Come è costruito un microprocessore? Tecnologia all’avanguardia e milioni di transistor

All’ordine del giorno nelle riunioni di redazione nei mesi dopo l’esplosione della pandemia Covid per la loro famigerata carenza raccontata da televisioni e giornali, fondamentale “materia prima” nell’industria elettronica e parte integrante della vita quotidiana dallo smartphone all’automobile, i microprocessori, inventati nel 1971, sono circuiti integrati che contengono milioni di transistor, dispositivi elettronici che possono essere utilizzati per controllare il flusso di corrente. Come vengono costruiti?

Il processo di produzione dei semiconduttori è molto complesso e richiede tecnologie all’avanguardia; i passaggi principali per costruire un microprocessore sono:

1. Elaborazione del wafer di silicio. Il primo passo è creare un wafer di silicio, un sottile disco con un diametro di circa 300 millimetri creato da un processo chiamato cristallizzazione del silicio, che viene purificato e riscaldato fino a sciogliersi e poi solidificarsi in un singolo cristallo. Questo viene quindi tagliato in sottili dischi, chiamati wafer attraverso cui viene fatto passare un gas di boro viene che lo rende conduttore di elettricità.
2. Deposizione dei fotoresistori. Il prossimo passo è il deposito di un sottile strato di fotoresistore sul wafer; è un materiale solubile quando esposto alla luce ultravioletta (UV) che viene utilizzato per creare un modello del microprocessore sul wafer di silicio.
3. Evidenziazione del disegno del microprocessore. Un disegno del microprocessore viene quindi proiettato sul fotoresistore. Il disegno è fatto di linee sottili che separano le aree del wafer che devono essere conduttori e le aree che devono essere isolanti.
4. Sviluppo del fotoresistore. Il wafer viene quindi esposto alla luce UV, che dissolvere il fotoresistore nelle aree non protette dal disegno. Questo processo lascia una serie di minuscoli transistor sul wafer.
5. Rimozione del silicio non desiderato. Una soluzione chimica viene quindi utilizzata per rimuovere il silicio non desiderato dalle aree del wafer che sono state rese solubili dal fotoresistore. Questo processo lascia una serie di minuscoli transistor sul wafer.
6. Deposizione di conduttori e isolanti. Ora serve creare le proprietà elettriche desiderate. I conduttori e gli isolanti vengono quindi depositati sui transistor per creare i circuiti che fanno funzionare il microprocessore. I conduttori sono generalmente realizzati in rame, mentre gli isolanti sono generalmente realizzati in silicio o vetro. I conduttori e gli isolanti vengono depositati sul wafer di silicio utilizzando una serie di processi di deposizione chimica. I conduttori sono generalmente realizzati in rame, mentre gli isolanti sono generalmente realizzati in silicio o vetro.
7. Deposito metalli. Un sottile strato di metallo è depositato sulla superficie del wafer, questo strato forma le connessioni tra i diversi componenti del microchip.
8. Test dei microprocessori. I microprocessori vengono quindi testati per assicurarsi che funzionino correttamente. I microprocessori vengono testati con una serie di test, tra cui test di funzionalità, test di prestazioni e test di affidabilità.
9. Incapsulamento dei microprocessori. I microprocessori vengono quindi incapsulati in un materiale protettivo per proteggerli da danni. Il materiale di incapsulamento è generalmente realizzato in plastica o ceramica.

Il processo di costruzione dei microprocessori è molto complesso e richiede una tecnologia di produzione all’avanguardia. I microprocessori sono uno dei componenti più importanti degli elettronica di consumo, e il loro continuo miglioramento ha contribuito alla rivoluzione digitale.