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 o abrir permanentemente un camino conductor de electricidad (generalmente cuando la corriente a través del camino excede un límite específico), un antifusible comienza con una resistencia alta (un circuito abierto) y programación. lo convierte en una ruta eléctricamente conductora permanente (normalmente cuando el voltaje a través del antifusible excede un cierto nivel). [1] Esta tecnología tiene muchas aplicaciones. Los antifusibles son más conocidos por su uso en luces de árbol de Navidad de bajo voltaje estilo miniluz (o miniatura) .
Las luces de bajo voltaje no pueden soportar el voltaje total típico de un circuito residencial y están conectadas en serie, a diferencia de las luces tradicionales más grandes, de estilo C7 y C9, que están conectadas en paralelo y están clasificadas para funcionar directamente con la red eléctrica/voltaje residencial. Dado que una bombilla fundida en un circuito en serie abriría todo el circuito, una cadena en serie quedaría inoperable si fallara una sola lámpara. [2]
Debido a esto, cada bombilla tiene un antifusible instalado en su interior, normalmente como un cable de derivación interno. [3] Cuando se funde la bombilla, se aplica toda la tensión de red a través de la única lámpara fundida. Esto rápidamente hace que el antifusible cortocircuite la bombilla fundida, permitiendo que el circuito en serie reanude su funcionamiento, aunque ahora con una mayor proporción del voltaje de la red eléctrica aplicada a cada una de las lámparas restantes. El antifusible está fabricado con alambre con un revestimiento de alta resistencia y este alambre se enrolla sobre los dos alambres verticales de soporte del filamento dentro de la bombilla. El aislamiento del cable antifusible resiste el bajo voltaje ordinario impuesto a través de una lámpara en funcionamiento, pero se rompe rápidamente bajo el voltaje total de la red eléctrica, lo que proporciona la acción antifusible.
A medida que fallan más bombillas en la cadena, se aplica un voltaje cada vez más alto a las bombillas restantes. A menudo, se incorpora a la cadena de luces una bombilla especial sin antifusible y, a menudo, con una clasificación ligeramente diferente (por lo que se funde primero cuando el voltaje aumenta demasiado), conocida como "bombilla con fusible", para proteger contra la posibilidad de una sobrecorriente grave si se usan demasiadas. las bombillas fallan.
Los antifusibles son muy utilizados para programar permanentemente circuitos integrados . [4] Los antifusibles se pueden utilizar en la memoria de sólo lectura programable ( 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 y es un medio para lograr lo que se denomina "programación única" (OTP). [5]
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 de IC estándar. Los PLD Antifuse son programables una sola vez, a diferencia de otros PLD 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, al igual que los ASIC , no es necesario configurarlos cada vez que se aplica energía. [6] Pueden ser menos susceptibles a las partículas alfa , que pueden provocar un mal funcionamiento de los circuitos. Además, los circuitos construidos a través de las rutas conductoras permanentes del antifusible pueden ser más rápidos que circuitos similares implementados en PLD que utilizan tecnología SRAM.
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 suelen emplear en procesos CMOS y BiCMOS, ya que el espesor de la capa de óxido requerido es menor que los disponibles en los procesos bipolares.
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 con baja resistencia , que es conductora.
El silicio amorfo es un material que normalmente no se utiliza ni en procesos bipolares ni en procesos CMOS y requiere un paso de fabricación adicional.
El antifusible normalmente se activa utilizando 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.
Los diodos Zener se pueden utilizar como antifusibles. La unión pn que sirve como diodo se sobrecarga con un pico de corriente y se sobrecalienta. A temperaturas superiores a 100 °C y densidades de corriente superiores a 10 5 A/cm 2, la metalización sufre electromigración y forma picos a través de la unión, cortocircuitándola; este proceso se conoce como Zener zap en la industria. La punta se forma sobre y ligeramente por debajo de la superficie del 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 unos 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.
Zener zap se emplea frecuentemente 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 Zeners en paralelo (orientadas para que no sean conductoras durante el funcionamiento normal del dispositivo) y luego cortocircuitando Zeners seleccionados para desviar las resistencias no deseadas. Con este enfoque, sólo es posible reducir el valor de la resistencia resultante. Por lo tanto, es necesario cambiar las tolerancias de fabricación para que el valor más bajo que normalmente se fabrica sea igual o mayor que el valor deseado. Las resistencias en paralelo no pueden tener un valor demasiado bajo ya que eso reduciría la corriente de zapping; En tales casos se emplea una combinación en serie-paralelo de resistencias y antifusibles. [7]
De manera similar a 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 utilizaban bombillas incandescentes solían funcionar como circuitos en serie de alto voltaje. Cada farola estaba equipada con un recorte de película ; un pequeño disco de película aislante que separaba dos contactos conectados a los dos cables que conducían a la lámpara. De la misma manera que con las luces navideñas descritas anteriormente, si la lámpara fallaba, todo el voltaje del circuito de alumbrado público (miles de voltios) se imponía a través de la película aislante en el corte, provocando su ruptura. De esta manera, se anuló la lámpara averiada y se restableció la iluminación del resto de la calle.
A diferencia de las luces navideñas, el circuito normalmente 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 sufrió un cortocircuito, el regulador de corriente CA redujo el voltaje, lo que mantuvo a cada bombilla restante funcionando con su voltaje, corriente, brillo y esperanza de vida normales. Cuando finalmente se reemplazó la lámpara defectuosa, también se instaló un nuevo trozo de 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.
El mismo mecanismo (un recorte de disco de película) se utiliza ampliamente en aplicaciones donde se desea iluminación en serie, [8] como luces de pistas de aterrizaje y calles de rodaje. [9] [10]