Cómo se hace un microprocesador
Summary
TLDREl script detalla la fascinante transformación de un chip de silicio desde su origen hasta su uso en la electrónica moderna. Se describe cómo el silicio, por sus propiedades de semiconductor, se convierte en la base de millones de transistores en microchips. La fabricación es un proceso meticuloso que incluye la purificación del silicio, la creación de un cristal de silicio, el corte y pulido de láminas delgado y la colocación de millones de transistores a través de la fotolitografía. Las láminas finales son pulidas al punto de tener una rugosidad inferior a un nanómetro. La miniaturización es clave y los chips modernos contienen casi 1000 millones de transistores. El texto también destaca la importancia de las condiciones de fabricación ultra limpias para evitar la contaminación. Finalmente, el chip se prepara para su instalación en una tarjeta electrónica, pasando por un proceso de soldadura y control de calidad riguroso.
Takeaways
- 📺 El chip de silicio es el núcleo de muchos dispositivos electrónicos modernos, desde televisores hasta electrodomésticos.
- 🔍 El silicio es un semiconductor, lo que significa que puede conducir o bloquear la corriente eléctrica según su tratamiento.
- 🌡️ La producción del silicio para chips implica un proceso meticuloso que comienza con el silicio policristalino y requiere altas temperaturas.
- 💠 La base del silicio para los microchips debe ser perfectamente lisa y de estructura mono-cristalina para acomodar los diminutos transistores.
- 🏭 La fabricación de chips tiene lugar en instalaciones de aspecto extraño y futurista, como la fábrica MMC en Texas.
- 🔩 El proceso de fabricación de un chip implica más de 1500 pasos y se realiza en una habitación limpia para evitar la contaminación.
- 📏 Los chips modernos pueden contener casi 1000 millones de transistores, siguiendo la Ley de Moore que predice el doble de transistores cada dos años.
- 🧹 Los chips se someten a una serie de pruebas de pureza y pulido para asegurar su superficie es lo suficientemente lisa.
- 🔬 La fabricación de chips es un trabajo de precisión extrema; incluso una partícula de polvo puede causar un fallo catastrófico.
- 📈 La miniaturización de los chips es un desafío constante, con transistores cada vez más pequeños y diseños más complejos.
- 📦 Una vez fabricado, el chip se prepara para su instalación en una tarjeta electrónica, lo que incluye el soldadura y la creación de conexiones eléctricas.
Q & A
¿Qué es el chip de silicio y por qué es considerado revolucionario?
-El chip de silicio es un componente electrónico minúsculo que está en la base de casi todos los aparatos electrónicos modernos. Es considerado revolucionario debido a su capacidad para contener millones de transistores diminutos, lo que permite la creación de microprocesadores modernos y la miniaturización de la tecnología.
¿Por qué el silicio es un semiconductor y cómo afecta esto su uso en los chips?
-El silicio es un semiconductor porque puede conducir o bloquear la corriente eléctrica dependiendo de cómo se haya tratado. Esta propiedad hace que el silicio sea perfecto como soporte para los millones de transistores necesarios para hacer un microprocesador moderno.
¿Cómo se produce el silicio utilizado en los chips?
-El silicio se produce a partir de silicio policristalino o poli silicio, que se calienta a altas temperaturas en un horno sellado y purgado con gas argón. Luego, se utiliza un cristal de silicio como semilla para crear un solo cristal de silicio con una estructura mono cristalina perfecta.
¿Cómo se garantiza la pureza y la calidad del silicio utilizado en la fabricación de chips?
-Después de ser cortado en lonchas, el silicio se somete a pruebas con productos químicos y rayos X para comprobar su pureza y orientación molecular. Luego, se pulía mediante un proceso llamado labrado y se somete a un proceso químico adicional para alcanzar una rugosidad inferior a un nanómetro.
¿Cuál es el proceso por el que se diseñan los circuitos en las láminas de silicio?
-El diseño de los circuitos se realiza mediante un proceso llamado fotolitografía. Este proceso implica cubrir la lámina con productos químicos fotosensibles, exponerlos a la luz ultravioleta a través de una imagen del diseño y una lente para miniaturizarla, y finalmente transferir el diseño a la lámina.
¿Cuál es la ley de Moore y cómo afecta el diseño de los chips?
-La ley de Moore predice que el número de transistores en un chip se duplicará cada dos años. Esto afecta el diseño de los chips porque requiere que los fabricantes de chips miniaturicen aún más los transistores y los diseños complejos para encajarlos en cada nueva generación de chips.
¿Por qué es necesario un entorno de fabricación tan limpio para la producción de chips?
-Un entorno de fabricación limpio es esencial porque una sola partícula de polvo puede causar un fallo en el chip. Las habitaciones de fabricación de chips deben tener un aire mucho más limpio que el de un quirófano, con menos de 3500 partículas por metro cúbico.
¿Cómo se colocan los microchips en las tarjetas electrónicas y qué materiales se utilizan en el proceso?
-Los microchips se colocan en un sustrato de cerámica utilizando una capa de fundente pegajosa para fijar el chip hasta que esté soldado. Luego, se soldan a temperaturas altas y se coloca una tapa de aluminio para proteger el chip y disipar el calor.
¿Cómo se crean las conexiones eléctricas entre el microprocesador y la tarjeta electrónica del ordenador?
-Se utilizan columnas de estaño o bolas de estaño para crear las conexiones eléctricas. Estas se colocan verticalmente y se unen al sustrato mediante succión y pegamento. El chip con el sustrato se coloca sobre las columnas o bolas empastadas para formar las conexiones.
¿Qué pasos se siguen para asegurar la calidad de los microchips una vez terminados?
-Después de la fabricación, los microchips pasan por un baño de agua y disolventes para eliminar cualquier sobrante de fundentes o contaminantes. Luego, se someten a un control de calidad que incluye 12 horas en un horno a 140 grados centígrados para garantizar su integridad y funcionamiento.
¿Cómo ha evolucionado el tamaño y la complejidad de los ordenadores desde su creación hasta los microprocesadores modernos?
-Los ordenadores han pasado de ser máquinas gigantes que solo realizaban álgebra a dispositivos compactos y potentes gracias a la miniaturización de componentes como los tubos de vacío, los transistores y finalmente los microprocesadores. Los microprocesadores modernos contienen billones de componentes de circuito en un solo chip.
Outlines
📺 La revolución del chip de silicio
Este párrafo introduce al chip de silicio como el invento más revolucionario de los últimos 50 años, presente en una amplia variedad de dispositivos electrónicos. Se menciona que su producción es un proceso complejo y se destaca la importancia de la perfección en la base de silicio para los minúsculos transistores. Se describe la fabricación del silicio desde su inicio como polísilicio, su calentamiento, la cristalización y posterior corte y pulido para obtener láminas de silicio de alta pureza y lisura, que luego son listas para el diseño del circuito integrado.
🚀 Avances en la miniaturización de chips
Este párrafo aborda el tema de la miniaturización en el diseño de chips y los desafíos que esto conlleva. Se destaca el crecimiento exponencial de la cantidad de transistores en los chips, según la Ley de Moore. Se describe el proceso de fabricación en una habitación limpia de clase 1, con un ambiente mil veces más limpio que el de un quirófano, debido a la alta sensibilidad de los chips a las partículas de polvo. Se menciona la fotolitografía como el método para imprimir diseños complejos en las láminas de silicio y cómo se construye el chip capa por capa, con diferentes tratamientos para cada capa. Finalmente, se menciona el valor y la capacidad de cálculo de los chips modernos.
🔩 El proceso de ensamblaje del microchip
Este párrafo describe el proceso de ensamblaje del microchip en una tarjeta electrónica. Comienza con la aplicación de una capa de fundente en un sustrato de cerámica y la colocación precisa de un microchip sobre él, guiado por luz infrarroja. Se detalla el proceso de soldadura del chip al sustrato y la soldadura de una tapa de aluminio para protección y dissipación de calor. Luego, se describe el ensamblaje de las conexiones eléctricas mediante columnas de estaño y, para mayor robustez, se usan bolas de estaño. Se menciona el proceso de limpieza del chip y el control de calidad, antes de que el microprocesador sea soldado a una tarjeta electrónica y listo para su uso.
Mindmap
Keywords
💡Chip de silicio
💡Semiconductor
💡Transistor
💡Ley de Moore
💡Cristal de silicio
💡Fotolitografía
💡Cortadora de lonchas de silicio
💡Proceso de fabricación
💡Habitación limpia
💡Soldadura de microchips
💡Control de calidad
Highlights
El chip de silicio es considerado el invento más revolucionario de los últimos 50 años.
El silicio es un semiconductor, lo que lo hace perfecto para soportar millones de transistores en un microprocesador.
La producción de láminas de silicio comienza con silicio policristalino calentado a 1.420 grados Celsius.
El proceso de crecimiento de un cristal de silicio se realiza girando el crisol y usando un cristal de silicio como semilla.
Las láminas de silicio resultantes pesan aproximadamente 200 kilos y miden 200 milímetros de diámetro.
El silicio es tan fuerte que puede soportar todo su peso con un solo hilo de 3 mm de espesor, aunque es muy quebradizo.
Las láminas de silicio se cortan con una sierra de cable de 10 toneladas, produciendo obleas delgadas y de alta pureza.
El labrado y el pulido químico reducen la rugosidad de la superficie del silicio a menos de un nanómetro.
Hoy en día, los diseños de chips incluyen casi 1000 millones de transistores, siguiendo la ley de Moore.
El proceso de fabricación de microchips se lleva a cabo en una habitación limpia de clase 1, con un aire mil veces más limpio que el de un quirófano.
La fotolitografía es el proceso clave para miniaturizar diseños complejos y transferirlos a las láminas de silicio.
Las láminas de silicio finales pueden contener hasta 1000 microchips diferentes y más de 4 billones de componentes de circuito.
El valor de un gramo de silicio una vez transformado en un microchip puede llegar a diez mil euros.
Los microchips modernos son capaces de calcular los mil primeros decimales del número pi prácticamente instantáneamente.
El microchip se prepara para su instalación en una tarjeta electrónica mediante una operación delicada y de precisión.
La soldadura de los microchips a los substratos se realiza a altas temperaturas para asegurar una unión fuerte y estable.
Las conexiones eléctricas del microprocesador con la tarjeta electrónica del ordenador se crean con piezas de estaño llamadas columnas y bolas.
El control de calidad final incluye un proceso de 12 horas en un horno a 140 grados centígrados para garantizar la integridad del microchip.
Transcripts
[Música]
aunque no nos demos cuenta estamos
rodeados por lo que posiblemente sea el
invento más revolucionario de los
últimos 50 años
está en los aparatos de televisión y
sonido en relojes coches teléfonos
semáforos y en casi todos los
electrodomésticos de su cocina
de hecho la mayoría de aparatos
eléctricos de hoy en día usan uno
el aparatito en cuestión es por supuesto
el chip de silicio
hacer estas extraordinarias mentes
electrónicas en miniatura es uno de los
trabajos más complejos que nunca se han
hecho
[Música]
así que cómo lo hacen
[Música]
eeuu aquí hay cosas grandes bajas
grandes botas grandes sombreros grandes
bigotes grandes
pero texas también es el lugar de
nacimiento de un milagro en miniatura el
chip de silicio y aquí en germán 30
kilómetros al norte de dallas se
encuentran las instalaciones de la
fábrica mmc
aquí en esta fábrica de aspecto extraño
y futurista se producen las láminas de
silicio que son la base de todos los
microchips modernos
[Música]
el silicio tiene propiedades especiales
porque es lo que llamamos un
semiconductor
eso significa que dependiendo de cómo se
ha tratado el silicio puede conducir o
bloquear la corriente eléctrica
es esta propiedad lo que lo hace
perfecto como soporte para los millones
de diminutos transistores necesarios
para hacer un microprocesador moderno el
problema es que como esos transistores
son tan pequeños la base de silicio
sobre la que descansan tiene que ser
totalmente perfecta
llevó décadas perfeccionar el proceso de
producción del silicio con una
estructura mono cristalina perfecta se
empieza con silicio policristalino o
poli silicio que se calienta a 1.420
grados celsius dentro de un horno
especial sellado este horno ha sido
purgado con gas argón para eliminar el
aire
[Música]
el lago de silicio fundido que obtenemos
se hace girar en un crisol entonces se
introduce un cristal de silicio para que
actúe como semilla este cristal tiene
las dimensiones y la forma de un lápiz y
gira en la dirección contraria mientras
el silicio policristalino fundido se va
enfriando el cristal que actúa como
semilla se va separando a razón de un
milímetro y medio por minuto
[Música]
el resultado es un solo cristal de
silicio que pesa unos 200 kilos y tiene
un diámetro de unos 200 milímetros
[Música]
el cristal es tan fuerte que soporta
todo su peso con un solo hilo de 3 mm de
espesor
pero es muy quebradizo y ahora hay que
cortarlo sin que se quiebre
así que tras varias pruebas con
productos químicos y rayos x- para
comprobar su pureza y orientación
molecular se mete en una cortadora de
lonchas de silicio
esta sierra de cable de 10 toneladas usa
una red de cables muy delgados que se
mueven muy rápidamente para producir
obleas de silicio que tienen sólo dos
tercios de milímetro de espesor y una
pureza del 99,999 99 9%
pero una vez cortado han quedado marcas
microscópicas en la superficie así que
hay que pulir las mediante un proceso
llamado labrado
[Música]
pero incluso después de pasar por esta
moderna pulidora las láminas no están
suficientemente lisas así que hay que
pulir las otra vez ahora mediante un
proceso químico
el resultado son obleas de silicona con
una superficie de rugosidad inferior a
cero un nanómetro
ya completamente pulidas ahora por fin
están listas para empezar con el diseño
del circuito
colocar millones de transistores sobre
estas pequeñas láminas es el trabajo que
hacen los fabricantes de chips como
texas instruments
en 1958 el inventor del circuito
integrado jack kirby consiguió poner un
solo transistor en su diseño hoy la
última generación usa casi 1000 millones
de transistores y según la ley de moore
ese número se duplica cada dos años
pero cuantos más intentan poner en cada
diseño más pequeño tiene que ser el
transistor
hay más de 250 millones de transistores
en este diseño alguien tiene que hacer
que encajen en esto
trabajar a esta escala microscópica
representa un gran problema para los
fabricantes de microchips cuando un
transistor tiene una anchura de solo una
diezmilésima parte de milímetro la
mínima partícula de polvo puede causar
el equivalente electrónico a un
descarrilamiento así que antes de que
los trabajadores como de bailey se
pongan a trabajar en la fab debe ponerse
el disfraz de conejo
para nosotros quiere decir fabricación
aquí hacemos los microchips empezamos
con las láminas de silicio y las hacemos
pasar por una multitud de pasos en el
proceso de fabricación para el producto
que sale de aquí un procesador de señal
digital solemos realizar unos 1500 pasos
diferentes en el proceso de fabricación
de principio a fin
el proceso de fabricación se lleva a
cabo en una habitación limpia de clase 1
con casi 18.000 metros cuadrados
gracias a 12.000 toneladas de equipos de
aire acondicionado el aire de esta
habitación es mil veces más limpio que
el de un quirófano
en realidad hay menos de 3500 partículas
por metro cúbico de aire tan pocas como
es posible ya que una sola partícula que
aterricé en una zona puede destruir un
chip
para que se hagan una idea de la
limpieza de esta habitación el simple
hecho de caminar produce unos 5 millones
de partículas por minuto para evitar que
los trabajadores que producen polvo aún
sin saberlo sean una fuente de
contaminación estas máquinas llamadas
folk mueven los paquetes de obleas a
través del complicado proceso de
construcción
el problema central es miniaturizar los
diseños complejos para imprimirlos luego
en las láminas
[Música]
eso se consigue mediante un proceso
llamado fotolitografía
primero se cubre la lámina con productos
químicos fotosensibles que se endurecen
al exponerlos a la luz ultravioleta en
habitaciones oscuras se hace pasar la
luz a través de una imagen del diseño y
luego a través de una lente para
miniaturizar la y finalmente sobre la
lámina
cuando se quita el producto químico el
diseño permanece como si de una imagen
fotográfica se tratara
pero para colocar todos los componentes
sobre la lámina hay que hacerlo capa a
capa como los pisos de un rascacielos en
miniatura
para completar el trabajo los pops hacen
que las láminas complete en el mismo
ciclo hasta 40 veces repitiendo el
proceso de grabado fotográfico para cada
nueva capa
algunas capas se calientan a alta
temperatura otras se someten a ráfagas
de plasma ionizado otras se bañan en
metales cada tipo de tratamiento cambia
las propiedades de una capa determinada
y poco a poco forma parte del
rompecabezas construyendo el diseño del
chip
[Música]
las láminas terminadas de silicio llevan
hasta 1000 microchips diferentes y más
de 4 billones de componentes de circuito
ahora solo hay que cortar y recortar y
el largo camino entre ser arena y una
placa de circuito habrá terminado lo que
antes era un montón de arena sin ningún
valor ahora puede cambiar de manos por
un precio de diez mil euros el gramo y
también puede calcular los mil primeros
decimales del número pi en un abrir y
cerrar de ojos el poeta metafísico
william blake afirmó que podía haber un
mundo en un grano de arena pero sin
mirar a otra vez hoy estaría mucho más
sorprendido al descubrir mil millones de
diminutos transistores
[Música]
el que va colocado sobre una tarjeta
electrónica preparar el chip para su
instalación en la tarjeta es una
operación delicada y de precisión
[Música]
los científicos crearon el primer
ordenador en 1937 pero sólo sabía
álgebra
el primer ordenador multiusos se creó en
1946 y era tan grande como 20
frigoríficos en los años 50 los
transistores sustituyeron a los
voluminosos tubos de vacío después los
circuitos integrados sustituyeron a los
transistores pero el mayor avance llegó
en 1971 con los microprocesadores todos
los componentes de un minúsculo chip
hacen posible el ordenador personal
actual
[Música]
todo comienza con un cuadrado de
cerámica llamado sustrato sobre el irá
el microchip
[Música]
una máquina aplica a la superficie del
sustrato una capa de fundente un agente
químico que lo deja pegajoso y que
sujetará el microchip hasta que esté
soldado
[Música]
no
en estas instalaciones se reciben los
microchips ya hechos con todos los
circuitos en su sitio
se coloca un microchip sobre cada
sustrato
a ninguna luz infrarroja guía a la
máquina para colocar el chip en el lugar
correcto
[Música]
se toma una muestra de la cadena de
montaje para verificar la posición con
un microscopio
[Música]
el siguiente paso es la soldadura en un
horno a 365 grados
el calor funde las diminutas gotas de
estaño del chip uniéndolo al sustrato a
continuación se prepara todo para soldar
una tapa de aluminio sobre cada
microchip la tapa tiene dos funciones
proteger el chip y disipar el calor que
éste genere
[Música]
un brazo robótico coge cuatro tapas de
cada vez y las coloca sobre los
microchips
[Música]
[Música]
a continuación pasan al horno de
soldadura donde estarán durante una hora
a 150 grados centígrados
[Música]
el siguiente paso es crear las
conexiones eléctricas que conectarán el
microprocesador con la tarjeta
electrónica del ordenador todo comienza
con unas diminutas piezas cilíndricas de
estaño llamadas columnas un cedazo
gigante hace vibrar las columnas
mediante succión hasta que caen por los
agujeros y se alinean de forma vertical
para que puedan unirse al sustrato
[Música]
una máquina extiende una gruesa pasta
adhesiva y después pega las columnas
desde abajo
[Música]
se coloca el chip que lleva el sustrato
sobre las columnas empastadas
[Música]
el resultado es un microchip con 1000
conexiones
[Música]
para conseguir más conexiones se usan
bolas de estaño en lugar de columnas
porque las bolas son más robustas y
fiables también ellas pasan a través de
un cedazo de succión solo que en lugar
de compactas se pegan con fundente el
mismo agente químico pegajoso que se
utilizó antes para fijar el microchip
sobre el sustrato
[Música]
el microchip una vez terminado pasa por
un baño de agua y disolventes para
eliminar cualquier sobrante de fundentes
o contaminantes
[Música]
la última parada es el control de
calidad que incluye 12 horas en un horno
a 140 grados centígrados
desde aquí el microprocesador pasa a
otra fábrica donde los soldar anna una
tarjeta electrónica el pequeño cerebro
ya está listo para ponerse a trabajar
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