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Come costruire il circuito integrato microprocessore CPU

Il circuito integrato sfrutta spazi sempre più piccoli con lavoro di  calcolo in continua evoluzione, ecco come costruire il microprocessore al silicio

CPU Il cuore del computer

Il fisico italiano, naturalizzato statunitense nel 1968, Federico Faggin: da il via ad una nuova era tecnologica a lui si deve la costruzione dei microprocessori.

Faggin fu capo del progetto Intel 4004 e responsabile per la costruzione dei circuiti integrati 8008, 4040, 8080 per poi diventare lo sviluppatore della tecnologia MOS o MOSFET:

un transistor a effetto di campo usato nell’elettronica analogica e digitale, che permetterà la costruzione dei microprocessori.

Il Transistor MOSFET  fu inventato dal fisico austro ungarico Julius Edgard Lilienfeld  e dall’ingegnere egiziano Mohammed Atalla nel 1925; realizzato dall’ingegnere coreano americano Dawon Kahng (1931-1992) nel 1959 presso i Bell Laboratories;

MOSFET è costituito da un substrato al silicio drogato n o p con terminali: gate, source e drain, se il transistor è drogato n si chiamerà nMOSFET se drogato p sarà nominato pMOSFET.

Il transistor permette di controllare il passaggio di carice elettriche tra i terminali source e drain, cioè: la corrente elettrica che attraversa il dispositivo elettronico.

 

Come costruire il circuito integrato microprocessore

La materia prima per la costruzione di un microprocessore è la sabbia dalla quale viene estratto il silicio per lo sviluppo di circuiti integrati che, in elettronica digitale, consistono in circuiti elettronici miniaturizzati.

cristallo silicio
Cristallo di Silicio

Dopo l’estrazione, per fusione della sabbia, il silicio viene solidificato in forma cilindrica dalla quale verranno ritagliati dei dischi sottili che saranno lucidati a specchio.

Mentre alcuni ingegneri collaborano per la progettazione di tutti i circuiti integrati; ogni microchip è formato da transistor e da diodi che vengono costruiti sui dischi di silicio.

lingotti e dischi di silicio
lingotti e dischi di silicio

 

La sabbia di quarzo

ha percentuali elevate di biossido di silicio che deve essere purificato dalla sabbia sino a ottenere un atomo impuro su un milione di atomi di silicio, quindi viene fuso per ottenere lingotti da 100 chilogrammi.

Poi suddiviso in wafer, sottili dischi di silicio, e lucidati a specchio che devono essere maneggiati in stanze asettiche perché le impurità sono una vera minaccia per l’elettronica.

 

Un materiale foto resistore

riveste il disco di silicio per essere esposto ai raggi ultravioletti che, con una mascherina riportante il progetto elettronico, daranno forme precise al materiale.

La reazione chimica generata dalle lampade è come per l’esposizione per scattare una fotografia; una lente riduce di quattro volte la grandezza originale del progetto per poi copiarlo su tutto il disco di silicio, ripetendo il processo più volte su diversi strati appoggiati uno sull’altro.

Le aree esposte ai raggi UV diventano solubili e quindi: sciolte ed eliminate per fare emergere il designer del progetto ricavato tramite la mascherina di schema del progetto.

Quindi occorre bombardare di ioni, a velocità elevatissime, le parti di materiale foto resistore, rimaste esposte del wafer, che altereranno le proprietà elettriche del silicio;

generando diodi e transistor sui wafer, dopo il bombardamento di ioni il materiale fotoelettrico sarà rimosso.

Successivamente si placcano di solfato di rame i transistor e i diodi, generati sui wafer di silicio, creando diversi strati di metallo per  originare i collegamenti tra transistor e diodi.

Dischi di silicio
Dischi di silicio

Ultravioletti per disco al silicio

Microprocessori su disco di silicio
Microprocessori su disco di silicio

I collegamenti creati sul silicio

sono determinati all’architettura e all’utilità della CPU per esempio: un microprocessore per computer, pur essendo sottilissimo, ha più di venti strati di circuiteria.

Dopo aver superato il test di qualità dei microprocessori: da un singolo disco wafer, di silicio, verranno ritagliate le CPU create con il procedimento elettro foto chimico descritto; quindi sarà inserito nel suo alloggio con dissipatore di calore.

Dopo aver superato tutti i test di risposta il microprocessore verrà confezionato per essere distribuito a produttori di computer o tecnici specializzati in elettronica.

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Di Gooss Old Lion

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