Processore step by step: come nasce un processore
La nostra vita quotidiana prevede l’utilizzo continuo di apparecchi elettronici aventi un processore come cuore pulsante. I processori sono chip formati da milioni di transistor. Il loro scopo primario è l’esecuzione di istruzioni la cui realizzazione risulta particolarmente complessa.
Quali materiali vengono utilizzati per realizzare i processori?
Alla realizzazione di un processore concorrono diversi materiali, a cominciare dal silicio, il secondo più diffuso sulla crosta terrestre e presente in grande quantità nella sabbia. Base di partenza per la costruzione di chip elettronici, il silicio è un semiconduttore che può essere rapidamente trasformato in conduttore o isolatore di elettricità attraverso l’inserimento di piccoli elementi di impurità.
Per essere impiegato nella costruzione di chip, il silicio deve essere sottoposto a un processo di purificazione e arrivare a contenere meno di un atomo impuro ogni due miliardi. Nel corso del suddetto processo, il silicio viene tirato a partire da uno stato di fusione e portato in forma solida. Quest’ultima si presenta come un reticolo cristallino di forma cilindrica, il cosiddetto lingotto.
Dal lingotto al wafer
Lo step successivo prevede che il lingotto venga tagliato in numerosi dischi (i wafer). Ciascuno di essi è caratterizzato da un diametro di 30 mm e da uno spessore di circa 1. Successivamente, i singoli wafer vengono trattati e puliti al fine di ottenere una superficie a specchio.
Fondamentale è ricordare che, nel corso del tempo, le dimensioni dei wafer sono aumentate. In futuro, si prevede di portarle a un diametro di 450 mm. In questo modo, è possibile aumentare il numero di chip che il singolo wafer può ospitare, ottimizzando i processi produttivi (la costruzione di un wafer può durare anche diversi giorni, motivo per cui i Wafer Fab lavorano 24 ore su 24) e riducendo i costi.
La fase della fotolitografia
Lo step successivo della creazione di un processore riguarda la fotolitografia, fase che prevede la stampa di uno specifico disegno sul wafer. Il processo inizia con l’applicazione di un liquido fotoresistente, che viene versato sul wafer che ruota, in modo da assicurare una distribuzione ottimale.
Il liquido ha questo nome per via della sua sensibilità ad alcune frequenze di luce e per la resistenza a sostanze chimiche che, nelle fasi successive, vengono utilizzate per la rimozione di porzioni di strato del materiale. La procedura di rimozione avviene dopo il bombardamento del wafer con il fotoresistente da parte di un fascio di ioni.
Fasi finali
Quelle appena descritte sono le fasi iniziali della creazione del processore. L’iter prosegue con step quali la creazione del transistor, l’incisione all’acquaforte, la rimozione del fotoresistente. Si continua con la fase di creazione del cancello dielettrico di biossido di silicio e con quella di realizzazione del cancello elettrodo temporaneo. Dopo ulteriori passaggi, si arriva al controllo delle porzioni di wafer, che viene effettuato tramite un tester che analizza i singoli chip, segnalando quelli difettosi.
Subito dopo il wafer viene tagliato e si procede alla selezione dei singoli chip, che vengono isolati sulla base dei requisiti tecnici di progettazione e indirizzati verso la fase di imballaggio. Arriva poi il momento dell’assemblaggio, che richiede l’intervento di un diffusore di calore per la formazione del processore completo.
Il percorso complessivo si conclude con il test dedicato in maniera specifica a ogni singolo processore, che viene analizzato considerando prestazioni, potenza e funzionalità. Sulla base dei risultati ottenuti, tutti i processori con capacità uguali vengono impacchettati assieme e inviati ai produttori di laptop. Quelli destinati alla GDO vengono invece confezionati in apposite scatole.
