Dünyanın en karmaşık üretim süreçlerinden birine sahip işlemciler, nasıl üretiliyor? İşte cevabı...
Bir işlemci üretim fabrikası kurmak, yaklaşık 5 milyar dolara malolmaktadır. Fabrikanın yatırılan fonları geri döndürmesi ise yaklaşık dört sene sürecektir.
İşlemci üretimi şu şekilde gerçekleştirilir: Erimiş silikona mono-kristal silindir şekli vermek üzere özel bir ekipman kullanılır. Ortaya çıkan külçe soğutulur ve lefhalar şeklinde kesilir. Bu levhaların yüzeyleri dikkatlice düzleştirilir. Yarıiletken fabrikalarının özel odalarında silikon levhalar üzerinde fotolitografi ve aşındırma yoluyla mikro devreler oluşturulur.
Bunun ardından laboratuvar çalışanları, levhaların temizlenmesinin ardından işlemcileri rastgele olarak mikroskop altında sınar. Her şey yolunda olduğunda tamamlanan levhalar, farklı işlemciler ortaya çıkaracak şekilde bölünür. Son olarak bölünen levhalar, işlemciler içerisine yerleştirilir. Silikon, arıtma aşamasının ardından eritme aşamasına girer. Ortaya çıkan mono-kristale külçe adı verilir ve bir külçe yaklaşık 100 Kg'dır ve yüzde 99.9999 silikon saflığına sahiptir.
Külçeler
Ardından bu külçe, levha denilen ince bölümlere ayrılır. Bazı külçelerin boyu 1.5 metreyi bulabilmektedir. Bugünkü CPU'lar genellikle 300 mm'lik levhalardan yapılır.
Levhaların kesilmesi, Fotolitografi
Levhalar kesildikten sonra tamamen pürüzsüz hale gelene kadar parlatılır.
Çiplerin üretimi 300'ün üzerinde işlemden oluşur ve 20'dan fazla katman, karmaşık bir üç boyutlu yapı oluşturur. Burada ise sadece en önemli aşamaları, kısaca anlatacağız.
Fotolitografi: Fotolitografi adı verilen işlem ile geometrik şekiller, silikon levhanın üzerine aktarılır. Bu işlem birçok adımdan oluşmaktadır.
Film uygulama
Bu adımda levha döndürülür ve yumuşak ve ince bir tabaka meydana getirilir.
UV ışığına maruz bırakma
Bu aşamada levha, mor ötesi ışınlara maruz bırakılır. Mor ötesi ışığın yol açtığı kimsayal reaksion, kamera düğmesine bastığınızda film üzerinde meydana gelen reaksiyona benzer.
Tabakanın mor ötesi ışına maruz kalan bölgeleri çözünür. Işık, şablon benzeri maskerler yoluyla yansıtılır. Mor ötesi ışıklarla beraber kullanılan maskeler, devre desenlerini oluşturur.
Bu işlem tekrarlanarak katmanlar üst üste yığınlanır.
Yıkama: Mor ötesi ışığa maruz kalan mavi bölge, çözücü ile tamamen çözülür. Bu ise maske ile meydana getirilen deseni ortaya çıkarır. Transistörlerin, bağlantıların ve diğer temas noktalarının büyümesi bu noktada başlar.
Aşındırma
Levha maddesini koruyan fotorezist tabakası aşındırılmamalıdır. Işığa maruz bırakılan alanlar, kimyasallar ile aşındırılır.
Daha fazla fotorezist'i tekrar uygulama
Fotorezist tabakası (mavi alan) tekrar uygulanır ve tekrar mor ötesi ışığa maruz bırakılır. Işığa maruz kalan film tekrar aşındırılır ve buna iyon katkılama adı verilir. Bu adımda iyon parçacıkları levha ile çarpıştırılır ve silikonun kimyasal özelliklerini değiştirmesi sağlanır. Bu sayede CPU'nun elektrik akımını kontrol etmesi sağlanır.
İyon katkılama
İyon aşılama adı verilen bu aşamada, ışığa maruz kalan silikon levha alanları, iyonlara maruz bırakılır. İyonlar, silikon levhaya eklenerek, silikonun bu alanlardaki iletkenliği değiştirilir. İyonlar, çok yüksek yerçekiminde yüzeye doğru çekilir. Elektriksel bir alan, iyonları 297.000 km/saat'in üzerindeki bir hıza ivmelendirir.
Daha fazla filmi kaldırma
İyon ekleme işleminden sonra fotoğraf filmi kaldırılır ve maddeye (yeşil) yabancı atomlar eklenir.
Transistör
Transistörün tamamlanmasına oldukça az kaldı. Yalıtım katmanın (mor) üzerine üç delik kazınır. Bu boşluklar, diğer transistörler ile bağlantıyı sağlayacak olan bakır ile doldurulur.
Levhayı elektrolizle kaplama
Bu aşamada levhalar bakır sülfat içerisine yerleştirilir. Bakır iyonlar, elektrolizle kaplama adı verilen işlem ile transistör üzerine biriktirilir. Bakır iyonlar, pozitif terminalden (anot) negatif terminale (katot) hareket ederler.
İyonları yatıştırma
Bakır iyonlar levha üzerinde ince bir yüzey olarak çöker.
Artan maddenin parlatılması
Artan madde cilalanarak atılır ve geriye çok ince bir bakır yüzeyi kalır.
Yüzeylendirme
Transistörler arasındaki bağlantıyı oluşturmak için çoklu metal tabakalar oluşturulur. Bu bağlantıların nasıl "kablolanacağı", işlemciyi meydana getiren mimari ve tasarım takımı tarafından belirlenir. Bilgisayar çipleri çok düz görünseler de 20'den fazla katmana sahip olabilirler.
Bir çipin yakından görünümünü incelerseniz, devre yollarından ve transistörlerden oluşan karmakarışık bir ağ görürsünüz.
Sınama
Tüm metal katmanlar ve transistörler/devreler oluşturulduktan sonra sıra onları sınamaya gelir. Sayısız ucu bulunan bir cihaz, çipin üzerine yerleşir ve çipin yüzeyine mikroskobik düzeyde temas eder. Bu yolla ürünün son tüketici biçimine geldiğinde nasıl çalışacağı test edilir.
Paketleme
Fiziksel paketleme işlemi, silikon yüzeyin yeşil alt tabakayla birleştirilmesi işini içerir. Bunun üzerine ise bir ısı dağıtıcısı yerleştirilir. Bu işlem bittiğinde işlemci, bildiğimiz görünümüne kavuşur.
Tamamlanmış bir işlemci
Mikroişlemciler, dünyada üretimi en karmaşık ürünlerden bir tanesidir. Üretimi 100'den fazla adımı içerir, ancak biz sadece en önemli adımları sizlerle paylaştık.
Bir işlemci üretim fabrikası kurmak, yaklaşık 5 milyar dolara malolmaktadır. Fabrikanın yatırılan fonları geri döndürmesi ise yaklaşık dört sene sürecektir.
İşlemci üretimi şu şekilde gerçekleştirilir: Erimiş silikona mono-kristal silindir şekli vermek üzere özel bir ekipman kullanılır. Ortaya çıkan külçe soğutulur ve lefhalar şeklinde kesilir. Bu levhaların yüzeyleri dikkatlice düzleştirilir. Yarıiletken fabrikalarının özel odalarında silikon levhalar üzerinde fotolitografi ve aşındırma yoluyla mikro devreler oluşturulur.
Bunun ardından laboratuvar çalışanları, levhaların temizlenmesinin ardından işlemcileri rastgele olarak mikroskop altında sınar. Her şey yolunda olduğunda tamamlanan levhalar, farklı işlemciler ortaya çıkaracak şekilde bölünür. Son olarak bölünen levhalar, işlemciler içerisine yerleştirilir. Silikon, arıtma aşamasının ardından eritme aşamasına girer. Ortaya çıkan mono-kristale külçe adı verilir ve bir külçe yaklaşık 100 Kg'dır ve yüzde 99.9999 silikon saflığına sahiptir.
Külçeler
Ardından bu külçe, levha denilen ince bölümlere ayrılır. Bazı külçelerin boyu 1.5 metreyi bulabilmektedir. Bugünkü CPU'lar genellikle 300 mm'lik levhalardan yapılır.
Levhaların kesilmesi, Fotolitografi
Levhalar kesildikten sonra tamamen pürüzsüz hale gelene kadar parlatılır.
Çiplerin üretimi 300'ün üzerinde işlemden oluşur ve 20'dan fazla katman, karmaşık bir üç boyutlu yapı oluşturur. Burada ise sadece en önemli aşamaları, kısaca anlatacağız.
Fotolitografi: Fotolitografi adı verilen işlem ile geometrik şekiller, silikon levhanın üzerine aktarılır. Bu işlem birçok adımdan oluşmaktadır.
Film uygulama
Bu adımda levha döndürülür ve yumuşak ve ince bir tabaka meydana getirilir.
UV ışığına maruz bırakma
Bu aşamada levha, mor ötesi ışınlara maruz bırakılır. Mor ötesi ışığın yol açtığı kimsayal reaksion, kamera düğmesine bastığınızda film üzerinde meydana gelen reaksiyona benzer.
Tabakanın mor ötesi ışına maruz kalan bölgeleri çözünür. Işık, şablon benzeri maskerler yoluyla yansıtılır. Mor ötesi ışıklarla beraber kullanılan maskeler, devre desenlerini oluşturur.
Bu işlem tekrarlanarak katmanlar üst üste yığınlanır.
Yıkama: Mor ötesi ışığa maruz kalan mavi bölge, çözücü ile tamamen çözülür. Bu ise maske ile meydana getirilen deseni ortaya çıkarır. Transistörlerin, bağlantıların ve diğer temas noktalarının büyümesi bu noktada başlar.
Aşındırma
Levha maddesini koruyan fotorezist tabakası aşındırılmamalıdır. Işığa maruz bırakılan alanlar, kimyasallar ile aşındırılır.
Daha fazla fotorezist'i tekrar uygulama
Fotorezist tabakası (mavi alan) tekrar uygulanır ve tekrar mor ötesi ışığa maruz bırakılır. Işığa maruz kalan film tekrar aşındırılır ve buna iyon katkılama adı verilir. Bu adımda iyon parçacıkları levha ile çarpıştırılır ve silikonun kimyasal özelliklerini değiştirmesi sağlanır. Bu sayede CPU'nun elektrik akımını kontrol etmesi sağlanır.
İyon katkılama
İyon aşılama adı verilen bu aşamada, ışığa maruz kalan silikon levha alanları, iyonlara maruz bırakılır. İyonlar, silikon levhaya eklenerek, silikonun bu alanlardaki iletkenliği değiştirilir. İyonlar, çok yüksek yerçekiminde yüzeye doğru çekilir. Elektriksel bir alan, iyonları 297.000 km/saat'in üzerindeki bir hıza ivmelendirir.
Daha fazla filmi kaldırma
İyon ekleme işleminden sonra fotoğraf filmi kaldırılır ve maddeye (yeşil) yabancı atomlar eklenir.
Transistör
Transistörün tamamlanmasına oldukça az kaldı. Yalıtım katmanın (mor) üzerine üç delik kazınır. Bu boşluklar, diğer transistörler ile bağlantıyı sağlayacak olan bakır ile doldurulur.
Levhayı elektrolizle kaplama
Bu aşamada levhalar bakır sülfat içerisine yerleştirilir. Bakır iyonlar, elektrolizle kaplama adı verilen işlem ile transistör üzerine biriktirilir. Bakır iyonlar, pozitif terminalden (anot) negatif terminale (katot) hareket ederler.
İyonları yatıştırma
Bakır iyonlar levha üzerinde ince bir yüzey olarak çöker.
Artan maddenin parlatılması
Artan madde cilalanarak atılır ve geriye çok ince bir bakır yüzeyi kalır.
Yüzeylendirme
Transistörler arasındaki bağlantıyı oluşturmak için çoklu metal tabakalar oluşturulur. Bu bağlantıların nasıl "kablolanacağı", işlemciyi meydana getiren mimari ve tasarım takımı tarafından belirlenir. Bilgisayar çipleri çok düz görünseler de 20'den fazla katmana sahip olabilirler.
Bir çipin yakından görünümünü incelerseniz, devre yollarından ve transistörlerden oluşan karmakarışık bir ağ görürsünüz.
Sınama
Tüm metal katmanlar ve transistörler/devreler oluşturulduktan sonra sıra onları sınamaya gelir. Sayısız ucu bulunan bir cihaz, çipin üzerine yerleşir ve çipin yüzeyine mikroskobik düzeyde temas eder. Bu yolla ürünün son tüketici biçimine geldiğinde nasıl çalışacağı test edilir.
Paketleme
Fiziksel paketleme işlemi, silikon yüzeyin yeşil alt tabakayla birleştirilmesi işini içerir. Bunun üzerine ise bir ısı dağıtıcısı yerleştirilir. Bu işlem bittiğinde işlemci, bildiğimiz görünümüne kavuşur.
Tamamlanmış bir işlemci
Mikroişlemciler, dünyada üretimi en karmaşık ürünlerden bir tanesidir. Üretimi 100'den fazla adımı içerir, ancak biz sadece en önemli adımları sizlerle paylaştık.
