Fabricacion

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 monocristal 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 remover 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 remover 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 m3) 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; aunque aún se encuentra en investigación.

Aunque la gran mayoría de la producción de circuitos integrados se basa en el silicio, no se puede omitir la utilización de otros materiales tales como el germanio; tampoco las investigaciones actuales para conseguir hacer operativo un procesador desarrollado con materiales de características especiales como

el grafeno o la molibdenita.