Como se hace un procesador.

Como se hace un procesador.

Enlace original:

http://umumble.com/blogs/company_intel/385/

Pag traducida por Google, las imagenes solo estan en la original aqui dejo una traducción del texto.

Es difícil de creer, pero un procesador moderno es el producto más complejo que terminó en el mundo. Aquí viene una pregunta: ¿Qué es tan complejo en este pedazo de metal?Hoy vamos a hablar directamente de la fabricación detallada de los procesadores a partir de la arena. Fabricación de transformadores Cuando la fábrica se construye para la fabricación de procesadores basados ​​en las nuevas tecnologías , tiene 4 años para devolver los fondos invertidos (que es más de $ 5 mil millones) y obtener un beneficio. Si hacemos algunos cálculos sencillos que viene por lo menos a 100 microchips por hora, que la fábrica debe realizar para recuperar la inversión.




En pocas palabras el proceso de fabricación del procesador se parece a esto: el equipo especial se utiliza para producir un mono-cristal de forma cilíndrica desde el silicio fundido.A continuación, este lingote resultante se enfría y se corta en obleas, que la superficie está cuidadosamente nivelados y pulido a un brillo espejo. Luego, en las salas limpias de la bio-fábricas de semiconductores se crean los microcircuitos en obleas de silicio usando fotolitografía y el grabado. Después de volver a la limpieza de las obleas de personal de laboratorio realice la prueba aleatoria de los procesadores bajo un microscopio, y si todo está bien acabadas las obleas se cortan en procesadores individuales, que luego se colocan en la caja. Algunas lecciones de Química Echemos un vistazo más de cerca en todo el proceso de fabricación. Arena se compone de silicio del 25 por ciento, es después del oxígeno, el elemento químico segunda más abundante que hay en la corteza terrestre.Arena, especialmente cuarzo, tiene altos porcentajes de silicio en forma de dióxido de silicio (SiO2) y es el ingrediente base para la fabricación de semiconductores. Originalmente, se toma en la forma de SiO2 arena, que es en hornos de arco (a la temperatura sobre 1800 ° C) reduce el coque:


SiO2 + 2C = Si + 2CO

Este silicio se llama un " técnico "y tiene una pureza del 98-99.9%. Para la fabricación de procesadores se requiere mucho más puras materias primas que se llama " de silicio de grado electrónico ", que debe tener no más de un átomo de Alian por cada mil millones de átomos de silicio. Con el fin de limpiarlo de dicho nivel, el silicio, literalmente, se "renacer". El tetracloruro de silicio (SiCl4) se consigue mediante la cloración de silicio técnica, que posteriormente se convierte en triclorosilano (SiHCl3):

3SiCl4 + 2H2 + Si ↔ 4SiHCl3

Estas reacciones de reciclaje que son generados por secundarios de silicio-contained materiales reducir el costo y eliminar los problemas ambientales:

2SiHCl3 ↔ SiH2Cl2 + SiCl4 
2SiH2Cl2 ↔ SiH3Cl + SiHCl3 
2SiH3Cl ↔ SiH4 + SiH2Cl2 
SiH4 ↔ Si + 2H2

Después del proceso de purificación, el silicio entra en la fase de fusión. En esta foto se puede ver como un gran cristal se cultiva a partir del silicio purificado se derrita. La resultante de mono-cristal se llama un lingote. Un lingote de mono-cristal se produce a partir de silicio de grado electrónico. Uno lingote pesa aproximadamente 100 kilogramos (o 220 libras) y tiene una pureza de silicio de 99,9999 por ciento. El lingote se mueve entonces en la fase de corte en lonchas donde los discos individuales de silicio, llamados obleas, están en rebanadas delgadas. Algunos lingotes pueden medir más de metro y medio. Varios diámetros diferentes de lingotes existen en función del tamaño oblea requerida. Hoy en día, las CPUs se hacen comúnmente en obleas de 300 mm. Una vez cortadas, las obleas son pulidas hasta que tengan defectos y suaves superficies de espejo.Intel no produce sus propios lingotes, obleas y barquillos, obleas y el lugar de fabricación, compras listas de terceras empresas. Avanzado de Intel de 45 nm proceso Puerta high-k/metal utiliza obleas con un diámetro de 300 mm (o 12 pulgadas). Cuando Intel comenzó la fabricación de chips, circuitos impresos que en 50 mm (2 pulgadas) obleas. Estos días, Intel utiliza obleas de 300 mm, lo que resulta en costos disminuidos por chip. Fabricación de chips contiene más de trescientas operaciones en las que más de 20 capas forman un complejo de estructura tridimensional. Así pues, aquí vamos a hablar muy brevemente sólo las etapas más importantes. Fotolitografía El problema se resuelve mediante el uso de la tecnología de fotolitografía. Es el proceso de transferencia de las formas geométricas sobre una máscara a la superficie de una oblea de silicio. Este proceso implica muchos pasos tales como: Foto Resistir Aplicación El líquido azul, representa a continuación, es una foto de resistir terminar similares a los utilizados en el cine por la fotografía. La oblea gira durante este paso para permitir un recubrimiento uniformemente distribuida-que es suave y también muy delgado. Exposición a la luz UV En esta etapa, el acabado foto-resistente está expuesto a ultra violeta (UV). La reacción química provocada por la luz UV es similar a lo que ocurre con material de la película en una cámara en el momento que presione el botón del obturador. Las áreas de la resistencia en la oblea que se han expuesto a la luz UV se convertirá en soluble. La exposición se lleva a cabo el uso de máscaras que actúan como plantillas. Cuando se utiliza con luz UV, las máscaras de crear los patrones de circuitos diferentes. El edificio de una CPU esencialmente repite este proceso una y otra vez hasta que las capas múltiples se apilan en la parte superior de uno al otro. Una lente (centro) reduce la imagen de la máscara a un punto focal pequeño. El resultante "de impresión" en la oblea es típicamente cuatro veces más pequeño, de forma lineal, que el patrón de la máscara. Más Exponer En la imagen tenemos una representación de lo que un solo transistor, parece como si pudiéramos verlo con el ojo desnudo. Un transistor actúa como un interruptor, controlando el flujo de corriente eléctrica en un chip de computadora. Los investigadores de Intel han desarrollado transistores tan pequeños que dicen más o menos 30 millones de ellos podrían caber en la cabeza de un alfiler. Foto Resistir lavado Después de la exposición a los rayos UV, la foto expuesta resistir zonas azules se disuelva por completo por un disolvente. Esto revela un patrón de foto resisten hecha por la máscara. Los inicios de transistores, interconexiones, y otros contactos eléctricos empiezan a crecer a partir de este punto. Grabado La foto capa protectora protege el material de la oblea que no debe ser grabado al agua fuerte de distancia. Las áreas que fueron expuestas será grabada de distancia con productos químicos. Foto opongan a la expulsión Después del grabado, la fotografía se quita y se resisten a la forma deseada se hace visible. Re-aplicar Foto Más Resistir Más fotos resistir (azul) se aplica a continuación, volver a exponer a la luz ultravioleta. Foto Expuesto resistir se lava luego de nuevo antes de que el siguiente paso, que se llama dopaje de iones. Este es el paso donde las partículas de iones están expuestos a la oblea, permitiendo que el silicio para cambiar sus propiedades químicas de una manera que permite a la CPU para controlar el flujo de electricidad. Ion de Dopaje A través de un proceso llamado implantación de iones (una forma de un proceso llamado dopaje) las zonas expuestas de la oblea de silicio son bombardeados con iones. Los iones se implantan en la oblea de silicio para alterar el silicio forma en estos electricidad conducta áreas. Los iones son propulsadas sobre la superficie de la oblea a velocidades muy altas.Un campo eléctrico acelera los iones a una velocidad de más de 185.000 mph. Foto Más impedir su evacuación Después de la implantación de iones, la foto resistencia será eliminado y el material que debería haber sido dopados (verde) ahora tiene átomos de extranjeros implantados. Un transistor Este transistor está cerca de ser terminado. Tres hoyos han sido grabadas en la capa de aislamiento (color magenta) por encima del transistor. Estos tres agujeros se llenarán con el cobre, lo que hará que hasta las conexiones a otros transistores. Electrodeposici la Oblea Las obleas se colocan en una solución de sulfato de cobre en esta etapa. Los iones de cobre se depositan sobre el transistor a través de un proceso llamado galvanoplastia. Los iones de cobre viajar desde el terminal positivo (ánodo) al terminal negativo (cátodo) que está representado por la oblea. Ion Configuración Los iones de cobre asentarse como una capa delgada sobre la superficie de la oblea. Pulido Material de la Franquicia El exceso de material se pule apagado dejando una capa muy delgada de cobre. Superponer capas de metal Múltiples son creados para interconexiones (opinas alambres) en entre los transistores diversos.¿Cómo estas conexiones tienen que ser "conectado" está determinada por los equipos de arquitectura y diseño que se desarrollan las funciones del procesador correspondiente (por ejemplo, procesador Intel Core i7). Mientras que los chips de ordenador se ven muy plana, que en realidad puede tener más de 20 capas para formar un circuito complejo. Si nos fijamos en una vista ampliada de un chip, podrás ver una intrincada red de líneas de circuitos y transistores que se parecen a un sistema futurista, la carretera de varias capas.Prueba Una vez que todas las capas de metal se construyen, y los circuitos (los transistores ) son todos, es el momento para la prueba. Un dispositivo con un montón de púas se sienta en la parte superior del chip, adjuntando plomos microscópicas a la superficie del chip. Cada plomo finaliza una conexión eléctrica dentro del chip, simulando cómo iba a funcionar en forma definitiva una vez empaquetados en productos de consumo final-. Una serie de señales de prueba se envían al chip con independencia de los resultados están siendo leído. Este nivel de prueba incluye no sólo habilidades tradicionales computacionales, sino también diagnósticos internos junto con lecturas de voltaje, secuencias en cascada (hace flujo de datos a través de como debería), etc Y sin embargo el chip responde como un resultado de esta prueba, es lo que está almacenado en una base de datos asignado específicamente para ese troquel. Este proceso se repite para cada troquel en la superficie de la oblea entera, mientras todos los troqueles son todavía en la superficie. Oblea Slicing Después de las pruebas determinan que la oblea tiene un buen rendimiento de unidades de procesador funcionando, la oblea se corta en trozos (llamados muere). Embalaje En este punto, todas las matrices de trabajo se puso en un paquete físico. Es importante señalar que si bien han tenido prueba preliminar y se encontró que funcione correctamente, esto no quiere decir que sean buenas las CPU. El proceso de envasado física consiste en la colocación de la matriz de silicio sobre un sustrato de material verde, a la que lleva el oro pequeño están conectados a los pines del chip o Grid Array pelota, que muestran a través del lado inferior del paquete. Por encima de todo, un difusor de calor se introduce. Esto aparece como el paquete de metal en la parte superior de un chip. Cuando haya terminado, la CPU se ve como un paquete tradicional de compra de los consumidores finales. Una CPU Terminado Un microprocesador es el producto manufacturado más complejo en la tierra. De hecho, se necesitan cientos de pasos y sólo los más importantes se han visualizado en esta historia la imagen. Agrupación CPU Basado en el resultado de la prueba de los procesadores de prueba de clase con las mismas capacidades que se ponen en las mismas bandejas de transporte. Este proceso se llama "hurgar en la basura", un proceso con el que muchos lectores de Tom Hardware será familiar. Agrupación determina la frecuencia máxima de funcionamiento de un procesador, y los lotes se dividen y venden de acuerdo a las especificaciones estables. Los mejores chips son generalmente categorizadas como de alta gama que se venden las piezas, ya que no sólo las partes de más rápido con sus depósitos llenos habilitada, sino también la de bajo voltaje y ultra bajo voltaje de los modelos.Conclusión Esperamos que hayas encontrado este artículo informativo. Es realmente sorprendente que cualquier CPU funciona, y mucho menos tantos como la fabricación y tan rápido como lo hacen. Y lo que viene es aún más impresionante. La diferencia entre x86, ARM, DRAM, SoC, ASIC y otras variaciones de semiconductores, por ejemplo, muchas veces sólo se encuentra en el cableado. Los mismos pasos y procesos de fabricación se utilizan para producir los diferentes productos (a veces con un número diferente de capas, la luz láser a veces diferentes, a veces, los productos químicos diferentes, etc.) Pero es todo "en la programación", por así decirlo -. En ese zoológico de cable de cobre de las líneas de base que, en base a su disposición, manejar las fuerzas místicas del electromagnetismo en el trabajo humano puede utilizar una cosa bastante, ¿no le parece ?BONUS Aquí hay un video bonus: