DALLA SABBIA ….
La sabbia è la materia prima per tutta l'elettronica. E’ composta da
25% di silicio, che è presente in tutto il mondo. La sabbia di quarzo,
in particolare, ha quantità molto alte di diossido di silicio che è
l'ingrediente base per l'industria dei semiconduttori.
… AL CRISTALLO.
Il silicio si purifica con la fusione.
La prima cosa da fare è separare il silicio dalla sabbia, che poi
diventa uno scarto.
Un cristallo di silicio, pronto all'uso.
Il cristallo è composto da silicio elettronico che pesa circa 100 chili e ha
un livello di purezza del 99.9999%.
Il taglio vero usa una lama più sofisticata.
L'ingot successivamente viene "affettato" per ottenere i sottili
dischi di silicio chiamati wafer.
Un disco perfetto, piuttosto bello.
Una volta tagliati i wafer vengono ripuliti fino a che non sono
del tutto privi di difetti, e la loro superficie è liscia come
quella di uno specchio.
Primo strato di materiale fotoresistente.
Il liquido blu che vedete è fotoresistente, e viene distribuito sul wafer in
rotazione, per assicurarsi che la distribuzione sia uniforme e sottile.
Esposizione ai raggi UV.
A questo punto il wafer è pronto per l'esposizione ai raggi ultra violetti (UV). La
reazione chimica generata dalle lampade è simile a quella che accade alla pellicola
quando si scatta una fotografia.
Con gli ultravioletti danno forma al transistor.
Nelle immagini potete vedere come apparirebbe un singolo transistor se
fosse visibile a occhio nudo. Un transistor, sostanzialmente, funziona
come un interruttore, capace di controllare la corrente elettrica al suo
interno.
Dimensioni microscopiche, ma si
capisce che è un transistor.
Dopo l'esposizione ai raggi UV,
quindi, le aree esposte vengono
sciolte ed eliminate usando un
solvente specifico. La pellicola
fotoresistente è rappresentata in
blu. Questa operazione permette di
far emergere il design del progetto,
ottenuto grazie alla maschera. È il
primo passo verso la nascita di
transistor, connessioni, e tutto
quello che fa parte di una CPU.
Rimozione del materiale in eccesso.
Il materiale fotoresistente protegge le parti del wafer che
devono essere preservate, mentre quelle esposte vengono
eliminate e ripulite con un processo chimico.
Un nuovo passaggio, nuovi elementi aggiunti.
Successivamente la pellicola fotoresistente è rimossa, e il risultato è
visibile.
Comincia a farsi complicato.
A questo punto si applica un nuovo strato di pellicola fotoresistente
(in blu), e si procede ad una nuova esposizione ai raggi UV, per poi
passare ad un nuovo lavaggio.
Gli ioni alterano le proprietà del silicio.
Il processo chiamato "ion implantation" consiste nel bombardare di ioni le
parti esposte del wafer. In questo modo gli ioni sono impiantati nel silicio,
alterandone le proprietà elettriche. Gli ioni sono "sparati" a velocità
elevatissime, più di 300.000 Km/h, grazie alla spinta di un campo elettrico.
Gli ioni permettono di controllare e regolare le proprietà del silicio.
Dopo il bombardamento di ioni si rimuove il materiale fotoresistente, e
il materiale esposto (verde) ora contiene dei nuovi atomi.
Gli ultimi strati, prima del rame.
Il transistor a questo punto è quasi finito. Si praticano tra fori sullo
strato isolante (magenta) sopra al transistor, che saranno ricoperti rame.
Il metallo servirà a collegare ogni transistor con i suoi simili.
Il rame, l'altro ingrediente
base dell'elettronica moderna.
I wafer vengono messi in una
soluzione di solfato di rame,
grazie alla quale gli ioni di
rame si depositano sui
transistor, con un processo
chiamato elettroplating,
molto simile alla placcatura
dei gioielli. Gli ioni di rame si
spostano dal terminale
positivo (anodo) a quello
negativo (catodo), vale a dire
il wafer.
Il rame permette di portare i segnali da un transistor all'altro.
Gli ioni di rame formano un sottile strato sulla superficie del wafer.
Bastano pochi atomi di rame a creare la connessione base.
Il materiale in eccesso viene poi rimosso, e resta un sottile strato di rame,
solo dove serve.
Si creano diversi strati di metallo per dare vita ai collegamenti (think
wires) tra i transistor.
Il modo in cui si creano questi collegamenti dipende dall'architettura e
dal progetto della CPU (per esempio i Core i7 di Intel).
Prima di tagliare i die,
alcuni test di controllo.
Questa porzione di wafer
deve ora superare il test
di qualità. Tutti i circuiti
e le piste vengono
controllate, e le risposte
del chip confrontate con
quelle standard, per
vedere se tutto funziona
come dovrebbe.
Da un singolo disco si ricavano molte CPU.
Una volta che le prove hanno stabilito la buona qualità dei processori, il
wafer viene tagliato in singole unità, chiamate die.
I die devono essere maneggiati con molta attenzione.
I die che hanno superato il test di risposta passeranno alla fase
successiva, il confezionamento. Quelli difettosi, invece, vengono gettati.
Anni fa Intel ci faceva dei gadget.
Ecco un die finito.
Questo è un singolo die, risultato delle fasi precedenti. È un processore
Core i7.
Il processore, quasi pronto per
entrare in un computer.
A questo punto il die, lo strato
di silicio e rame, deve essere
inserito nel suo alloggio finale e
unito al dissipatore. Il substrato
fornisce l'interfaccia elettrica e
quella meccanica, necessarie per
l'interazione tra il processore e il
resto del computer. Il dissipatore
argentato fa, invece, da
interfaccia con i sistemi di
raffreddamento, usati per
mantenere la CPU fresca
quando è in funzione.
Una CPU è un oggetto molto complesso.
Un microprocessore è probabilmente l'oggetto più complesso che si
produca al mondo. Ci vogliono centinaia di passaggi per ottenerlo,
e in questo articolo vi abbiamo mostrato solo quelli più importanti.
Altri controlli sul prodotto finito.
Negli ultimi test vengono messe alla prova alcune caratteristiche
fondamentali, come la dissipazione di calore e la frequenza massima).
Fasi finali, preparazione per le spedizioni.
In base ai risultati del test successivo, i processori vengono organizzati e
divisi sui nastri trasportatori. Questo processo,che si chiama "binning“.