Come realizzare un microprocessore.

Presentazione sul tema: "Come realizzare un microprocessore."— Transcript della presentazione:

1 Come realizzare un microprocessore.
DALLA SABBIA …. La sabbia è la materia prima per tutta l'elettronica. E’ composta da 25% di silicio, che è presente in tutto il mondo. La sabbia di quarzo, in particolare, ha quantità molto alte di diossido di silicio che è l'ingrediente base per l'industria dei semiconduttori.

2 … AL CRISTALLO. Il silicio si purifica con la fusione. La prima cosa da fare è separare il silicio dalla sabbia, che poi diventa uno scarto.

3 100 kili di purezza. Un cristallo di silicio, pronto all'uso.
Il cristallo è composto da silicio elettronico che pesa circa 100 chili e ha un livello di purezza del %.

4 Il taglio vero usa una lama più sofisticata.
L'ingot successivamente viene "affettato" per ottenere i sottili dischi di silicio chiamati wafer.

5 Non usatelo come frisbee.
Un disco perfetto, piuttosto bello. Una volta tagliati i wafer vengono ripuliti fino a che non sono del tutto privi di difetti, e la loro superficie è liscia come quella di uno specchio.

6 Primo strato di materiale fotoresistente.
Il liquido blu che vedete è fotoresistente, e viene distribuito sul wafer in rotazione, per assicurarsi che la distribuzione sia uniforme e sottile.

7 Giochi di luce. Esposizione ai raggi UV.
A questo punto il wafer è pronto per l'esposizione ai raggi ultra violetti (UV). La reazione chimica generata dalle lampade è simile a quella che accade alla pellicola quando si scatta  una fotografia.

8 Con gli ultravioletti danno forma al transistor.
Nelle immagini potete vedere come apparirebbe un singolo transistor se fosse visibile a occhio nudo. Un transistor, sostanzialmente, funziona come un interruttore, capace di controllare la corrente elettrica al suo interno.

9 Un nanometro, cioè un milionesimo di millimetro.
Dimensioni microscopiche, ma si capisce che è un transistor. Dopo l'esposizione ai raggi UV, quindi, le aree esposte vengono sciolte ed eliminate usando un solvente specifico. La pellicola fotoresistente è rappresentata in blu. Questa operazione permette di far emergere il design del progetto, ottenuto grazie alla maschera. È il primo passo verso la nascita di transistor, connessioni, e tutto quello che fa parte di una CPU.

10 Rimozione del materiale in eccesso.
Il materiale fotoresistente protegge le parti del wafer che devono essere preservate, mentre quelle esposte vengono eliminate e ripulite con un processo chimico.

11 Transistor, dal 1947. Un nuovo passaggio, nuovi elementi aggiunti.
Successivamente la pellicola fotoresistente è rimossa, e il risultato è visibile.

12 Comincia a farsi complicato.
A questo punto si applica un nuovo strato di pellicola fotoresistente (in blu), e si procede ad una nuova esposizione ai raggi UV, per poi passare ad un nuovo lavaggio.

13 Ecco il cannone a Ioni. Gli ioni alterano le proprietà del silicio.
Il processo chiamato "ion implantation" consiste nel bombardare di ioni le parti esposte del wafer. In questo modo gli ioni sono impiantati nel silicio, alterandone le proprietà elettriche. Gli ioni sono "sparati" a velocità elevatissime, più di Km/h, grazie alla spinta di un campo elettrico.

14 Gli ioni permettono di controllare e regolare le proprietà del silicio.
Dopo il bombardamento di ioni si rimuove il materiale fotoresistente, e il materiale esposto (verde) ora contiene dei nuovi atomi.

15 Uno strato sopral’altro.
Gli ultimi strati, prima del rame. Il transistor a questo punto è quasi finito. Si praticano tra fori sullo strato isolante (magenta) sopra al transistor, che saranno ricoperti rame. Il metallo servirà a collegare ogni transistor con i suoi simili.

16 Il rame, l'altro ingrediente base dell'elettronica moderna.
I wafer vengono messi in una soluzione di solfato di rame, grazie alla quale gli ioni di rame si depositano sui transistor, con un processo chiamato elettroplating, molto simile alla placcatura dei gioielli. Gli ioni di rame si spostano dal terminale positivo (anodo) a quello negativo (catodo), vale a dire il wafer.

17 Il caro e vecchio. Il rame permette di portare i segnali da un transistor all'altro. Gli ioni di rame formano un sottile strato sulla superficie del wafer.

18 Bastano pochi atomi di rame a creare la connessione base.
Il materiale in eccesso viene poi rimosso, e resta un sottile strato di rame, solo dove serve.

19 Una rete stradale in miniatura.
Si creano diversi strati di metallo per dare vita ai collegamenti (think wires) tra i transistor. Il modo in cui si creano questi collegamenti dipende dall'architettura e dal progetto della CPU (per esempio i Core i7 di Intel).

20 Prima di tagliare i die, alcuni test di controllo.
Questa porzione di wafer deve ora superare il test di qualità. Tutti i circuiti e le piste vengono controllate, e le risposte del chip confrontate con quelle standard, per vedere se tutto funziona come dovrebbe.

21 Una volta era sabbia. Da un singolo disco si ricavano molte CPU.
Una volta che le prove hanno stabilito la buona qualità dei processori, il wafer viene tagliato in singole unità, chiamate die.

22 I die devono essere maneggiati con molta attenzione.
I die che hanno superato il test di risposta passeranno alla fase successiva, il confezionamento. Quelli difettosi, invece, vengono gettati. Anni fa Intel ci faceva dei gadget.

23 E’ nata una CPU. Ecco un die finito.
Questo è un singolo die, risultato delle fasi precedenti. È un processore Core i7.

24 Il processore, quasi pronto per entrare in un computer.
A questo punto il die, lo strato di silicio e rame, deve essere inserito nel suo alloggio finale e unito al dissipatore. Il substrato fornisce l'interfaccia elettrica e quella meccanica, necessarie per l'interazione tra il processore e il resto del computer. Il dissipatore argentato fa, invece, da interfaccia con i sistemi di raffreddamento, usati per mantenere la CPU fresca quando è in funzione.

25 Controlli maniacali. Una CPU è un oggetto molto complesso.
Un microprocessore è probabilmente l'oggetto più complesso che si produca al mondo. Ci vogliono centinaia di passaggi per ottenerlo, e in questo articolo vi abbiamo mostrato solo quelli più importanti.

26 Altri controlli sul prodotto finito.
Negli ultimi test vengono messe alla prova alcune caratteristiche fondamentali, come la dissipazione di calore e la frequenza massima).

27 In scatola e pronto a partire.
Fasi finali, preparazione per le spedizioni. In base ai risultati del test successivo, i processori vengono organizzati e divisi sui nastri trasportatori. Questo processo,che si chiama "binning“.