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¿Como Se Fabrica Un Microprocesador?

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¿Como Se Fabrica Un Microprocesador?

Mensaje  pepe2982 el Lun Mar 31, 2008 11:24 pm

Todos los días de tu vida realizas tareas (como leer este articulo) que solo son posibles gracias a la existencia de los microprocesadores. Estos pequeños chips se han vuelto tan comunes que hemos dejado de notarlos. Presentes en casi todos los aparatos electrónicos de la actualidad, se fabrican de a miles de millones. Y aquí te contamos como.
Cuando los transistores comenzaron a desbancar a los tubos de vacío en la mayoría de los circuitos electrónicos, el material que se empleaba para construirlos era el germanio.



No mucho tiempo después comenzó a utilizarse el silicio, cuyo costo, características y abundancia lo hacían mucho más interesante. El silicio es el elemento mas abundante en la corteza terrestre (27,7%) después del oxigeno.
Su uso en la electrónica se debe a sus características de semiconductor. Esto significa que, dependiendo de que materiales se le agreguen (dopándolo) puede actuar como “conductor” o como un “aislador”.



Durante los últimos 40 años, este modesto material ha sido el motor que impulsa la revolución microelectrónica. Con el silicio se han construido incontables generaciones de circuitos integrados y microprocesadores, cada una reduciendo el tamaño de los transistores que lo componen. Puestos a hablar de tamaños, en la superficie de un
glóbulo rojo podríamos acomodar casi 400 transistores. O, ya que estamos, se pueden poner unos 30 millones sobre la cabeza de un alfiler. Es decir, son pequeños de verdad.
Pero ¿Cómo es posible fabricar algo tan pequeño? El proceso de fabricación de un microprocesador es complejísimo, y apasionante. Todo comienza con un buen puñado de arena (compuesta básicamente de silicio), con la que se fabrica un monocristal de unos 20 x 150 centímetros. Para ello, se funde el material en cuestión a alta temperatura (1370º C) y muy lentamente (10 a 40 mm por hora) se va formando el cristal.
De este cristal, de cientos de kilos de peso, se cortan los extremos y la superficie exterior, de forma de obtener un cilindro perfecto. Luego, el cilindro se corta en obleas (wafer) de menos de un milímetro de espesor, utilizando una sierra de diamante. De cada cilindro se obtienen miles de wafers, y de cada oblea se fabricarán varios cientos de microprocesadores.
Estas obleas son pulidas hasta obtener una superficie perfectamente plana, pasan por un proceso llamado “annealing, que consiste en un someterlas a un calentamiento extremo para remover cualquier defecto o impureza que pueda haber llegado a esta instancia. Luego de una supervisión mediante láseres capaz de detectar imperfecciones menores a una milésima de micrón, se recubren con una capa aislante formada por óxido de silicio transferido mediante deposición de vapor.
De aquí en más, comienza el proceso del “dibujado” de los transistores que conformarán a cada microprocesador. A pesar de ser muy complejo y preciso, básicamente consiste en la “impresión” de sucesivas máscaras sobre el wafer, que son endurecidas mediante luz ultravioleta y atacada por ácidos encargados de remover las zonas no cubiertas por la impresión.
Cada capa que se “pinta” sobre el wafer permite o bien la eliminación de algunas partes de la superficie, o la preparación para que reciba el aporte de átomos (aluminio o cobre, por ejemplo) destinados a formar parte de los transistores que conformaran el microprocesador.
Dado el pequeñismo tamaño de los transistores “dibujados”, no puede utilizarse luz visible en este proceso. Efectivamente, la longitud de onda de la luz visible (380 a 780 nanómetros) es demasiado grande. Los últimos procesadores de cuatro núcleos de Intel están fabricados con un proceso de 45 nanómetros, empleando una radiación ultravioleta de longitud de onda más pequeña.
Un transistor construido en tecnología de 45 manómetros tiene un ancho equivalente a unos 200 electrones. Eso da una idea de la precisión absoluta que se necesita al momento de aplicar cada una de las mascaras utilizadas durante la fabricación.
Una vez que el wafer ha pasado por todo el proceso litográfico, tiene “grabados” en su superficie varios cientos de microprocesadores, cuya integridad es comprobada antes de cortarlos. Se trata de un proceso obviamente automatizado, y que termina con un wafer que tiene grabados algunas marcas en el lugar que se encuentra algún microprocesador defectuoso.
La mayoría de los errores se dan en los bordes del wafer, dando como resultados chips capaces de funcionar a velocidades menores que los del centro de la oblea. Luego el wafer es cortado y cada chip individualizado. En esta etapa del proceso el microprocesador es una pequeña placa de unos pocos milímetros cuadrados, sin pines ni capsula protectora.
Todo este trabajo sobre las obleas de silicio se realiza en “clean rooms” (ambientes limpios), con sistemas de ventilación y filtrado iónico de precisión, ya una pequeña partícula de polvo puede malograr un procesador. Los trabajadores de estas plantas emplean trajes estériles para evitar que restos de piel, polvo o pelo se desprendan se sus cuerpos.
Cada una de estas plaquitas será dotada de una capsula protectora plástica (en algunos casos pueden ser cerámicas) y conectada a los cientos de pines metálicos que le permitirán interactuar con el mundo exterior. Cada una de estas conexiones se realiza utilizando delgadísimos alambres, generalmente de oro. De ser necesario, la capsula es dotada de un pequeño disipador térmico de metal, que servirá para mejorar la transferencia de calor desde el interior del chip hacia el disipador principal. El resultado final es un microprocesador como el que equipa nuestro ordenador.
Todo el proceso descrito demora dos o tres meses en ser completado, y de cada cristal de silicio extrapuro se obtienen decenas de miles de microprocesadores. La diferencia astronómica entre el costo de la materia prima (básicamente arena) y el producto terminado (microprocesadores de cientos de dólares cada uno) se explica en el
costo del proceso y la inversión que representa la construcción de la planta en que se lleva a cabo.



Los trabajadores de estas plantas emplean trajes estériles.


Es un proceso comparable a la fabricación de circuitos impresos.



Los pines se conectan utilizando delgadísimos alambres.


La "materia prima" no podría ser mas abundante.

Proceso De Fabricacion:




Un Poco Mas De Info:

¿Dónde se fabrica?
El proceso de fabricación es llevado a cabo en los llamados laboratorios blancos, se los llama así porque el laboratorio debe estar completamente libre de cualquier posible espora de polvo, lo cual podría provocar millones de dólares de pérdidas, pero esto ya lo desarrollare mas adelante. Se estima que una de estas fabricas, pueden
llegar a valer algo de 0.2 billones de euros, algo de 200.000.000.000 millones de euros. Por eso mismo son contadas, solo hay una en los EEUU, otra en Alemania, y otra en Japón .
Empecemos con el proceso. Como ya dije anteriormente la materia prima es el silicio en estado puro, el cual se extrae ni mas ni menos que de arena, esta se compacta y se hornea a mas de 300º, formando cilindros, que mas adelante serán cortados en rodajas, dando como resultado los famosos waffers u obleas redondas, de un diámetro aleatorio de 200 o 300 mm.
Luego las obleas se pulen hasta quedar como un espejo y del grosor de menos de 1mm, es vital que la oblea quede perfecta, sin diferencias, manchas, ni brillos.
La primera técnica que vamos a ver es la oxidación, en esta es depositada un capa no conductora de oxido de silicio, llamada dieléctrico, esta se aplica en un horno a 1000º c, junto con oxigeno para provocar la oxidación claro.
Pasemos a la segunda técnica, la fotolitografía.
La fotolitografía es un proceso llevado a cabo mediante el grabado de la oblea por haces de luz, y una resina especial que es fotosensible, osea que reacciona con la luz.
Cronológicamente:
1-Se deposita la resina sobre la oblea.
2-Se hornea para fijar la capa de resina.
3-Se utiliza una mascara como patrón para imprimir, como si tomáramos sol con la remera puesta, nos quedaría todo bronceado, menos la parte de la remera.
4-Se produce la reacción de la resina mediante la luz.
5-Se hornea nuevamente
6-se quitan los restos de las resinas con ácido nítrico.

Durante la fotolitografía se producen transistores, estos son dispositivos semiconductores que tienen la capacidad de “jugar” con las corrientes, cumpliendo funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.
Estos se forman a través de un complicado proceso químico que no voy a explicar en esta guía para no confundir tanto la comprensión.
La razón por la cual al principio de esta guía mencione que las salas blancas debían estar totalmente limpias, es porque una mínima espora de polvo puede arruinar todo el proceso, así como también la filtración de luz, la luz empleada en estas salas, así como las de los laboratorios fotográficos es roja, en estas debe ser amarilla.
Una vez concluida la fotolitografía, los microprocesadores son cortados, obteniendo su forma redonda, desechando los bordes, ustedes dirán, ¿porque no las hacen cuadradas las obleas?, la razón es que haciéndolas redondas se obtienen obleas mas uniformes y prolijas.
Con el avance de la longitud de honda de las luces, cada vez es más fácil dibujar mas transistores en un mismo espacio, lo que lleva a que entren mas procesadores en cada waffle y abaratar costos de producción, como también los micros serán mas eficientes energéticamente, y en temperatura, de ahí el termino que se utiliza cuando se habla del proceso de fabricación de 0.40 micras por ej. Seria el espacio que existe entre dos canales de comunicación entre transistores (punto medio).
Luego para finalizar el proceso, el núcleo es encapsulado, con un material aislante y termodisipador.
Comienzan las pruebas de resistencia y estabilidad. Es una parte muy interesante.
Legados a esta etapa aunque muchos no lo crean, montones de micros son desechados por fallas en cualquiera de los procesos anteriores.
banco de pruebas:

Utilizare un ejemplo: AMD fabrica una oblea de athlon 1.9 ghz, pero después de las pruebas y tests de estabilidad descubren que solo el 50% logra llegar estable a los 1.9 ghz, entonces prueban su limite de clocks, supongamos que llegan a 1.7 ghz estables. Entonces esos micros serán vendidos como athlon 1.7 ghz.
Entonces concluimos que todos los micros de una determinada arquitectura son hijos de una sola madre, algunos han sido mejor fabricados y otros no tanto, esa es la diferencia.


Fuentes:

http://www.psicofxp.com/forums/hardware.58/502762-guia-como-se-fabrica-microprocesador-brunox.html

http://www.neoteo.com/como-se-fabrica-un-microprocesador.neo
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Re: ¿Como Se Fabrica Un Microprocesador?

Mensaje  Don Sapo el Lun Mar 31, 2008 11:41 pm

Gracias Pepe! Es una información realmente asombrosa. ¡Pensar que yo estaba por gestionar un crédito en el banco para empezar una fabriquita de éstas en el garage de casa, al estilo Billy Gates!

Ahora, sabiendo los costos y cantidad de espacio para fabricar tales miniaturas... no sé si me lo darán ¿vos que pensás? ¿me arriesgo a pedirlo igual? (¡Te hago socio si me salís de garante! Eh... )
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Re: ¿Como Se Fabrica Un Microprocesador?

Mensaje  pepe2982 el Lun Mar 31, 2008 11:51 pm

jajaja, yo diría que mejor pongas un kiosco. affraid
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Re: ¿Como Se Fabrica Un Microprocesador?

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