¿Cómo se fabrican los semiconductores?
Miles de millones de semiconductores permiten la electronificación del mundo que nos rodea. Lo que comienza como un simple elemento químico termina alimentando todo, desde productos electrónicos de consumo como calculadoras y teléfonos móviles hasta sistemas informáticos avanzados como automóviles autónomos y controladores de cohetes en vuelo. Los semiconductores almacenan datos, realizan funciones lógicas y mucho más. Pero, ¿cómo pasan del silicio purificado a permitir todo el mundo electrónico interconectado?
Creación de obleas de silicio
La fabricación de semiconductores comienza con un elemento simple como el silicio (a menudo purificado de arena o cuarzo). Una vez que el silicio está altamente purificado, se forma en un lingote cristalino cilíndrico llamado bola de silicio. La bola se corta en obleas muy finas y uniformes con una amplia gama de diferentes diámetros dependiendo del tamaño de la bola y el rendimiento de viruta requerido.
Cada oblea está expuesta a elementos como boro o fósforo en cantidades precisas en un proceso llamado dopaje semiconductor. Esto cambia las propiedades eléctricas del material y permite que los semiconductores realicen diferentes funciones.
Las obleas de silicio dopadas se introducen en los gases en un sistema de procesamiento térmico. Si bien el método de deposición específico puede variar, el objetivo es siempre producir una capa de óxido en la oblea que proteja la superficie del silicio, ya que cualquier contaminante podría interferir con la corriente eléctrica.
Fotolitografía y deposición de película delgada
Dependiendo del uso del circuito integrado (IC), un complejo sistema de componentes integrados como transistores, diodos, condensadores, resistencias y más se transfieren a la oblea a través del fotoenmascaramiento. Una vez que los diseños del circuito se trazan en la oblea, se graban en ella a través de grabado húmedo (grabadores líquidos) o grabado seco (grabados de plasma).
Si bien los semiconductores son increíblemente delgados, incluyen docenas de capas de material apiladas una encima de la otra desde los fotoprotectores y el grabado. Luego se agrega una película delgada de capas conductoras y aislantes al patrón del circuito. Las interconexiones están unidas a la oblea para conectar eléctricamente todas las capas.
Pruebas de obleas y dados de semiconductores
Ahora que la oblea está completa con los circuitos interconectados necesarios, pasa por las pruebas iniciales. El equipo de prueba automatizado inalámbrico o cableado (ATE) realiza una clasificación electrónica de troqueles (EDS) que incluye sondeo de circuitos, procesos de reparación, quemado de obleas y más para identificar chips semiconductores defectuosos a lo largo de la oblea para eliminarlos del rendimiento una vez que se cortan los chips semiconductores.
Los chips semiconductores finalmente se cortan individualmente de la oblea a lo largo de líneas predeterminadas a través de una cuchilla en un proceso llamado corte de semiconductores. Dependiendo de para qué se use el chip, se inserta en los zócalos de prueba de semiconductores para probar el voltaje, la corriente, la resistencia, la capacitancia y más.
Embalaje de semiconductores
Los semiconductores que pasan pasan por la etapa final de la producción de semiconductores: el empaquetado de circuitos integrados (IC). El chip semiconductor está unido a cables de unión y encapsulado en un paquete hecho de plástico, cerámica, metal o alguna combinación. El paquete protege el delicado chip de la corrosión, la entrada de humedad y el daño físico. Thermal and electromechanical solutions such as EMI shielding and heat transfer fins can also be incorporated into the packaging at this step.
Cada paquete de circuito integrado también contiene una matriz de cables que se utilizan para conectar el CI a una placa de circuito. Estos a menudo se componen de pines en una matriz de cuadrícula de pines (PGA), soldadura en una matriz de rejilla de bolas (BGA) o paquetes planos sin cables (QFN / DFN) según el tamaño y los requisitos de conectividad. Recientemente, algunos paquetes de CI se han convertido en construcciones de sistema en paquete (SiP), donde múltiples chips semiconductores se empaquetan juntos para un circuito integrado tridimensional.
Finalmente, los paquetes de circuitos integrados se empaquetan cuidadosamente y se envían al usuario final, donde pueden someterse a pruebas a nivel de sistema para probar cada chip en el contexto de dónde se utilizará en última instancia.
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