Intel mostra como uma CPU é feita
A sua CPU veio da areia
Areia. Feita por 25% de silício, é, depois do oxigênio, o segundo elemento químico mais abundante na crosta terrestre. Areia, especialmente quartzo, possui altas porcentagens de silício na forma de dióxido de silício (SiO2) e é o ingrediente base para a manufatura de semicondutores.
Purificação e desenvolvimento
Depois da obtenção de areia e separação do silício, o excesso de material é descartado e o silício é purificado em múltiplas etapas para finalmente atingir a qualidade para a manufatura de semicondutor, a qual é chamada de
silício de nível eletrônico. A pureza resultante é tão excepcional que o silício de nível eletrônico possui um átomo álien para cada um bilhão de átomos. Depois do processo de purificação, o silício entra para a etapa de fusão. Nesta imagem você pode ver como um grande cristal de silício é construído do silício purificado. O mono-cristal resultante é chamado de lingote.
Um grande lingote
Um lingote mono-cristal é produzido do silício de nível eletrônico. Um lingote pesa aproximadamente 100 quilogramas, e possui uma pureza de silício de 99,9999 porcento.
Fatiando o lingote
O lingote é então transportado para uma etapa de corte onde discos individuais de silício, chamados de wafers, são cortados em fatias bastante finas. Alguns lingotes podem medir mais de um metro e meio. Alguns lingotes com diâmetros diferentes podem existir dependendo da necessidade de tamanho do wafer. Nos dias de hoje, as CPUs são comumentes feitas em wafers de 300mm (30cm).
O polimento do wafer
Uma vez cortados, os wafers são polidos até eles atingirem uma característica impecavelmente espelhosa. A Intel não produz seus próprios lingotes e wafers, mas os compra já prontos de empresas terceirizadas. O avançado processo High K/Metal Gate de 45nm da Intel usa wafers com um diâmetro de 300mm (ou 12 polegadas). Quando a Intel começou a produzir chips pela primeira vez, usava circuitos impressos em wafers de 50mm (2 polegadas). Já em dias atuais, a Intel usa wafers de 300mm, o que resulta em um menor custo por chip.
A camada polimérica
O líquido azul, mostrado acima, é uma camada polimérica parecida com as usadas em rolos de filmes para fotografia. O wafer gira durante esta etapa e permite uma melhor distribuição da camada que é suave e também muito fina.
Exposição à luz UV
Neste estágio, a camada polimérica é exposta à luz ultravioleta (UV). A reação química causada pela luz UV é parecida com o mesmo efeito que ocorre em filmes fotográficos, quando a luz "queima" e grava a imagem no material.
As áreas da camada polimérica que foram expostas à luz UV tornar-se-ão solúveis. A exposição é feita usando máscaras que atuarão como stencils. Quando usadas com luz ultravioleta, as máscaras criam várias impressões de circuito. A construção de uma CPU essencialmente repete este processo múltiplas vezes até que várias camadas estejam empilhadas umas em cima das outras.
Uma lente (meio) reduz a imagem da máscara para um ponto focal pequeno. A "impressão" resultante no wafer é normalmente quatro vezes menor, linearmente, do que o modelo da máscara.
Mais exposição
Na foto acima, nós temos uma representação de como um único transistor se parece se pudéssemos vê-lo a olho nú. Um transistor atua como um interruptor, controlando o fluxo de corrente elétrica num chip de computador. Os pesquisadores da Intel conseguiram desenvolver transistores tão pequenos que 30 milhões deles caberiam na cabeça de um alfinete.
Lavação da camada polimérica
Depois de serem expostas à luz UV, as áreas da camada polimérica expostas são completamente dissolvidas por um solvente. Isto revela uma forma moldada pela máscara. Os transistores, interconectores e outros contatos elétricos começam a desenvolver-se a partir deste momento.
Corte
A camada polimérica protege o material do wafer que não deveria ser cortado fora. As áreas que foram expostas serão removidas por compostos químicos.
Remoção da camada polimérica
Depois do corte, a camada polimérica é removida e a forma desejada começa a ser notada.
Reaplicando mais camada polimérica
Então, mais da camada polimérica (em azul) é aplicada e logo re-exposta à luz UV. A camada polimérica exposta é então "lavada" antes da próxima etapa, que é chamada de ion doping. Este é o passo onde as partículas de íon são expostas ao wafer, permitindo o silício a mudar suas propriedades químicas em uma forma que capacita a CPU a controlar o seu fluxo de eletricidade.
Ion Doping
Através de um processo chamado de "ion implantation" (implantação de íons) as áreas expostas do wafer de silício são bombardeadas com íons. Os íons são implantados no wafer de silício para alterar a forma na qual o silício conduz eletricidade nestas áreas. Íons são jogados sobre a superfície do wafer em velocidades muito altas. Um campo elétrico acelera os íons em uma velocidade que excede os 300.000 km/h.
Mais remoção de camada polimérica
Depois da implantação de íons, a camada polimérica será removida e o material que deveria ser dopado (em verde) agora possui átomos áliens implantados.
Um transistor
O transistor está quase pronto. Três buracos foram criados na camada isolante (rosa) acima do transistor. Esses três buracos serão preenchidos com cobre, os quais farão as conexões com outros transistores.
Galvanizando o wafer
Nesta etapa, os wafers são colocados em uma solução de sulfato de cobre. Os íons de cobre são depositados sobre o transistor através de um processo chamado
electroplating (galvanização, eletrificação). Os íons de cobre viajam do terminal positivo (ânodo) ao terminal negativo (catódio) os quais são representados pelo wafer.
Assentamento de íons
Os íons de cobre assentam-se como uma camada fina na superfície do wafer.
Polindo o excesso de material
O material em excesso é polido deixando uma camada de cobre realmente fina.
Camadas
Múltiplas camadas de metal são criadas para interconectores (pense em fios elétricos) dentre os vários transistores. O modo no qual essas conexões ("fios") precisam ser instaladas é determinado pelos engenheiros de arquitetura e projeto que desenvolvem a funcionalidade do respectivo processador (por exemplo, o processador Intel Core i7). Enquanto os chips parecem ser bastante planos e lisos, eles podem ter na verdade mais de 20 camadas para formar circuitos complexos. Se você olhar em uma visão ampliada de um chip, você verá uma complexa organização de circuitos e transistores que parecem mais com um futurístico sistema de rodovias multicamada.
Teste de classificação de wafer
Este pedaço de wafer está sendo submetido ao seu primeiro teste de funcionalidade. Neste estágio, modelos de teste são alimentados a cada um dos chips e as respostas monitoradas dos chips são comparadas "à resposta certa".
Fatiando o wafer
Depois dos testes determinarem se o wafer possui uma boa safra de processadores, o wafer é cortado em pedaços (chamados de
dies).
O bom, o ruim e o feio
Os
dies que responderam com "a resposta certa" ao modelo de teste aplicado serão submetidos à próxima etapa (montagem). Dies ruins são descartados. Há alguns anos, a Intel fazia pilhas e montanhas de dies ruins.
Um die
Este é um único die, o qual foi cortado na etapa anterior. O die mostrado na foto é de um processador Intel Core i7.
A montagem da CPU
O
substrate, o
die e o
heatspreader são encaixados para formar um processador completo. O
substrate verde constrói a interface mecânica e elétrica para que o processador possa interagir com o resto do sistema/PC. O
heatspreader é uma interface térmica onde a solução de refrigeração será aplicada. Isto deixará o processador refrigerado durante seu funcionamento.
Uma CPU finalizada
Um microprocessador é o produto manufaturado mais complexo na Terra. De fato, ele leva centenas de etapas e apenas as mais importantes foram visualizadas neste tópico.
Continua...
Veja como se fabrica uma CPU
Jul 23 2009, 23:45 
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