi parasitis, penampilan frekuensi tingginya terbatas. (vi) Teknologi IC menjadi amat mahal untuk produksi dalam jumlah kecil. (vii) Penampilan transistor p-n-p kurang baik.
(viii)Kemampuan disipasi dayanya juga kecil.
Penguat operasional disingkat (OP AMP) merupakan contoh rangkain terpadu linear yang paling baik. Dalam bagian-bagian berikut, akan dijelaskan karakteristik dasar dan beberapa penggunaan OP AMP.
