Fabricación
del
Procesador

Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y color grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos​ y álcalis diluidos.

El silicio transmite más del 95 % de las longitudes de onda de la radiación infrarroja.

De este cristal, de cientos de kilos de peso, se cortan los extremos y la superficie exterior, de forma que obtengamos un cilindro perfecto.

El cilindro se corta en obleas de 10 micras de espesor (la décima parte del espesor de un cabello humano), para su corte se utiliza una sierra de diamante. De cada cilindro se obtienen miles de obleas y de cada oblea se fabricarán varios de cientos de microprocesadores.

Estas obleas son pulidas hasta obtener una superficie perfectamente plana. Seguidamente pasaran por un proceso llamado “annealing”, que consiste en someterlas a un calentamiento extremo para eliminar cualquier defecto o impureza que pueda haber llegado a esta instancia.

Obleas de silicio

Una vez pasada la supervisión mediante láseres para la detección de imperfecciones menores, entorno a una milésima de micra, se recubren con una capa aislante formada por óxido de silicio, que es transferido mediante deposición de vapor.

De aquí en adelante, comienza el proceso del «dibujado» de los transistores que conformarán a cada microprocesador.

A pesar de ser muy complejo y preciso, básicamente consiste en la “impresión” de sucesivas máscaras sobre la oblea, que a continuacion se impregnara con capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores, endurecidas mediante luz ultravioleta. las zonas no cubiertas por la impresión serán eliminada por una solución de ácidos.

Salvando las escalas, se trata de un proceso comparable al visto para la fabricación de circuitos impresos.

Después de cientos de pasos, entre los que se hallan la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica y la deposición de capas, se llega a un complejo «bocadillo» que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador.

Un transistor construido en tecnología de 45 nanómetros tiene un ancho equivalente a unos 200 electrones, eso da una idea de la precisión absoluta que se necesita al momento de aplicar cada una de las máscaras utilizadas durante la fabricación.

Una vez que la oblea ha pasado por todo el proceso litográfico (grabación en su superficie de varios cientos de microprocesadores), se comprobara su integridad antes de ser cortados.

Se trata de un proceso obviamente automatizado, y que termina con una oblea que tiene grabados algunas marcas en el lugar que se encuentra algún microprocesador defectuoso.

Cada una de estas plaquitas será dotada de una cápsula protectora plástica (en algunos casos pueden ser cerámicas) y conectada a los cientos de pines metálicos que le permitirán interactuar con el mundo exterior.

Estas conexiones se realizan utilizando delgadísimos alambres, generalmente de oro.

Otros materiales

Aunque la gran mayoría de la producción de circuitos integrados se basa en el silicio, no se puede omitir la utilización de otros materiales en la fabricación del procesador ya que son una alternativa tales como el germanio.

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Empaquetado o Encapsulado

Los microprocesadores son circuitos integrados y como tal están formados por un chip de silicio y un empaque con conexiones eléctricas. En los primeros procesadores el empaque se fabricaba con plásticos epoxicos o con cerámicas en formatos como el DIP entre otros.

El chip se pegaba con un material térmicamente conductor a una base y se conectaba por medio de pequeños alambres a unas pistas terminadas en pines.

Posteriormente se sellaba todo con una placa metálica u otra pieza del mismo material de la base de manera que los alambres y el silicio quedaran encapsulados.

En la actualidad los microprocesadores de diversos tipos (incluyendo procesadores gráficos) se ensamblan por medio de la tecnología Flip chip.

El chip semiconductor es soldado directamente a una colección de pistas conductoras (en el sustrato laminado) con la ayuda de unas micro-esferas que se depositan sobre las obleas de semiconductor en las etapas finales de su fabricación.

El sustrato laminado es una especie de circuito impreso que posee pistas conductoras hacia pines o contactos, que a su vez servirán de conexión entre el chip semiconductor y un zócalo de CPU o una placa base.

Disipación de calor

Con el aumento de la cantidad de transistores integrados en un procesador, el consumo de energía se ha elevado a niveles en los cuales la disipación calórica natural del mismo no es suficiente para mantener temperaturas aceptables y que no se dañe el material semiconductor, de manera que se hizo necesario el uso de mecanismos de enfriamiento forzado, esto es, la utilización de disipadores de calor.

Entre ellos se encuentran los sistemas sencillos, tales como disipadores metálicos, que aumentan el área de radiación, permitiendo que la energía salga rápidamente del sistema. También los hay con refrigeración líquida, por medio de circuitos cerrados.

En los procesadores más modernos se aplica en la parte superior del procesador, una lámina metálica denominada IHS que va a ser la superficie de contacto del disipador para mejorar la refrigeración uniforme del die y proteger las resistencias internas de posibles tomas de contacto al aplicar pasta térmica.

Varios modelos de procesadores, en especial, los Athlon XP, han sufrido cortocircuitos debido a una incorrecta aplicación de la pasta térmica.

Conexión con el exterior

Generalmente distinguimos tres tipos de conexión:

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Entre las conexiones eléctricas están las de alimentación eléctrica de los circuitos dentro del empaque, las señales de reloj, señales relacionadas con datos, direcciones y control.

Estas funciones están distribuidas en un esquema asociado al zócalo, de manera que varias referencias de procesador y placas base son compatibles entre ellos, permitiendo distintas configuraciones.