¿Cómo se hacen las chips de computadora?

¿Cómo se hacen las chips de computadora?

Los chips de computadora, también conocidos como microchips de silicio, son dispositivos electrónicos increíblemente pequeños utilizados para almacenar y procesar información. Controlan todo, desde electrodomésticos hasta equipos de oficina, cámaras digitales y equipos médicos. Toman toda esta información, ya sea una imagen digital simple o una película completa y lo convierten en un producto utilizable. Cada vez que presiona Enviar o ingresar en su computadora, está utilizando lo último en tecnología Microchip para procesar y enviar sus datos a través de Internet o su edificio de oficinas. ¿Pero de dónde vienen estas chips? ¿Cómo se hacen? Este artículo lo llevará a través de cada paso involucrado en el proceso de fabricar estos productos esenciales que nos mantienen conectados e informados a diario.

¿Qué tipo de productos químicos se usan para hacer chips de computadora?

Un chip de computadora también se conoce como un circuito integrado, y está compuesto por material semiconductor. El tipo más común de material semiconductor utilizado es el silicio. Dióxido de silicio o arena (el material principal en las chips de computadora). Otros materiales utilizados para hacer chips de computadora incluyen germanio y arseniuro de galio. Estos materiales se utilizan porque tienen propiedades especiales que los hacen buenos para hacer transistores. Cuando enciende un transistor aplicando un voltaje a su electrodo de compuerta, hace que los electrones fluyan de su electrodo de origen a su electrodo de drenaje.

Un aislante evita que cualquier corriente fluya hasta que se encienda el transistor. Una vez encendido, el transistor actúa como un conductor, lo que permite que la corriente fluya. Si no se aplica ningún voltaje al electrodo de compuerta, no fluirá corriente. Un punto importante sobre este proceso es que el electrodo de la puerta solo apaga la corriente una vez que alcanza su drenaje. No detiene la corriente a mitad de camino a través del dispositivo.

Otro elemento clave es que estas operaciones ocurren muy rápido, típicamente con períodos medidos en nanosegundos (mil millones de segundo). ¡Es posible construir circuitos que contengan cientos de miles de transistores en una sola pieza de oblea de silicio!

¿Cómo se hacen las chips de computadora? Guía paso por paso

Los chips de computadora se realizan a través de un proceso llamado fabricación de semiconductores. Los semiconductores son materiales que realizan electricidad y pueden separarse en dos tipos principales: silicio (utilizado para chips de computadora) y germanio. Aquí hay una descripción general del proceso.

Paso 1: Empiece con arena

Arena de sílice lavada antes del parto. La arena de sílice se usa para hacer silicio de grado electrónico que se usa en la fabricación de microchips.

El proceso de hacer un chip de computadora comienza con un tipo particular de arena llamado arena de sílice, que está hecho de dióxido de silicio. El componente base de la fabricación de semiconductores, el silicio, debe ser puro para emplearse en el proceso de producción.

Paso 2: purificar para obtener el lingote de silicio

Un lingote de silicio es una pieza cilíndrica de silicio extremadamente puro cultivado en un entorno controlado. El silicio de grado electrónico, que tiene una pureza del 99.9999 por ciento, es producida por una serie de procedimientos de purificación y filtrado. Luego se corta en obleas rectangulares que eventualmente se convertirán en chips de computadora. El tamaño y la forma de la oblea dependen del uso final. Los bordes ásperos se suavizan y se hacen perfectamente planos para que las señales eléctricas puedan pasar sobre su superficie sin interrupción.

Paso 3: Cortar obleas

El siguiente paso implica cortar el lingote de silicio circular en obleas. Los fabricantes de chips primero cortaron las obleas de silicio al tamaño deseado para hacer un chip de computadora. Las obleas se pulen y limpian antes de que se pueda realizar un procesamiento adicional. Una vez que se cortan, se someten a una serie de procesos que agregan capas de diferentes materiales a la superficie del dado. Estas capas tienen diferentes propósitos, como crear rutas eléctricas o aislar diferentes regiones del chip.

Paso 4: fotolitografía

Luego se extiende una capa de fotorresistencia a través de la oblea. En la fotolitografía, se utiliza un material sensible a la luz para transferir un patrón a un sustrato. El primer paso es cubrir el sustrato con un material sensible a la luz llamado fotorresistentes. A continuación, la oblea está expuesta a la luz usando una máscara que contiene el patrón deseado. Luego se desarrollan las áreas expuestas de la fotorresistencia, lo que crea aberturas en la resistencia que corresponden al patrón deseado. La oblea está grabada, lo que transfiere el patrón al sustrato subyacente.

Paso 5: iones y dopaje

El dopaje es el proceso de bombardear la oblea de silicio con iones para cambiar su conductividad una vez que se ha eliminado el fotorresista expuesto. Después de lavar la fotorresistencia sobrante, se revela un patrón de material impactado y no afectado.

Paso 6: grabado

Se elimina una capa delgada de silicio de la superficie aplicando productos químicos reactivos. Estos se aplican a diferentes tasas dependiendo de qué tan profundo quiera que vayan a la superficie. Si desea eliminar una gran cantidad de material, aplique los productos químicos durante períodos más largos para que puedan ser lo más fuertes posible. Al grabar y reimrar repetidamente de esta manera, los ingenieros pueden crear patrones complejos para diferentes componentes como chips de memoria y procesadores.

El patrón formado por el proceso de grabado se llama "máscara", y es lo que le da al chip su forma y funcionalidad. La máscara está hecha de fotorresistros, que son materiales que pueden modificarse químicamente para hacer un patrón en una superficie.

Chips de ordenador

Los chips de computadora se fabrican en un entorno de "sala limpia" con todas las precauciones que se toman para evitar la contaminación.

Paso 7: Electroplatación

El transistor casi terminado está cubierto en una capa aislante, y se tallan tres hoyos. Luego, los fabricantes aplican iones de cobre a la superficie del transistor utilizando un procedimiento llamado electroplatación para crear una capa de cobre encima del aislante. Solo quedan tres depósitos de cobre en los agujeros de la capa aislante después de que el cobre adicional se haya limpiado.

Paso 8: Interconexiones de capas

Los chips de computadora que alimentan nuestros dispositivos comprenden muchas capas de interconexiones, cada una de unos pocos átomos de espesor. Las interconexiones están hechas de cables de metal que conectan diferentes tipos de componentes eléctricos. Cada cable tiene una función específica, diseñada para ser compatible entre sí para que puedan comunicarse entre sí. Ahora que cada transistor está interconectado, el chip puede realizar operaciones similares a procesadores.

Paso 9: Prueba y corta morir

La oblea se corta en pequeños cuadrados, llamado dado. Cada dado contiene millones de transistores. Los troqueles se prueban y se cortan en chips individuales. Los chips se empaquetan y se envían a los fabricantes de computadoras.

Paso 10: Embalaje

El empaque de los troqueles incluye un sustrato y un extensor de calor, y asumen la forma reconocible de una CPU de escritorio. El calor se transfiere del silicio por el esparcidor de calor al disipador de calor colocado en la parte superior. Después de eso, los procesadores se prueban en términos de uso de energía, frecuencia máxima y otros indicadores de rendimiento.

Hasta la próxima…

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Los microchips se crean mediante capas de patrones interconectados en una oblea de silicio. Desde el diseño hasta la producción en masa, el proceso de fabricación de microchip contiene cientos de procesos y puede llevar hasta cuatro meses.

¿Qué hace que los chips de computadora funcionen?

Los transistores funcionan como pequeños interruptores eléctricos en el chip que pueden activar o desactivar una corriente. Se forma una red de forma multicapa de formas conectadas en la oblea de silicio para crear el patrón de interruptores microscópicos.

¿En qué consisten los chips de computadora, en su mayor parte?

El silicio y el metal son los dos componentes principales de cada chip de computadora. Un procesador está compuesto por numerosos transistores que se encuentran en cada chip. En un solo chip, puede haber decenas de millones de transistores.

¿Cómo almacenan los chips de computadora los datos?

Cada parte de datos binarios se almacena en un chip de memoria semiconductora en una celda de memoria, un pequeño circuito compuesto por uno a muchos transistores. Las celdas de memoria en la superficie del chip están dispuestas en matrices rectangulares.