Fabricación del Procesador


La fabricación del procesador comienza con un puñado de silicio, se prepara en forma de polvo amarillo pardo o de cristales negros-grisáceos. Se obtiene calentando sílice con carbono o magnesio, en un horno eléctrico.

Arena de Silicio usada en la fabricación del procesador
Arena de Silicio usada en la fabricación del procesador

Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y color grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos​ y álcalis diluidos. El silicio transmite más del 95 % de las longitudes de onda de la radiación infrarroja.

Lingotes de Silicio
Lingotes de Silicio

De este cristal, de cientos de kilos de peso, se cortan los extremos y la superficie exterior, de forma de obtener un cilindro perfecto. 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 eliminar cualquier defecto o impureza que pueda haber llegado a esta instancia.

Obleas de silicio

Obleas de Silicio
Obleas de Silicio

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.

Disco de Silicio photo-impreso usado en la fabricación del procesador
Disco de Silicio photo-impreso

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 eliminar 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.

Micro-Logo dentro de un chip
Micro-Logo dentro de un chip

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.

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.

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.

Otros materiales

Aunque la gran mayoría de la producción de circuitos integrados se basa en el silicio, no se puede omitir la utilización de otros materiales en la fabricación del procesador ya que son una alternativa tales como el germanio.

Arena de germanio usada en la fabricación del procesador
Arena de germanio usada en la fabricación del procesador


Empaquetado o Encapsulado

Los microprocesadores son circuitos integrados y como tal están formados por un chip de silicio y un empaque con conexiones eléctricas. En los primeros procesadores el empaque se fabricaba con plásticos epoxicos o con cerámicas en formatos como el DIP entre otros.

El chip se pegaba con un material térmicamente conductor a una base y se conectaba por medio de pequeños alambres a unas pistas terminadas en pines.

Posteriormente se sellaba todo con una placa metálica u otra pieza del mismo material de la base de manera que los alambres y el silicio quedaran encapsulados.

Encapsulado del Chip
Encapsulado del Chip

En la actualidad los microprocesadores de diversos tipos (incluyendo procesadores gráficos) se ensamblan por medio de la tecnología Flip chip. El chip semiconductor es soldado directamente a una colección de pistas conductoras (en el sustrato laminado) con la ayuda de unas micro-esferas que se depositan sobre las obleas de semiconductor en las etapas finales de su fabricación.

El sustrato laminado es una especie de circuito impreso que posee pistas conductoras hacia pines o contactos, que a su vez servirán de conexión entre el chip semiconductor y un zócalo de CPU o una placa base.

 Conexión Flip Chip
Conexión Flip Chip

Disipación de calor

Con el aumento de la cantidad de transistores integrados en un procesador, el consumo de energía se ha elevado a niveles en los cuales la disipación calórica natural del mismo no es suficiente para mantener temperaturas aceptables y que no se dañe el material semiconductor, de manera que se hizo necesario el uso de mecanismos de enfriamiento forzado, esto es, la utilización de disipadores de calor.

Entre ellos se encuentran los sistemas sencillos, tales como disipadores metálicos, que aumentan el área de radiación, permitiendo que la energía salga rápidamente del sistema. También los hay con refrigeración líquida, por medio de circuitos cerrados.

Disipador Térmico Aluminio
Disipador Térmico Aluminio

En los procesadores más modernos se aplica en la parte superior del procesador, una lámina metálica denominada IHS que va a ser la superficie de contacto del disipador para mejorar la refrigeración uniforme del die y proteger las resistencias internas de posibles tomas de contacto al aplicar pasta térmica. Varios modelos de procesadores, en especial, los Athlon XP, han sufrido cortocircuitos debido a una incorrecta aplicación de la pasta térmica.

Circuito minimizado dentro de una capsula de chip
Circuito minimizado dentro de una capsula de chip

Conexión con el exterior

Generalmente distinguimos tres tipos de conexión:

Pin Grid Array

Pin Grid Array

PGA, la conexión se realiza mediante pequeños alambres metálicos repartidos a lo largo de la base del procesador introduciéndose en la placa base mediante unos pequeños agujeros, al introducir el procesador, una palanca anclará los pines para que haga buen contacto y no se suelten.


Ball Grid Array

Ball Grid Array

BGA, la conexión se realiza mediante bolas soldadas al procesador que hacen contacto con el zócalo.


Land Grid Array

Land Grid Array

LGA, la conexión se realiza mediante superficies de contacto lisas con pequeños pines que incluye la placa base.

Entre las conexiones eléctricas están las de alimentación eléctrica de los circuitos dentro del empaque, las señales de reloj, señales relacionadas con datos, direcciones y control; estas funciones están distribuidas en un esquema asociado al zócalo, de manera que varias referencias de procesador y placas base son compatibles entre ellos, permitiendo distintas configuraciones.

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