- Вибір сировини і початок виробництва
- Чистота як запорука успіху
- Перетворюємо «вафлю» в мікрочіп
- косметичні процедури
У нинішній час неможливо уявити собі комп'ютер, смартфон або інший електронний прилад без процесора. У неймовірній кількості виходять нові пристрої з просунутими чіпами, завдяки яким апарати стають потужнішими і розумніші. При цьому далеко не всі здогадуються про те, як створюються подібні «камені».
У даній статті ми постараємося багато розповісти про процес виготовлення сучасних процесорів. Забігаючи вперед, варто відзначити, що виробництво чіпів - справа складна і витратна, але також і вельми цікаве.
Вибір сировини і початок виробництва
Процесор має дуже складну структуру. Для створення мініатюрних елементів, які здійснюється моментальні обчислення, необхідно задіяти певний сировину з багаторівневою системою очищення. Йдеться про звичайний піску. Саме з цього сипучого матеріалу проводиться кремній. Пісок під впливом неймовірно високих температур змішується з чистим вуглецем. В результаті виходить повноцінний кремній, але його чистота в 98% все ще недостатня, щоб відразу ж використовуватися для мікрочіпів. Для перетворення в «електронний мозок» йому катастрофічно не вистачає обробки за допомогою хлору, щоб позбутися залишків різних домішок.
Тепер максимально чистий кремній, який поміщений в тигель, потрібно грунтовно розігріти. Для цього він направляється в герметичну піч з інертним газом аргоном. Чому б просто не створити вакуумну середу? На жаль, еталонний вакуум реалізувати на нашій планеті не можна. Тільки з цієї причини потрібно направити свій погляд у бік хімії. Так, аргон не дає складу окислюватися, чудово заміщаючи кисень. При цьому сам газ взагалі не впливає на кремній, що дуже важливо. В таких умовах пісок нагрівається до фантастичною температури - 1420 градусів. Він починає плавитися під дією графітового нагрівача, який ніяк не забруднює кремній.
Зараз в справу вступає довгий початковий кристал, що складається з кремнію. Завдяки цьому повинна початися кристалізація, коли рідкий склад поступово остигає з утворенням своєрідною сітки, а саме молекулярної решітки. Тепер кристал вкрай повільно виймають з тигля, щоб дістати бажаний монокристал. Примітно, що «зростання» кристала триває близько 24-26 годин. В результаті ми отримуємо цілий кристал у формі циліндра з 30-сантиметровим діаметром і майже 2-метрової висотою. Такий гігантський «олівець» може важити до 100-150 кг. Варто відзначити його структуру, яка є абсолютно однорідною. Отримана решітка з кремнієвих атомів можна з упевненістю назвати ідеальною. Ось така «штука» витягується з тигля за допомогою затравочного кристала.
Отриману заготівлю обов'язково необхідно перевірити на чистоту, а також правильність розміщення решітки з молекул. Для цього активно застосовуються не тільки рентгеноскопічний, а й різноманітні хімічні дослідження. Якщо з кристалом все добре, то його відправляють на фізичну обробку. Йдеться про спеціальній установці, яка здатна ефективно різати кремній, щоб вийшли 1-міліметрові пластини. Після нарізки потрібно полірування матеріалу, так як дротяна пила все-таки залишає невеликі мікродефекти на поверхні, а й нічого подібного бути не повинно.
Обробкою займаються просунуті шліфувальні машини, причому цей процес повторюється багато разів. Тільки коли кремнієвий диск буде ідеально рівним і гладким шліфування припиняється. Залишається лише очистити поверхню від пилу, а потім відправити в стерильне приміщення для подальшого зберігання.
Чистота як запорука успіху
Виробники процесорів будують величезні стерильні цеху, щоб пил ніяк не могла проникнути всередину таких приміщень. Цех не тільки повинен бути повністю ізольованим, а й мати просунуту систему очищення повітря. Професійні кондиціонери і прогресивні конструкції для повітряної очищення роблять подібні приміщення неймовірно стерильними. Так, за чистотою повітря такі виробничі споруди в тисячі разів випереджають навіть палати в хірургічних відділеннях.
Приголомшлива стерильність досягається шляхом як повітряної очистки, так і знаходження працівників в рукавичках, масках і спеціальних костюмах. Більш того, останні тенденції щодо тотальної роботизації підвищило рівень стерильності до якихось божевільних показників. Але і відсоток браку завдяки промисловим роботам став помітно нижче. Все це на тлі того, що навіть єдиною мікроскопічної порошинки досить, щоб зіпсувати майбутній процесор.
Перетворюємо «вафлю» в мікрочіп
Сьогодні діє конвеєрне виготовлення процесорів. Причому весь процес розділений на конкретні етапи з чіткими завданнями. Так, на місце виробництва майбутнього чіпа доставляються «вафлі» в герметичних боксах-контейнерах. Потім їй необхідно пройти сотні технологічних етапів і операцій. При цьому з цеху чіп «виходить» в повністю готовому стані лише через 2-3 місяці.
Що ж являє собою ця технологічний ланцюжок, завдяки якій ідеально рівний шматок кремнію чудесним чином перетворюється в просунутий процесор для наших гаджетів і приладів? Тут існує дуже багато здогадок і роздумів, тому що ніхто з найбільших виробників в особі Intel, Qualcomm і AMD не збирається розкривати власні секрети. Для початку конструктори та інженери компанії-виробника повинні створити 3D-схеми з взаємним розташуванням всіх елементів чіпа. Це по-справжньому складний процес, що вимагає особливого підходу.
Після цього на кремнієву підкладку наносяться численні елементи, розділені на окремі шари з безліччю рівнів. Так як цей процес є надзвичайно тонким, то його неможливо здійснити вручну. Тому виготовлення процесорів повністю автоматизовано. Варто зазначити, що технічний процес постійно удосконалюється, а нанометра все зменшуються і зменшуються, дозволяючи Мікрочіпи з кожним роком бити рекорди продуктивності.
Коли шари будуть нанесені на підкладку, а також з'єднані за допомогою атомів міді з можливістю пропускання струму, то залишається перевірити чіп на працездатність. Примітно, що на прилавки магазинів можуть потрапляти тільки на 100% якісні процесори. Для цього роботизовані машини ретельно вибирають, а потім вирізують із загальної пластини повністю працездатні чіпи. Відбувається сортування по частотах, енергоефективності та іншим параметрам.
косметичні процедури
Фінішна пряма в процесі виготовлення полягає в приклеюванні підкладки до мікросхеми. Для цього конструкція направляється в піч, нагріту до 360-градусної температури. Коли процесор остигає, то на нього одягається кришка, щоб досить крихкий кремінь був надійно захищений.
При цьому корпус дозволяє відводити зайве тепло від кристала. Створюються спеціальні «ніжки» або «кульки» у вигляді певної кількості електричних контактів. Вони акуратно припаиваются до підкладки. Тепер чіп грунтовно промивається у водяному розчині з ефективними речовинами для видалення залишилася бруду. У багатьох випадках виробники додатково тестують готові процесори, щоб виявити дефекти в роботі.
Ось так ми отримуємо мікрочіпи, завдяки яким функціонують наші смартфони, ноутбуки, планшети, комп'ютери, телевізори та багато інших електричні пристрої.
Чому б просто не створити вакуумну середу?Що ж являє собою ця технологічний ланцюжок, завдяки якій ідеально рівний шматок кремнію чудесним чином перетворюється в просунутий процесор для наших гаджетів і приладів?
