Procesadores de silicio
El proceso de fabricación de un microprocesador es muy complejo.
Todo comienza con un buen puñado de arena (compuesta básicamente de
silicio),
con la que se fabrica un mono cristal de unos 20 x 150 centímetros.
Para ello, se funde el material en cuestión a alta temperatura
(1.370 °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 de 10 micras de espesor, la décima
parte del espesor de un cabello humano, utilizando una sierra de
diamante. De cada cilindro se obtienen miles de obleas, 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 someterlas a un calentamiento extremo para eliminar
cualquier defecto o impureza que pueda haber llegado a esta instancia.
Después de una supervisión mediante láseres capaz de detectar
imperfecciones menores a una milésima de micra, se recubren con una capa
aislante formada por óxido de silicio transferido mediante deposición
de vapor.
De aquí en adelante, 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 la oblea, sucediéndose la deposición y eliminación de
capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores,
endurecidas mediante luz ultravioleta y atacada por ácidos encargados de
eliminar las zonas no cubiertas por la impresión. Salvando las escalas,
se trata de un proceso comparable al visto para la fabricación de
circuitos impresos. Después de cientos de pasos, entre los que se hallan
la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la
implantación iónica y la deposición de capas; se llega a un complejo
«bocadillo» que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador.
Un transistor construido en tecnología de 45 nanómetros 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 máscaras
utilizadas durante la fabricación.
Los detalles de un microprocesador son tan pequeños y precisos que
una única mota de polvo puede destruir todo un grupo de circuitos. Las
salas empleadas para la fabricación de microprocesadores se denominan
salas limpias, porque el aire de las mismas se somete a un filtrado
exhaustivo y está prácticamente libre de polvo. Las salas limpias más
puras de la actualidad se denominan de clase 1. La cifra indica el
número máximo de partículas mayores de 0,12 micras que puede haber en un
pie cúbico (0,028 m
3) de aire. Como comparación, un hogar
normal sería de clase 1 millón. Los trabajadores de estas plantas
emplean trajes estériles para evitar que restos de piel, polvo o pelo se
desprendan de sus cuerpos.
Una vez que la oblea 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 una oblea que tiene grabados
algunas marcas en el lugar que se encuentra algún microprocesador
defectuoso.
La mayoría de los errores se dan en los bordes de la oblea, dando
como resultados chips capaces de funcionar a velocidades menores que los
del centro de la oblea o simplemente con características desactivadas,
tales como núcleos. Luego la oblea es cortada y cada chip
individualizado. En esta etapa del proceso el microprocesador es una
pequeña placa de unos pocos milímetros cuadrados, sin pines ni cápsula
protectora.
Cada una de estas plaquitas será dotada de una cápsula protectora
plástica (en algunos casos pueden ser cerámicas) y conectada a los
cientos de pines metálicos que le permitirán interactuar con el mundo
exterior. Estas conexiones se realizan utilizando delgadísimos alambres,
generalmente de oro. De ser necesario, la cápsula es provista 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 los que equipan
a los computadores.
También se están desarrollando alternativas al silicio puro, tales como el
carburo de silicio que mejora la conductividad del material, permitiendo mayores frecuencias de
reloj interno; aunque aún se encuentra en investigación.
