De la nisip la cip: the story behind
Pentru prima oară în istoria sa de 40 de ani în domeniul microcip-urilor pentru computere, Intel oferă detalii precise, însoţite de fotografii, despre procesul de fabricaţie al produselor sale. Compania prezintă astfel ceea ce puţină lume ştie: la baza “inimii” computerului, procesorul, stă o pastilă de siliciu obţinută… din nisip.
Wow, cu 244 de kilometri de litoral, ar trebui să fim printre cele mai bogate şi avansate ţări din lume, ar putea spune unii. Dar lucrurile nu stau chiar aşa de simplu. Mai jos, puteţi urmări întreg procesul tehnologic a ceea ce înseamnă transformarea grăuntelor de nisip în cele mai puternice cipuri.
NISIP
Siliciul este al doilea cel mai întâlnit element chimic în crusta terestă. Nisipul – în special quarţul – deţine un procent ridicat de siliciu, sub forma oxidului de siliciu, SiO2, ingredient de bază în producerea semiconductorilor.
TOPIREA SILICIULUI
Pentru început, siliciul este purifi cat în mai multe etape, până se atinge calitatea necesară producerii de semiconductori, stare cunoscută sub numele de Electronic Grade Silicon. Această stare permite deţinerea unui singur atom străin la un miliard de atomi de siliciu. Rezultatul se numeşte Ingot – cilindrul negru din imagine.
OBŢINEREA UNUI CILINDRU DIN CRISTAL CREAT DIN SILICIU TOPIT ŞI PURIFICAT
Ingot-ul este produs folosind Electronic Grade Silicon. Cântăreşte aproximativ 100 kilograme şi are o puritate a siliciului de 99,9999%.
TĂIEREA INGOTULUI
Ingotul este tăiat în discuri individuale de siliciu, cunoscute sub numele de wafere.
WAFER
Waferele sunt polişate până când suprafaţa lor devine perfect dreaptă. Waferele sunt cumpărate de Intel de la terţe companii. Pentru tehnologia pe 45 nm, Intel foloseşte wafere cu un diametru de 300 mm. Atunci când Intel a început să producă cipuri, compania a tipărit circuite pe wafere de 50 mm. Folosirea waferelor de 300 mm conduce la o scădere a costului de producţie a unui cip.
APLICAREA STRATULUI FOTOPROTECTOR
Peste waferul care se învârte este turnat un lichid ce va acţiona ca un strat fotoprotector (similar cu procesul aplicat în cazul fotografi ilor pe fi lm). Waferul este supus unei mişcări de rotaţie pentru a se asigura aplicarea unui strat fotoprotector subţire şi egal.
EXPUNEREA
Stratul fotoprotector este expus luminii ultraviolete. Reacţia chimică este similară cu cea declanşată asupra fi lmului unui aparat foto atunci când se apasă butonul declanşator. Materialul fotoprotector expus la lumină UV devine solubil. Expunerea este realizată prin folosirea unor măşti. Atunci când sunt folosite cu lumină UV, acestea creează un tipar pe fi ecare strat al microprocesorului. Un obiectiv reduce imaginea măştii, aşa că, ceea ce este tipărit pe wafer este de patru ori mai mic liniar decât tiparul măştii.
EXPUNEREA
Cu toate că de cele mai multe ori sute de microprocesoare sunt construite pe un singur wafer, această poveste se va concentra doar pe crearea unui singur microprocesor. Un tranzistor acţionează asemenea unui comutator ce controlează fluxul de curent electric dintr-un cip de calculator. Cercetătorii Intel au dezvoltat tranzistori atât de mici încât aproape 30 de milioane ar putea să încapă pe vârful unui ac.
DIZOLVAREA MATERIALULUI FOTOPROTECTOR
Materialul fotoprotector este complet dizolvat de solvent. Acest lucru descoperă un model efectuat de mască.
GRAVURĂ
Stratul fotoprotector are scopul de a proteja materialul ce nu trebuie gravat. Procesul de gravură se face folosind acizi puternici.
ELIMINAREA MATERIALULUI FOTOPROTECTOR
După terminarea procesului de creare a design-ului materialul fotoprotector este înlăturat şi astfel forma dorită devine vizibilă.
APLICAREA MATERIALULUI FOTOPROTECTOR
Se aplică un material fotoprotector ce are ca scop protejarea materialului ce nu trebuie să fie contaminat cu ioni.
BOMBARDAREA CU IONI
Printr-un proces denumit “implementarea cu ioni”, ariile expuse ale waferului de silicon sunt bombardate cu impurităţi chimice diferite, numite ioni. Ionii sunt implantaţi în waferul de siliciu pentru a altera modul de conducere în aceste arii a curentului electric. Ionii sunt lansaţi spre suprafaţa siliciului cu o viteză foarte mare, un câmp electric accelerează ionii, ajungându-se la o viteză de 300.000 km/h.
ELIMINAREA MATERIALULUI FOTOPROTECTOR
După “bombardarea” cu ioni, materialul fotoprotector va fi eliminat.
TRANZISTORUL
Tranzistorul este aproape fi nalizat. Au fost gravate în stratul evidenţiat de culoarea magenta. Cele trei găuri vor fi umplute cu un strat de cupru, fapt care va face posibilă realizarea unei conexiuni cu alţi tranzistori.
ELECTROLIZA
Waferul este pus într-o soluţie bazată pe sulfat de cupru. Ionii de cupru sunt plasaţi pe tranzistor prin electroliză şi astfel se vor deplasa de la terminalul pozitiv la cel negativ.
DUPĂ ELECTROLIZĂ
Pe suprafaţa waferului ionii de cupru se depun sub forma unui strat subţire.
POLIZARE
Materialul în exces este îndepărtat printr-un proces de polizare.
STRAT
Multiple straturi de metal sunt create pentru a se realiza o interconectare cu alţi tranzistori. Aceste conexiuni sunt create în funcţie de arhitectura şi de design-ul gândit de echipa ce dezvoltă funcţionalitatea procesorului respectiv (ex. Intel Core i7). Cu toate că cipul unui calculator apare plat, acesta are mai mult de 20 de straturi ce formează un circuit complex. Dacă te uiţi la o imagine mărită a unui cip vei putea vedea o reţea intrinsecă de linii de circuit şi de tranzistori.
SORTAREA WAFERELOR
Waferele sunt supuse primelor teste de funcţionare. În această etapă toate waferele sunt testate, iar rezultatele date de cip sunt comparate cu “răspunsurile corecte”
TĂIEREA WAFERELOR
Waferul este tăiat în bucăţi, cunoscute sub numele de matriţe.
RENUNŢAREA LA MATRIŢELE CU PROBLEME
Matriţele ce nu corespund anumitor standarde sunt aruncate. Restul se vor trimite către împachetare.
MATRIŢA INDIVIDUALĂ
|n imaginea de mai jos este prezentată o matriţă individuală ce a fost tăiată în procesul anterior. Da, este chiar celebrul procesor Intel Core i7.
ÎMPACHETAREA
Substratul verde asigură interfaţa mecanică şi electrică a procesorului pentru interacţiunea cu restul sistemului.
PROCESORUL
Un microprocesor este cel mai complex produs creat. De fapt, sunt necesari sute de paşi pentru realizarea unuia. În imaginile de mai sus au fost prezentaţi doar cei mai importanţi paşi din procesul de producţie al microprocesorului.
TESTAREA
În etapa fi nală, procesorul va fi testat pentru a vedea dacă funcţiile cheie răspund bine la comenzi.
TRANSPORT
După realizarea acestor teste, procesoarele cu aceleaşi capabilităţi sunt dispuse în tăvi speciale, pentru transport.
PACHETUL PENTRU RETAIL
Procesoarele ajung fie direct în retail, folosindu-se o cutie cum este cea din imagine, fie la producătorii de sisteme.
Intel Corp este cea mai mare companie producătoare de semiconductori din lume, lider mondial în inovaţiile pe bază de siliciu. Alţi producători de top în domeniul semiconductorilor sunt AMD, Texas Instruments, Samsung, Toshiba, STMicroelectronics. Cel mai important concurent pe piaţa de procesoare x86 pentru Intel este Advanced Micro Devices (AMD). Mai există producători mai mici, în special pe piaţa procesoarelor de voltaj mic pentru calculatoare de di mensiuni reduse şi echipamente portabile, precum VIA sau Transmeta.
Intel a fost fondată în anul 1986 de către Bob Noyce şi Gordon Moore. În anul imediat următor a luat naştere logo-ul care a reuşit să străbată secole, compania lansând totodată şi primul produs, cunoscut sub numele de 3101 Schottky bipolar memory access. În 1971 însă, s-a petrecut ceva care va determina apariţia unei noi ere electronice. Intel a lansat primul microprocesor, denumit 4004, şi a introdus tehnologia EPROM. Introducerea acestuia de către Intel a însemnat practic sfârşitul celorlalte metode de procesare centrală. Procesoarele Intel se regăsesc atât în casele utilizatorilor obişnuiţi, cât şi în 80% dintre SuperCalculatoarele lumii (conform TOP500). Fără acestă componentă nu putem vorbi de concepte precum desktop PC, server, netbook, Mobile Internet Devices (MID), smartphone sau orice alt echipament ce necesită un microprocesor.
