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(GUIA???) – Como se fabrica un microprocesador.

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Extreme Level

ecibad

entradas: 2730

14:54 21/10/2007

1

Como se hace un microprocesador?, esa fue una pregunta que tuve durante mucho timepo, para todos los que puedan tener la misma… les dejo esta mini guia explicativa…

Esta seria una mini guia explicativa sobre como se fabrica un microprocesador ademas de otros circuitos integrados.
Partiremos desde un pedazo de silicio y vamos a terminar en un artefacto con millones y millones de transistores.

1 – Armando el “wafer” o matriz.

Los CPU`s estan hechos en su mayoria de un elemento llamado silicio. El silicio es un elemento quimico no metalico, cuyo numero atomico es el 14 y esta situado en el grupo 4 de la tabla periodica de los elementos. Es el elemento mas abundante en la corteza terrestre (27,7%) después del oxigeno. Se presenta en dos formas, la primera, la “amorfa” es un producto parduzco y mas activo que la segunda variante; la cristalina, la cual se presenta en octaedros de color azul grisáceo y brillo metalico. Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En su forma cristalina es muy duro y poco soluble. Es un elemento inerte relativamente y resiste a la accion de la mayoria de los acidos, pero reacciona con los halogenos y álcalis diluidos.
El silicio transmite mas del 95% de las longitudes de onda de la rad infrarroja.
El silicio es un semiconductor, lo cual significa que dependiendo de que materiales se le agreguen (en forma de aleaciones) puede actuar como “conductor” cuando un voltaje es aplicado al mismo.

El primer paso para fabricar un CPU es el armado del wafer en el que se construyen. Este proceso comienza con la fundicion del silicio junto con otros elementos eléctricamente activos, como por ejemplo el arsénico, el boro, el fosforo. Todo esto se funde dentro de un cubiculo de cuarzo (ya que no se fundira a altas temperaturas el cuarzo), una vez que la mezcla ha alcanzado la temperatura deseada (a veces llega a superar los 900 ºC) se le inserta un pedazo de silicio cristalizado o “semilla”. La mezcla es enfriada lentamente a la temperatura requerida y la cristalizacion comienza alrededor de la semilla. Mientras la cristalizacion continua, la semilla es lentamente extraida de la mezcla y es rotada lentamente. (esto se hace para normalizar las temperaturas.) y se le da una forma de lingote.

Para ser util este lingote debe ser MUY puro, por eso se eliminan los bordes junto con el principio y final del lingote, luego se le hacen pequeños ajustes a su diámetro.
Seguimos con el corte de los wafers propiamente dicho, el mismo se realiza desde el lingote, preferiblemente desde su centro ya que se garantiza la mayor pureza alli y tienen un grosor de aproximadamente 1-2mm, este corte se realiza con una micro cierra de cable. Los bordes de estos wafers son lijados y se les termina de acentar su forma “redondeada” para evitar roturas.
Luego los wafers son esmerilados y pulidos tanto mecanica como químicamente produciendo una superficie extremadamente plana y un acabado estilo espejo.
Para terminar los wafers pasan por un proceso llamado “annealing” el cual consiste en un someter a las piezas a un calentamiento extremo para remover cualquier defecto o impureza que pueda haber llegado a esta instancia.
Recien ahí empieza la parte del “escrutinio”, el cual, en primera instancia se realiza mediante un rayo laser que ayuda a detectar cualquier defecto (por mas que sea de milésimas de un micron) que pueda tener la superficie del wafer.

Una vez hecho esto, se le agrega al wafer una capa de cristal lalmada “epilayer”.
Ahora el wafer esta en condiciones de pasar al proceso de “etching” o desambiguación.

[Imagen Removida por el Usuario]

La desamiguacion o “etching” es un proceso en el cual se “cortan” pequeñas partes desprotegidas de un elemento para generar patrones o diseños. Pâra dicho fin se utilizan acidos muy fuertes.

1 – Oxido: Una capa de oxido es implantada en el wafer. Esto frecnuetemente se logra al exponer al wafer a vapor a muy altas temps.
2 – Fotoresistencia: Una capa organica fotoresistente es aplicada.
3 – Enmascaramiento: Una mascara es aplicada y una luz UV (ultravioleta) se filtra entre las pequeñas "ranuras".
4 – Limpieza: La mascara es limpiada con un solvente organico.
5 – "Etching": Acido hydroflurico es usado para emparejar el oxido de silicio, ya que el acido es inorganico, no afecta la capa fotoresistente (que es organica)
6 – Limpieza 2: El remanente fotoresistente es lavado, el wafer esta ya listo para añadir contactos.

2- Fabricando el transistor:

(A) El wafer tipo P (silicio aliado con boro) tiene un “epilayer” del tipo N (silicio con fosforo o arsénico)
(B) Una mascara es utilizada para “implantar” dioxido de silicio a modo de aislante.
(C) Se esparcen atomos receptivos (generalmente de boro) sobre el dioxido de silicio.
(D) Usando otra mascara se agrega mas dioxido de silicio junto a dadores o donantes de atomos (generalmente elementos como el arsénico con un exceso de electrones).
(E) Una ultima mascara es usada para implantar otra capa de dioxido de silicio junto con aluminio o cobre evaporados para los contactos. Esto seria un BJT ( Bipolar Junction Transistor)

Transistores MOS

Estos transistores son usados en microprocesadores y en memorias. Ellos requieren menos energia que los transistores BJT, pero estan hechos de casi la misma manera.

Todo este trabajo se realiza en “clean rooms” o mejor dicho en ambientes completamente esteriles, con sistemas de ventilación y filtrado ionico de precision ya que aun la mas minima particula de polvo puede destruir todo un wafer. Los trabajadores usan trajes esteriles (como los de las películas) para evitar que las particulkas de polvo y de piel se mezclen en este ambiente controlado.

3 – Wafer lleno de chips – el armado del procesador.

Este es un wafer terminado, muchisimos chips saldran de uno de estos wafer de 300mm

Una vez que el wafer lleno de chips esta terminado, cada uno de dichos chips son testeados mientras aun se encuentra en el wafer. Si se encuentra uno defectuoso sera marcado para evitar su uso, la mayoria de estos chips defectuosos son los que se encuentran cerca de los bordes del wafer (estos seran utilizados para las segundas lineas de productos, dependiendo del grado de “impureza” o de falla), los mejores son los que se encuentran en el area central del wafer (estos seran destinados a los modelos mas performantes de la familia de procesadores e incluso para testeos de temperatura extrema y para uso militar o industrial)

El wafer es cortado y cada chip es individualizado. Estos chips luego seran unidos al “paquete” que se encuentra en cada una de nuestras PC`s, se le adicionaran extras como la memoria cache y demases.

El producto final tardara aproximadamente 3 meses para ser completado (tiempo que demora todo el proceso) y cuando esta terminado, el producto final (CPU) con mas de cientos de millones de transistores es realmente impresionante por donde se lo mire.

Como es bien sabido (y en caso de no saberlo, lo mensiono por las dudas), hay varias formas de “construir” un microprocesador. La que estuvimos viendo es la clasica, aunque hay adelantos cada dia… ahora les voy a presentar algunas de las “Nuevas Tecnologías” y algunas “no tan nuevas – pero muy eficientes”

Silicon On Insulator (SOI) – Esta es una tecnología de manufactura donde una capa aislante es creada en un wafer de silicio, aislando la capa externa donde los transistores activos seran manufacturados, de el resto del wafer. La capa de oxido actua como una barrera que reduce la electromigracion de los transistores, resultando en semiconductores que son mucho mas rapidos y mas eficientes energéticamente.
Estos beneficios hacen del sistema SOI una tecnología muy valorada por los fabricantes de chips, produciendo chips para aplicaciones de altisima performance como los destinados para servidores de alto desempeño y estaciones de trabajo, entre tantos otros.

SOI no es para nada un concepto nuevo, se uso por ejemplo en equipos como la COSMAC 1802 de RCA en el año 1976 ( si recuerdan bien, estos equipos de usaron en misiones como Pioneer, Voyager y Galileo de la NASA)

Inmersion Litografica – La inmersion litografica es un metodo de aumento de proyeccion que ubica un liquido entre la capa cristalina o lente y el wafer. La refraccion adicional de la luz pasando atravez del liquido sirve para maximizar la resolucion alcanzable por la luz proyectada. IBM pienza que este proceso litografico podria habilitar herramientas para producir circuitos mas pequeños que los 45nm.

Low-K dielectrics – Los LKD son utilizados para formar una capa aislante entre interconexiones dentro de un circuito integrado.
Cuanto mas bajo es el valor de “K”, mejor es el factor de aislamiento. Esto busca poder llegar a hacer circuitos integrados complejos con solo aire entre los cables (SON Silicon On Nothing). Como resultado, los investigadores estan examinando materiales dielectricos que sean lo mas porosos posibles (para maximizar el monto de aire) y a su vez lo suficientemente resistentes para soportar los rigores del proceso de fabricación del wafer.
La mayoria de los materiales dielectricos son insertados en los chips mediante un proceso de “girado” o por medio de CVD (Chemical Vapor Deposition)
Novellus ha introducido un material con un valor K de 1.7, lo cual es considerablemente mejor que los materiales dielectricos utilizados actualmente se espera que este nuevo material sea utilizado regularmente en los años proximos. Novellus utiliza el sistema CVD para insertar el material dielectrico en espacios MUY reducidos. Cuanto mejor es el material dielectrico, menor es el espacio requerido lo cual decanta en partes mas pequeñas, frias y rapidas.

Strained Germanium – El Germanio es un subproducto deribado del procesamiento del Zinc, es un elemento MUY duro, con la misma estructura cristalina del diamante. Es un semiconductor casi perfecto, con propiedades electricas bien balanceadas entre transmición y aislamiento, su uso como transistor fue clave en el avance de los componentes electronicos de estado solido.
El Germanio ha sido utilizado en pequeñas dosis por muchisimas companias, incluyendo IBM (en un proceso de fabricación existente llamado “strained silicon” ).
En el proceso “SS” de IBM una mezcla de Germanio y silicio es posicionada junto a una capa de silicio puro, lo cual provoca que los atomos de silicio se alineen con los atomos de Germanio, esto abre un camino mas amplio que permite que mas electrones fluyan dentro del circuito.
Por mucho tiempo los investigadores han sabido que el Germanio es mucho mejor conductor de electricidad que el silicio, pero todavía no han descubierto como armar altas concentraciones de Germanio dentro de los chips o como incluirla en mayores cantidades dentro del proceso de fabricación. Esto hace que se reevaluen los actuales procesos de fabricación ya que en un corto plazo, seran inútiles para continuar progresando en la escalabilidad de los chips.
IBM ha conseguido un forma (todavía en estudio) de poder lograr lo dicho anteriormente permitiendo conseguir concentraciones hasta 3 veces superiores de Germanio en sus chips.

EUV Extreme Ultraviolet – Es un proceso litografico de onda extremadamente corta (13nm), esto permite utilizar mascaras mas pequeñas, se esta avanzando en una nueva forma de litografia llamada X-Ray lithography, la cual es una evolucion de la UV con ondas aun mas pequeñas.

SIMOX Separation by Implantation of Oxygen – SIMOX es una radical nueva forma de fabricación, opera creando una capa o film perfectamente lisa de menos de 15 micrones de dioxido de silicio SOI
Este nuevo SOI prácticamente no presenta ningun tipo de imperfecciones o impurezas mientras mantiene unas altas tasas de potencia.
El proceso SIMOX involucra tambien la inyeccion directa de Oxigeno purificado dentro del wafer de silicio a temperaturas extremadamente altas, este oxigeno se fucionara con el silicio formando finas capas de oxido de silicio. Este relativamente perfecto silicio permite la fusion directa de substrato puro cristalino en el silicio, mejorando sus propiedades.

Bueno, trate de no extenderme demaciado, espero les guste y les sea util esta mini guia… para los que saben, puede ser como material de consulta, y para los que no, una manera de aprender y entender los componentes de nuestra pasion… la informatica.

Saludos a todos..

Pasa y enterate lo que podemos hacer juntos para ganarle a las enfermedades.
Hardcore Extreme Level

synxll

entradas: 5405

15:43 21/10/2007

2

Excelente, muy bueno, siempre tuve una idea de q usaban, pero no conocia 100% el proceso, muy bueno

Notebook HP Pavilion DV7 3067CL (17,3', hd4650 1gb GDDR3, AMD Turion II m600 2.4ghz, 4gb Memoria, 500gb 7200rpm, dvdrw)

Guia para armar PC Gamer al menor precio

Extreme Level

marxs

Jujuy

entradas: 1051

15:58 21/10/2007

3

EXCELENTE, muy buen aporte, ahora lo leo completito. Muchas gracias.

Hardcore Extreme Level

BNDMOD

Argentina

entradas: 10374

16:04 21/10/2007

4

Excelente información.. muy poco antes vista…. genial..
Te lo agradezco mati

…. :: I'm Watching you :: ….
 

 

 



 

BNDMOD @ Cruz Alta (Cba.) Argentina
 

Midle End Level

ElGaby_29

entradas: 329

16:11 21/10/2007

5

Buenisimo ahora mismo me pongo a hacer prosesadores hexacore y les rompo el culo a intel y amd jajajjaja

Core 2 duo e4400 2.0Ghz 800Mhz 2Mb, Mother Asus P5VD2-VM, Disco WD 250Gb 16Mb, Memo Kingston 1Gb 667Mhz, Gabinete Sentey Rja 270 Fuente 550w
LG 1953s

Extreme Level

ecibad

entradas: 2730

16:25 21/10/2007

6

Gracias gente… en unas semanas tal vez arme una sobre la fabricacion de motherboards, estamos en el proceso de recopilar info

Saludos.

Pasa y enterate lo que podemos hacer juntos para ganarle a las enfermedades.
Extreme Level

Aiyoros

entradas: 2811

16:49 21/10/2007

7

Grosa info!

Se recontra agradece

Mis Reveiws
Saitek P2600 Rumble

We´re not Iron Maiden we´re not fron England, we are Sonata and we come from Finland! m/

Hardcore Extreme Level

jose_073

entradas: 4258

17:34 21/10/2007

8

Buena info, faltan fotos del producto terminado nada mas xD

Saludos

Miss you: AMD Athlon 4200@2800 1.2v – Biostar TForce 7050 – OCZ Gold 800 CL3 – XFX 9600GT
Extreme Level

nelsonbi2006

entradas: 2921

17:40 21/10/2007

9

que bueno,mas tarde lo leo,lo de las placas madres,creo que hay un articulo de armani con fotitos y todo.
salu2

PC: Athlon 64 X2 4800@2,8Ghz ||| 2Gb RAM Markvision DDR800 ||| 8800GT 512MB ||| Gabo Satellite X-Blade 511P ||| HDD 320GB Samsung ||| Coolermaster Rs-450 ||| LCD AOC 17" :S ||| Logitech G5 Battlefield 2142 ||| Logitech X-530 5.1 ||| Asus M2N-SLI

NB: MSI U100 ||| Intel Atom 1.6Ghz ||| 1GB RAM ||| HDD 160GB ||| Windows 7 ON!

Hardcore Extreme Level

chavo fucks

Quilmes

entradas: 3697

18:33 21/10/2007

10

Exelente aporte, me sacaste muchas dudas con esta guia

Graciela.

Midle End Level

Pablito

Grál. San Martín (centro)

entradas: 238

18:43 21/10/2007

11

Jajajaj definitivamente no es una guia, pero gracias por postearlo RE groso el aporte !!!!
muy interesante, las dos cosas que mas me gustan, la quimica y la informatica se juntan en el mismisimo principio desde donde sacamos los micros que dsps oceamos jajjaa
No bueno hablando en serio, buenisimo y se agradece por la info

Como data asi para la charla de cafe.. los semiconductores no son un elemento unico ( es decir, el germanio o silicio no son semiconductores por si mismo ) los semiconductores son a un metal como el silicio, agregarle EXACTAMENTE una proporcion de otro elemento cercano, como el germanio, es decir, si tomaramos un millon de atomos de Si , y le colocaramos, uno, o dos atomos de Ge mezclados, obtendriamos un semiconductor, con distintas propiedades dependiendo de la cantidad de atomos colocados, esto se debe a la diferencia en las configuraciones electronicas de cada atomo, asi, colocando en un millon de atomos de Si, un atomo que posee un electron mas que el Si en sus capas de valencia, logramos un material con propidades de semiconductor. en el caso que coloquemos en Si, un atomo o dos por millon de un elemento con un electron de menos en sus capas de valencia, logramos un semiconductor con propiedades diferentes al anterior, esto origina los dos tipos de semiconductores que conocemos nPn o PnP .

" El Oc no es inmoral " – yo cuando tenia 12 años

Extreme Level

gassmann

entradas: 1957

19:02 21/10/2007

12

linda guia ahora me pongo a fabricar micros de 486

Extreme Level

LoLGeNe

entradas: 1332

12:00 12/11/2007

13

Muy buena guía, ya sabia masomenos como era el proceso, pero no tan detalladamente.
De verdad es impresionante lo que cuesta hacerlos y la tecnología que tienen encima
Y después nosotros los quemamos dándoles OC xD

Postear compulsivamente es perjudicial para la salud



Extreme Level

ELEDU

entradas: 1138

12:14 12/11/2007

14

Muy buena info felicitaciones.