Mikroprocesor je nielen mozgom každého počítača, ale aj odrazom rýchlosti transformácie moderných technológií do potrieb každodenného života. Tento miniaturizovaný obvod vyzerá síce ako jediná elektronická súčiastka, ktorá dokáže podľa nejakého programu spracovať dáta, no v skutočnosti ide o celú množinu súčiastok.
Prvý pre kalkulačky
Intel bol prvou spoločnosťou, ktorá vyrobila polovodičovú súčiastku pod týmto názvom. V roku 1968 mala vyvinúť súpravu čípov, ktoré by umožnili skonštruovať jednoduchšiu kalkulačku. Keď bol programom modifikovateľný integrovaný obvod hotový, výrobca kalkulačiek oň stratil záujem, preto túto novinku Intel rozhodol ponúknuť ostatným výrobcom. Písal sa rok 1971 keď sa pod označením i4004 na trhu objavil prvý mikroprocesor obsahujúci 2300 tranzistorov. Od vtedy sa mikroprocesory aj napriek fyzikálnym zákonom neustále zdokonaľujú, dnes vedie k vyhotoveniu súčiastky viac ako 300 krokov.
Kremík je základ
Kremík, základná súčasť všetkých mikroprocesorov, je chemický prvok obsiahnutý napríklad v piesku na pláži. Pre potreby výroby musí byť vyčistený a skvapalnený. Potom sa odleje do dlhých cylindrických valcov, v ktorých vzniknú kryštalické ingoty. Hotové ingoty sa nakrájajú na tenučké plátky, ich povrch sa následne vyleští do zrkadlovo hladkej plochy. Z jedného takéhoto plátku sa môže vyrobiť až 100 mikroprocesorov. Kremík je polovodič - za určitých okolností sa dá nastaviť tak, aby tok elektrických častíc blokoval, alebo ich ako vodič prepúšťal.
Vytváranie vodivých dráh
Výroba mikroprocesora začína "rastom" izolačnej vrstvy dioxidu kremíka na vyleštenom povrchu plátku. Kremíkové plátky majú obyčajne priemer 200 alebo 300 mm. Táto zoxidovaná vrstva funguje ako elektrická "brána", ktorá buď prepustí alebo zastaví tok elektrického prúdu mikročipom. Dioxid kremíka vzniká na povrchu plátku v peci pri veľmi vysokej teplote. Hrúbka vrstvy dioxidu sa odvíja od teploty a doby, ktorú plátok strávi v peci. Na prázdny kremíkový plátok nazývaný "wafer" sa podľa šablóny nanášajú tenké vrstvy materiálov. Vzory pre tieto vrstvy sú tak miniaturizované, že sa na jediný plátok zmestí niekoľko stoviek mikroprocesorov. Materiál sa nanáša na celú plochu plátku a tam, kde nemá byť sa odstráni. Tento proces sa nazýva fotolitografia, používajú sa rôzne chemikálie, plyny a svetlo. Najskôr sa na plátok nanesie pomocná vrstva na svetlo citlivého materiálu nazývaného "fotoresist". Ultrafialové svetlo potom cez priesvitné miesta šablóny nazývané "fotomaska" alebo "maska" exponuje príslušné miesta fotoresistu. Masky sa pripravujú už v dobe návrhu čipov a používajú sa k tvorbe obvodov v jednotlivých vrstvách čipu. Svetelná expozícia zmení chemickú skladbu nezakrytej časti fotoresistu.
Exponované časti fotoresistu sa umyjú a tým sa odkryjú príslušné časti dioxidu kremíka. Tento nekrytý dioxid sa následne odstráni procesom nazývaným "leptanie". Potom sa odstráni zostávajúca časť fotoresistu a na kremíkovej doštičke zostane vzor z dioxidu. Ďalšími cyklami nanášania, litografie a leptania sa nanesú ďalšie vrstvy, napríklad z vodivého polysilikónu. Každá vrstva má vlastný, unikátny vzor. Spoločne vytvoria v trojrozmernom priestore funkčné obvody príslušného čipu.
V priebehu fázy nazývanej "doping" sa na určité oblasti kremíkového plátku pôsobí rôznymi chemickými prímesami nazývanými "ióny", ktoré prenášajú pozitívne a negatívne náboje a menia tak elektrické vlastnosti kremíka v exponovaných oblastiach. Elektrický náboj tranzistora pomáha pri prepínaní a prenose elektrického prúdu cez hradlo tranzistora.
Za účelom prepojenia rôznych vrstiev sa na plátku v priebehu maskovania a leptania vytvárajú tzv. "okná". Meď alebo hliník sa používajú vzhľadom na ich veľmi dobré vodivé vlastnosti.
Celý tento proces sa opakuje pre všetky vrstvy obvodov, pričom vrstvy majú často veľkosť baktérie. V záverečnej fáze sa zadná strana dôkladne zbaví nečistôt a nanesie sa na ňu materiál, ktorý slúži k elektrickému prepojeniu spodnej časti obvodu s puzdrom integrovaného obvodu.
Testovanie a balenie
Kvalita výrobných krokov sa u všetkých plátkov overuje zvlášť. Otestované sú i samostatné komponenty, ako sú tranzistory, odpory a kondenzátory a overuje sa celková funkčnosť čipu. Pokiaľ sa objavia problémy, dáta je možné analyzovať a z nich presne určiť, v ktorej fáze výroby sa stala chyba. Potom sa na každý čip na plátku pripoja elektrické sondy a čip sa oživí. Počítač urobí sériu testov a určí, či obvody pracujú podľa daných špecifikácií.
Plátky sú po otestovaní rozkrájané na drobnučké obdĺžniky obsahujúce kompletné integrované obvody, nazývané "čipy". Jednotlivé čipy sa potom montujú do vonkajšieho puzdra, ktoré ochráni pred vplyvmi okolitého prostredia a zaistí elektrické prepojenie čipu s doskou, na ktorú je integrovaný obvod v závere umiestnený. Počas záťažových testov je integrovaný obvod vystavený rôznym teplotám, vlhkosti a úrovni statickej elektriny. Ešte raz je opätovne overená funkčnosť a produkty sa roztriedia podľa dosahovanej rýchlosti a spotreby.
intel
