Come vengono prodotti i semiconduttori?
Miliardi di semiconduttori consentono l'elettronificazione del mondo che ci circonda. Ciò che inizia come un semplice elemento chimico finisce per alimentare tutto, dall'elettronica di consumo come calcolatrici e telefoni cellulari a sistemi informatici avanzati come auto a guida autonoma e controller di razzi in volo. I semiconduttori memorizzano dati, eseguono funzioni logiche e molto altro. Ma come passano dal silicio purificato all'abilitazione dell'intero mondo elettronico interconnesso?
Creazione di wafer di silicio
La produzione di semiconduttori inizia con un elemento semplice come il silicio (spesso purificato dalla sabbia o dal quarzo). Una volta che il silicio è altamente purificato, viene modellato in un lingotto cristallino cilindrico chiamato boule di silicio. La boule viene tagliata in wafer molto sottili e uniformi con una vasta gamma di diametri diversi a seconda delle dimensioni della boule e della resa del chip richiesta.
Ogni wafer è esposto a elementi come boro o fosforo in quantità precise in un processo chiamato drogaggio dei semiconduttori. Ciò modifica le proprietà elettriche del materiale e consente ai semiconduttori di svolgere diverse funzioni.
I wafer di silicio drogati vengono introdotti nei gas in un sistema di trattamento termico. Mentre il metodo di deposizione specifico può variare, l'obiettivo è sempre quello di produrre uno strato di ossido sul wafer che protegga la superficie del silicio, poiché qualsiasi contaminante potrebbe interferire con la corrente elettrica.
Fotolitografia e deposizione di film sottili
A seconda dell'uso del circuito integrato (IC), un complesso sistema di componenti integrati come transistor, diodi, condensatori, resistori e altro vengono trasferiti sul wafer tramite fotomascheramento. Una volta che i disegni del circuito sono tracciati sul wafer, vengono incisi in esso attraverso l'incisione a umido (etchant liquidi) o l'incisione a secco (etchant al plasma).
Mentre i semiconduttori sono incredibilmente sottili, includono dozzine di strati di materiale impilati uno sopra l'altro dai fotoresist e dall'incisione. Un sottile film di strati conduttivi e isolanti viene quindi aggiunto nel modello del circuito. Le interconnessioni sono collegate al wafer per collegare elettricamente tutti gli strati insieme.
Test dei wafer e cubetti dei semiconduttori
Ora che il wafer è completo dei circuiti interconnessi necessari, passa attraverso i test iniziali. Le apparecchiature di test automatizzate wireless o cablate (ATE) eseguono lo smistamento elettronico dei die (EDS) che include il rilevamento del circuito, i processi di riparazione, il burn-in del wafer e altro ancora per identificare i chip semiconduttori difettosi lungo il wafer per rimuoverli dalla resa una volta che i chip semiconduttori sono stati tagliati.
I chip semiconduttori vengono infine tagliati individualmente dal wafer lungo linee predeterminate tramite una lama in un processo chiamato cubettatura dei semiconduttori. A seconda dell'utilizzo del chip, viene inserito nelle prese di prova dei semiconduttori per essere testato per tensione, corrente, resistenza, capacità e altro ancora.
Packaging di semiconduttori
I semiconduttori di passaggio passano quindi attraverso la fase finale della produzione di semiconduttori: il confezionamento di circuiti integrati (IC). Il chip semiconduttore è collegato a fili di legame e incapsulato in un pacchetto fatto di plastica, ceramica, metallo o qualche combinazione. La confezione protegge il delicato chip dalla corrosione, dall'ingresso di umidità e dai danni fisici. Thermal and electromechanical solutions such as EMI shielding and heat transfer fins can also be incorporated into the packaging at this step.
Ogni pacchetto di circuiti integrati contiene anche una serie di cavi che vengono utilizzati per collegare il circuito integrato a un circuito stampato. Questi sono spesso costituiti da pin in un pin grid array (PGA), saldatura in un ball grid array (BGA) o pacchetti flat senza cavi (QFN / DFN) a seconda delle dimensioni e dei requisiti di connettività. Recentemente, alcuni pacchetti IC si sono evoluti in costruzioni System in Package (SiP), in cui più chip semiconduttori sono confezionati insieme per un circuito integrato tridimensionale.
Infine, i pacchetti di circuiti integrati vengono accuratamente imballati e inviati all'utente finale, dove possono essere sottoposti a test a livello di sistema per testare ciascun chip nel contesto in cui verrà infine utilizzato.
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