O que é um encapsulamento de circuitos integrados?

O encapsulamento de CIs é basicamente um invólucro de proteção que envolve o chip de silício de um circuito integrado. Sua principal função é proteger o chip contra umidade, corrosão e isolar os pinos. O encapsulamento pode ser feito de material metálico, cerâmico ou de poliméricos (plásticos).

Neste artigo iremos mostrar os principais encapsulamentos de circuitos integrados, são as versões DIP SIP e ZIP, com seus sub-encapsulamentos.

Tipos de Encapsulamentos de Circuito Integrado

Existem vários tipos de encapsulamentos de circuito integrado Through-hole package,  aqui estão só as versões básicas, pois existem centenas de tipos de encapsulamentos de circuito integrado, sem contar os obsoletos, híbridos e especiais de alguns fabricantes.

Encapsulamento DIP

DIP (Dual In-Line Package), traduzindo diretamente para o português, quer dizer pacote com duas fileiras de pinos nos lados cumpridos. O encapsulamento DIP é um dos mais populares para circuito integrado multiterminal.

Geralmente apos a sigla DIP existe um numero, ele corresponde ao numero de terminais ou pinos, acima na imagem um circuito integrado DIP18, se fosse um microcontrolador ATmega8 com 28 pinos o encapsulamento seria DIP28.

O encapsulamento DIP é plástico e serve para diversos tipos de circuitos, como CMOS, TLL, amplificadores operacionais,  microcontroladores, amplificadores de áudio de baixa potência, etc.

Dependendo do material, espaço de pinos ou função especial que o circuito integrado é construído ele recebe uma letra antes do DIP, PDIP para invólucro de plástico e CDIP para invólucro de cerâmica como no exemplo cima.

Acima um SDIP (Shopping) – um circuito integrado DIP, mas com uma menor distância entre os pinos e com os pinos mais finos. Ele é usado em microprocessadores, controladores e CPU de diversos aparelhos eletrônicos.

Existem algumas versões do encapsulamento DIP como o HDIP (Heat-dissipating), que são geralmente circuitos eletrônicos de média corrente e que tem que dissipar muito calor.  Por este motivo ele tem uma espécie de asa entre no lugar dos pinos centrais.

Este encapsulamento é usado em amplificadores de áudio de média potência, controle de pequenos motores, etc.

Encapsulamento SIP

SIP (Single In line Package) traduzindo diretamente para o português, quer dizer pacote com uma fileira de pinos. O encapsulamento SIP também é bem popular, ele tem a vantagem de ocupar menos espaço.

Acima uma versões do encapsulamento SIP com dissipador de calor, invólucro HDIP (Heat-dissipating), que são geralmente circuitos eletrônicos de média corrente e que tem que dissipar muito calor.

Encapsulamento ZIP

O encapsulamento ZIP (Zigzag In line Package) é igual ao SIP só que os pinos estão dispostos em zigzag (imagem acima) , este encapsulamento também existe a versão HZIP (Heat-dissipating) com dissipador.

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Fonte: Nova Elétrica.

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Recebe o nome de dínamo (da palavra grega dynamis, que significa força) um gerador de eletricidade, destinado a transformar energia mecânica em energia elétrica.

Este equipamento consiste basicamente de um ímã fixo em um eixo móvel, sendo que ao redor deste há uma bobina (um extenso fio enrolado em espiras e feito de material condutor elétrico, geralmente cobre), sem que haja contato físico entre a bobina e o ímã.

Dois tipos de dínamo são utilizados:

• dínamo em corrente contínua, no qual seu conjunto fornece corrente contínua, ou seja, corrente que circula num só sentido apenas.
• o alternador, ou dínamo de corrente alternada, fornecedor de corrente alternada, corrente que circula em um e outro sentido alternadamente. Há certa confusão entre estas denominações, e algumas fontes costumam-se referir a este conjunto especificamente como alternador, apenas. Assim, dínamo seria somente o gerador de corrente contínua.

O princípio de funcionamento de um dínamo está ligado ao fenômeno da indução eletromagnética num quadro plano que gira em campo magnético unifome. Tal fenômeno pode ser explicado pela Lei de Lenz, que estabelece que o sentido da corrente induzida é oposto da variação do campo magnético que a gera. Assim, a variação de um campo eletromagnético gera corrente elétrica. Tanto no dínamo de corrente alternada como no de corrente contínua o quadro é percorrido por corrente alternada. A diferença entre eles está na maneira de colher essa corrente para fora do quadro. Essa captação da corrente para fora do quadro é feita por um dispositivo chamado coletor.

O desenvolvimento do dínamo inicia-se com as pesquisas de Hans Orsted, que, ao observar que a agulha de uma bússola oscilava quando aproximada a um fio condutor percorrido por corrente elétrica. Posteriormente, Michel Faraday se interessou pelo fenômeno e após alguns experimentos, observou que quando um imã se move próximo de um circuito elétrico ativo, a corrente elétrica do circuito é alterada.

Os principais componentes de um dínamo são:

• campo eletromagnético -  Eletroímã fixo constituído por uma barra de ferro e bobinas; quando exposta a uma corrente carregada eletricamente, cria-se um campo magnético.
• comutador - Placas condutoras que são isoladas umas das outras e ligadas à bobina do campo, recebendo e retificando a corrente alternada induzida.
• eixo - Parte cilíndrica que transmite um movimento de rotação a armadura do Dínamo.
• quadro - Caixa metálica que abriga o campo magnético.
• ventoinha - Dispositivo com pás que permite a circulação do ar de modo a resfriar o dínamo.
• armadura - Parte móvel do dínamo que é constituída por uma bobina, que produz uma corrente eléctrica à medida que gira dentro do campo.
• bobina - Fio condutor que é enrolado em torno do cilindro da armadura, que gira no campo magnético produzido pelo indutor para criar uma corrente eléctrica.
• escova - Condutor que é friccionado contra as placas do comutador e transmite a corrente contínua produzida pelo dínamo a um circuito exterior.

Segue abaixo exemplo de dínamo:

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Fonte: Info Escola.

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Muito utilizado em equipamentos eletrônicos, os semicondutores são sólidos capazes de mudar sua condição de isolante para condutores com grande facilidade. Isso se deve ao fato de que os semicondutores possuem uma banda proibida intermediária.

 A banda proibida é a região localizada entre as bandas de valência, ou camada de valência do átomo, e a banda de condução (região onde, sob ação de um campo elétrico, se forma a corrente elétrica).

Quando os elétrons recebem certa quantidade de energia, eles se tornam livres e saem da camada de valência para a camada de condução. A condutividade dos semicondutores pode ser alterada variando-se a temperatura, o que faz com que atinjam uma condutividade semelhante a dos metais. Os semicondutores podem ser de silício ou germânio, utilizado para a fabricação de componentes eletrônicos, como, por exemplo, os transistores.

Bandas de Valência, banda proibida e banda de condução de: Isolantes, condutores e semicondutores.

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Fonte: Mundo da Educação.

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O primeiro Microprocessador desenvolvido foi o 4-bit pela Intel, lançado por volta de 1971, a fim de atender as necessidades de uma companhia japonesa conhecida como Busicon, que acabou não comprando a ideia. O produto já estava desenvolvido e o custo caia sobre a desenvolvedora Intel, que resolveu então colocá-lo no mercado como um sistema de microprocessador de “uso geral”.

Microcontrolador - Foto google.

O componente foi um sucesso, e logo a Intel desenvolveu novos microprocessadores de 4bits (chamado de 4004) e logo depois uma segunda geração de microprocessadores de 8bits (chamado de 8008). Por volta de 1974 a Motorola lançou o seu primeiro microprocessador, denominado 6800 que concorria diretamente com o Intel 8080, porém a arquitetura interna usada era totalmente diferente.

Intel e Motorola continuaram com o desenvolvimento de novas gerações que cada vez mais ampliavam seus bits, mas mantiveram as diferenças fundamentais na arquitetura de seus processadores.  Logo, muitos dos atuais microcontroladores são originários nas famílias 8080 e 6800. Outros fabricantes, como a Rockwell que produziu microprocessadores com arquitetura 6800 (6502), enquanto que a Zilog desenvolveu o famoso Z80 (com arquitetura 8080).

O que é um Microcontrolador?

O microcontrolador é um pequeno componente eletrônico, dotado de uma inteligência programável, utilizado no controle de processos lógicos. É pequeno porque em uma única pastilha de silício encapsulada existem todos os componentes necessários ao controle de um processo.

Dotado de inteligência programável porque possui uma Unidade Lógica Aritmética, onde todas as operações matemáticas e lógicas são executadas. E toda essa lógica é estruturada na forma de um programa e gravada dentro do componente, estão, toda vez que o microcontrolador for alimentado o programa interno será executado.

Utilizado no controle de processos, que deve ser entendido como o controle de periféricos como led, displays, relés, sensores, etc. São chamados de controles lógicos porque a operação do sistema baseia-se nas ações lógicas que devem ser executadas, dependendo do estado dos periféricos de entrada e saída.

Aplicações!

Microcontrolador aplicado - Foto Laboratório Grupo Web.

São inúmeras aplicações, muitas vezes possuindo não um, mas vários microcontroladores, que juntamente com seus softwares, agregam valor e viabilizam a produtos com maiores funcionalidades, eficiência, usabilidade e segurança.

Os sistemas microcontrolados estão presentes nas mais diversas áreas, dentre as quais estão a automação industrial, automação comercial, automação predial, área automobilística, agrícola, produtos manufaturados, eletrodomésticos, telecomunicações, etc.

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O transístor é um componente eletrônico que começou a popularizar-se na década de 1950, tendo sido o principal responsável pela revolução da eletrônica na década de 1960. São utilizados principalmente como amplificadores e interruptores de sinais elétricos, além de retificadores elétricos em um circuito, podendo ter variadas funções. O termo provém do inglês transfer resistor (resistor/resistência de transferência), como era conhecido pelos seus inventores.

 O processo de transferência de resistência, no caso de um circuito analógico, significa que a impedância característica do componente varia para cima ou para baixo da polarização pré-estabelecida. Graças a esta função, a corrente elétrica que passa entre coletor e emissor do transistor varia dentro de determinados parâmetros pré-estabelecidos pelo projetista do circuito eletrônico. Esta variação é feita através da variação de corrente num dos terminais chamados base, o que, consequentemente, ocasiona o processo de amplificação de sinal.

Entende-se por “amplificar” o procedimento de tornar um sinal elétrico mais forte. Um sinal elétrico de baixa intensidade, como os sinais gerados por um microfone, é injetado num circuito eletrônico (transistorizado, por exemplo), cuja função principal é transformar este sinal fraco gerado pelo microfone em sinais elétricos com as mesmas características, mas com potência suficiente para excitar os alto-falantes. A este processo todo se dá o nome de ganho de sinal.

É conveniente salientar que é praticamente impossível serem encontrados circuitos integrados que não possuam, internamente, centenas, milhares ou mesmo milhões de transistores, juntamente com outros componentes como resistores e condensadores. Por exemplo, o microprocessador Cell do console Playstation 3 tem aproximadamente 234 milhões de transistores, usando uma arquitetura de fabricação de 45 nanômetros, ou seja, a porta de controle de cada transistor tem apenas 45 milionésimos de um milímetro.

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Uma fonte chaveada ou comutada (em língua inglesa switched-mode power supply (SMPS)), é uma unidade de fonte de alimentação eletrônica que incorpora um regulador chaveado, ou seja, um circuito controlador interno que chaveia (comuta) a corrente, ligando e desligando rapidamente, de forma a manter uma tensão de saída estabilizada. Reguladores chaveados são utilizados para substituição de reguladores lineares mais simples, quando uma eficiência maior, menor tamanho e maior leveza é requerida. Eles, entretanto, são mais complexos e mais caros, e o chaveamento da corrente pode causar problemas de ruído (tanto eletromagnético quanto sonoro) se não forem cuidadosamente suprimidos, e projetos simples podem ter baixo fator de potência.

As fontes chaveadas podem ser classificadas de acordo com a forma de onda da tensão de entrada e de saída conforme segue:

·Entrada CA, saída CC: retificador;

·Entrada CC, saída CC: conversor de tensão, ou conversor decorrente ou conversor CC/CC;

· Entrada CA, saída CA: Conversor de freqüência, cicloconversor;

·Entrada CC, saída CA: inversor;

Sendo que CA e CC correspondem, respectivamente, às abreviações de corrente alternada e corrente contínua.

Vista interna de uma Fonte Chaveada ATX comum em computadores. A - retificador em ponte. B - capacitores de filtro de entrada C - transformador D - indutores de filtro de saída E - capacitores de filtro de saída.

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Fotoacoplador, também chamado de acoplador ótico, optoacoplador ou optoisolador, é um componente formado basicamente por um LED e um fototransístor dentro de um CI com a função de transferir uma informação elétrica entre dois circuitos através de luz, ou seja, sem contato elétrico entre eles.

Funcionamento: Aplicando uma tensão nos pinos do LED, este acende e a luz polariza a base do fototransistor interno. Desta forma, o fototransistor conduz e faz a corrente circular por outro circuito isolado eletricamente. Estes componentes são usados como sensores em alarmes, aparelhos de som, videocassetes, eletrônico industrial e em fontes chaveadas são usados para ajudar a regular as tensões de saída (+B). Existem vários tipos de fotoacopladores, alguns com dois LEDs e dois fototransístores (duplo), outros ainda mais complexos, contendo muitos componentes no interior do CI.

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Varistor é um componente eletrônico cuja função é de proteção contra altas tensões em circuitos. À medida que a diferença de potência sobre o varistor aumenta, sua resistência diminui. Também conhecidos como VDR do inglês Voltage Dependent Resistor.

Os VDRs são geralmente utilizados como elemento de proteção contra transientes de tensão em circuitos, tal como em filtros de linha. Montados em paralelo com o circuito que se deseja proteger, impedem que surtos de pequena duração os atinjam, por apresentarem uma característica de "limitador de tensão". No caso de picos de tensão de maior duração, a alta corrente que circula pelo componente faz com que o dispositivo de proteção, disjuntor ou fusível, desarme, desconectando o circuito da fonte de alimentação. O VDR protege o equipamento a jusante desviando a sobretensão, ou sobrecorrente, para o terra, pois comporta-se como um curto-circuito submetido a altas tensões.

Imagem da aplicação dos Varistores em um Inversor CFW09 380V/86A, equipamento em manutenção no laboratório Web. Utilização dos Varistores entre as fases de entrada do equipamento (R, S e T).

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Transformadores são equipamentos utilizados na transformação de valores de tensão e corrente, além de serem usados na modificação de impedâncias em circuitos elétricos. O principio de funcionamento de um transformador é baseado nas leis de Faraday e Lenz, as leis do eletromagnetismo e da indução eletromagnética, respectivamente.

Estes equipamentos possuem mais de um enrolamento, sendo que estas partes são chamadas de primário e secundário em casos de transformadores com dois enrolamentos, e em transformadores que possuem três enrolamentos, além dos dois nomes já citados, o terceiro enrolamento é denominado terciário.

Existem diversos tipos de transformadores: os monofásicos, que operam no máximo em duas fases (127V -220V ); os trifásicos (ou de potência), que funcionam em três fases (220V-380V-440V) e são aplicados na transformação de tensão e corrente, em que eleva-se a tensão e diminui-se a corrente, assim diminuindo a perda por Efeito Joule (perdas por sobreaquecimento nos enrolamentos); os autotransformadores, que tem o seu enrolamento secundário ligado eletricamente ao enrolamento primário e os de baixa potência, que são utilizados unicamente para diminuir impedâncias de circuitos eletrônicos e para casar impedâncias, a utilização deste tipo de transformador se dá a partir da acoplagem deste à entrada do primário de outro transformador.

Além de serem classificados de acordo com o fim a ser usado, ainda existe a classificação de acordo com o núcleo. Os tipos de transformadores de acordo com o núcleo são: os de núcleo de ar, cujos enrolamentos ficam em contato com a própria atmosfera e os de núcleo ferromagnético, onde são usadas chapas de aço laminadas (no geral usam-se chapas de aço-silício, por diminuírem a perda por Correntes de Foucault ou correntes parasitas).

Alguns transformadores são sensíveis a acoplamento estático nos enrolamentos, por isso eles recebem uma proteção chamada de Blindagem Eletrostática.

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Fonte: Info Escola

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O reator eletromagnético tem a função de auxiliar a partida estabilizada das lâmpadas fluorescentes, sem que haja cintilação. Funciona como um limitador de corrente evitando que a lâmpada queime.

Funcionamento do Reator

Um reator eletromagnético é formado por uma bobina de fio de cobre que envolve um núcleo de material ferro-magnético. Para fazer a lâmpada acender esse conjunto é ligado à rede elétrica, que faz circular a corrente pela bobina, o que faz gerar uma perda de energia em forma de calor, conhecida como perda JOULE, motivo que faz o reator esquentar. O reator limita a corrente ideal para o perfeito funcionamento da lâmpada.

De acordo com as normas ABNT, a temperatura máxima de funcionamento de um reator é de 90º C e quando ele opera acima dessa temperatura, é hora de ser substituído, e isso indica que há algum defeito no produto ou que ele foi produzido inadequadamente ou com matérias-primas de baixa qualidade, colocando em risco a instalação e principalmente a segurança do imóvel e, é claro, dos moradores.

Um reator eletromagnético de baixa qualidade pode causar curtos-circuitos e até mesmo provocar incêndios, além de reduzir a vida das lâmpadas e starters, prejudicando toda a instalação elétrica em volta. Vale lembrar que prédios públicos e grandes empresas utilizam muito lâmpadas fluorescentes em sua iluminação, e qualquer acidente com essas lâmpadas pode significar colocar a vida de muitas pessoas em risco.

O starter é uma peça que produz um pulso e alta tensão que ioniza o gás da lâmpada. O funcionamento do reator de partida convencional requer o uso desse starter para armar o circuito no reator e aquecer os filamentos das lâmpadas. Quando os filamentos ficam aquecidos, o starter abre e o reator libera a corrente adequada de partida, limitando depois o fluxo desta aos valores corretos para o funcionamento adequado da lâmpada. Daí a importância e se utilizar um reator de qualidade, para que ele assegure que a partida seja segura e adequada à lâmpada.

Tipos de reatores eletromagnéticos

Há dois tipos de reatores eletromagnéticos: o de partida convencional (com starter) e o de partida rápida.

O reator de partida convencional precisa do uso do uso de starter ou de um interruptor manual para armar o circuito no reator e aquecer os filamentos das lâmpadas.

Já os reatores de partida rápida liberam os níveis adequados de energia para que os filamentos das lâmpadas se aqueçam continuamente.

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O nome IGBT, é uma sigla de origem Inglesa e significa Insulated Gate Bipolar Transistor ou, em Português Transistor Bipolar de Porta Isolada. Se tratando de um semicondutor de potência, que apresenta uma tensão pequena em relação à saturação e, ao mesmo tempo, mostra uma grande capacidade de corrente.

Os transistores bipolares de potência possuem características que permitem sua utilização no controle de correntes elevadas com muitas vantagens. No entanto, as suas características de entrada, exigindo correntes elevadas, já que operam como amplificadores de corrente.

Os transistores de efeito de campo MOS de potência podem também controlar potências elevadas com muitas vantagens pelo fato de que exigem tensão para o disparo, pois embora sejam dispositivos de alta impedância, têm como desvantagem uma baixa velocidade de comutação devida às capacitâncias de comporta que aumentam com a intensidade de corrente (largura do canal) que deve ser controlada.

Juntando o que há de bom nestes dois tipos de transistores, o IGBT é um componente que se torna cada vez mais recomendado para comutação de cargas de alta corrente em regime de alta velocidade.

 

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Fonte: Newton C Braga

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