Microchips y la arena silica

microchipsHay pocas cosas en el mundo tan simples como la arena, y quizás ninguna tan compleja como los microchips de ordenador. Sin embargo, el simple elemento silicio en la arena es el punto de partida para hacer los circuitos integrados que lo alimentan todo hoy en día, desde supercomputadoras, televisores, satélites, en cosas tan cotidianas como lo son los teléfonos celulares, Ipod, tablets y hornos de microondas.

Convertir la arena en pequeños microchips con millones de componentes es una hazaña extraordinaria de la ciencia y la ingeniería que habría parecido imposible cuando el transistor fue inventado en Bell Labs en 1947.

microchipsEl silicio es un semiconductor natural. En algunas condiciones, conduce electricidad; en otras, actúa como aislante. Las propiedades eléctricas del silicio pueden verse alteradas por la adición de impurezas, un proceso llamado dopaje. Estas características lo convierten en un material ideal para la fabricación de microchips y transistores, que son dispositivos sencillos que amplifican las señales eléctricas.

Los transistores también pueden actuar como interruptores – dispositivos de encendido/apagado utilizados en combinación para representar los operadores booleanos «y», «o» y «no».

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Hoy en día se fabrican varios tipos de microchips. Los microprocesadores son chips lógicos que realizan los cálculos dentro de la mayoría de las computadoras comerciales. Los microchips de memoria almacenan información. Los procesadores de señales digitales convierten entre señales analógicas y digitales. Los circuitos integrados de aplicación específica son microchips de propósito especial utilizados en cosas como automóviles y electrodomésticos.

El Proceso de fabricación de los microchips

microchipsLos microchips se fabrican en plantas de fabricación multimillonarias llamadas fabs. Las fábricas funden y proceden a refinar la arena para producir lingotes de silicio monocristalino con una pureza del 99,9999%. Las sierras cortan los lingotes en obleas o laminas del grosor de una moneda de diez centavos y de varias pulgadas de diámetro. Las obleas se limpian y se pulen, y cada una se utiliza para construir múltiples chips de diferentes usos.

Estos y los siguientes pasos se realizan en un ambiente de «sala limpia», donde se toman amplias precauciones para evitar la contaminación por polvo y otras sustancias extrañas.

Una capa no conductora de dióxido de silicio crece o se deposita en la superficie de la oblea de silicio, y esa capa se cubre con un producto químico fotosensible llamado fotorresistente.

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Fotoresistencia y la luz ultravioleta

La fotoresistencia se expone a la luz ultravioleta que brilla a través de una placa estampada, o «máscara», que endurece las áreas expuestas a la luz. Las áreas no expuestas son grabadas por los gases calientes para revelar la base de dióxido de silicio que se encuentra debajo. La base y la capa de silicona de abajo están grabadas a diferentes profundidades.

microchipsLa fotoresistencia endurecida por este proceso de fotolitografía se elimina, dejando un paisaje tridimensional en el microchips que replica el diseño del circuito encarnado en la máscara. La conductividad eléctrica de ciertas partes del chip también puede ser alterada dotándolas con productos químicos bajo calor y presión. La fotolitografía utilizando diferentes máscaras, seguida de más aguafuerte y dopaje, puede ser repetida cientos de veces para el mismo chip, produciendo un circuito integrado más complejo en cada paso.

Para crear trayectorias de conducción entre los componentes grabados al aguafuerte en la viruta, la viruta entera se cubre con una capa fina del metal – generalmente aluminio – y la litografía y el proceso de grabado se utiliza otra vez para quitar todas menos las trayectorias de conducción finas. A veces se colocan varias capas de conductores, separadas por aisladores de vidrio.

Cada una de las virutas de la oblea se somete a una prueba de rendimiento y, a continuación, se separa de las demás virutas de la oblea con una sierra. Las virutas buenas se colocan en los paquetes de soporte que permiten que se conecten a las placas de circuitos, y las virutas malas se marcan y se descartan, así luego los microchips son despachados para sus diferentes programaciones y usos.

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