يهمك تعرف
كيف يتم تصنيع المعالجات
كيف يتم تصنيع المعالجات :شيء مذهل
(كيف يتم تصنيع المعالجات) وحدة المعالجة المركزية (CPU) هي جزء أساسي في جميع الأجهزة الذكية التي نعرفها مثل الكمبيوترات والهواتف الذكية والساعات الذكية، إلخ. لكن هل تساءلت يومًا كيف يتم صنعها؟ ربما لم تفكر في ذلك، لذا دعنا نلقي نظرة على كيفية صناعتها!
الرمل:
- الرمل هو العنصر الأساسي أو العنصر الرئيسي الذي يتم صنع وحدات المعالجة المركزية منه. ولكنه في الواقع ليس الرمل بل السيليكون الموجود فيه. يحتوي الرمل على 25 في المئة من السيليكون.
- يتكون الرمل، وخاصة الكوارتز، من كمية كبيرة من السيليكون في شكل ثاني أكسيد السيليكون (SiO2). لذا فإن السيليكون هو العنصر الأساسي الذي يتم منه تصنيع الشرائح النصفية.
تنقية وانصهار السيليكون:
- بعد فصل الرمل الخام والسيليكون، يتم تنقية السيليكون في عدة خطوات. بعد التنقية، يصل أخيرًا إلى مرحلة يكون فيها جاهزًا لتصنيع الشرائح النصفية.
- في هذه المرحلة، يُعرف السيليكون بـ “السيليكون الإلكتروني عالي الجودة”. المرحلة التالية هي انصهار السيليكون الإلكتروني عالي الجودة. بعد انصهار السيليكون، يتم إعطائه شكلًا موحدًا بصورة أحادية البلورة.
- تسمى هذه البلورة الأحادية بـ “قضيب السيليكون”. يزن قضيب السيليكون حوالي 100 كيلوغرام ويحتوي على نسبة 99.9999 في المئة من السيليكون.
قطع قضيب السيليكون وتلميع قرص الشريحة:
- يتم قطع قضيب السيليكون بواسطة منشار رفيع وحاد جدًا إلى قرص فردي يُعرف بـ “الشريحة”. يمكن أن تكون هناك أحجام مختلفة لهذه الشرائح حسب المتطلبات. الحجم العام للشرائح هو 300 نانومتر. بعد قطع الشرائح، يتم تلميعها حتى تصبح لديها أسطح ناعمة تشبه المرآة.(كيف يتم تصنيع المعالجات)
تطبيق مواد الصورة وتعرضها للضوء فوق البنفسجي:
- أثناء تدوير الشريحة بسرعة عالية، يتم صب سائل مواد الصورة الزرقاء فوق الشريحة. بسبب الدوران السريع للشريحة، يتم ترسيب طبقة رقيقة ومتسقة على سطحها.
- بمجرد الانتهاء من تطبيق مواد الصورة، يتم تعريض الشريحة للضوء فوق البنفسجي الذي يقوم بتفاعل كيميائي. يتم القيام بالتعرض باستخدام شيء يسمى “القوالب”. تعمل هذه القوالب كقوالب بينما يوجد عدسة بين القالب والشريحة. تقلل هذه العدسة من حجم الصورة الموجودة في القالب إلى نقطة تركيز صغيرة. بواسطة ذلك، يصبح حجم العدسة أصغر بأربعة أضعاف من حجمها الأصلي. يتم تكرار هذا الإجراء عدة مرات لتحقيق نمط مشابه لنمط القالب. تستخدم القوالب لإنشاء أنماط الدوائر المختلفة. يصبح المواد السطحية للشرائح منحلة بعد التعرض.(كيف يتم تصنيع المعالجات)
غسيل مواد الصورة والتآكل:
- من ثم يتم ذوبان المواد القابلة للذوبان على السطح وغسلها بمذيب. يكشف ذلك عن الأنماط التي تم إنشاؤها بواسطة القالب. ثم يتم استخدام مذيب كيميائي للتآكل أو تذويب جزء القاعدة المعرض للعملية. بعد التآكل، يتم غسل طبقة مواد الصورة بنفس العملية، مما يكشف عن السطح المحفور المطلوب.(كيف يتم تصنيع المعالجات)
تنشيط الأيونات:
- قبل تنشيط الأيونات، يتم تطبيق مرة أخرى مواد الصورة على الشرائح ثم غسلها مرة أخرى. ثم يتم قذف الأجزاء المعرضة من شريحة السيليكون بالأيونات باستخدام زرع الأيونات. وتقوم هذه الأيونات بتغيير طريقة توصيل الكهرباء في السيليكون في هذه المناطق. بمجرد الانتهاء من زرع الأيونات، يتم إزالة مواد الصورة وتظهر منطقة الزرع بالأيونات باللون الأخضر.(كيف يتم تصنيع المعالجات)
- بعد ذلك، يتم تنقيح ثلاث فتحات على الطبقة العازلة العلوية فوق الترانزستور. وتملأ هذه الثلاثة فتحات في وقت لاحق بالنحاس لتكوين اتصالات الترانزستور.
ترسيب الطبقة والتراكب:
- يتم وضع شرائح السيليكون في محلول كبريتات النحاس بحيث يتم تعريض الجزء العلوي فقط منها للمحلول. ثم يتم ترسيب أيونات النحاس على سطح الشريحة.
- تستقر أيونات النحاس على سطح الشريحة مكونة طبقة رقيقة من النحاس. ثم يتم غسل المواد الزائدة مما يترك طبقة رقيقة جدا من النحاس. يتكون هذا النحاس من المعالج بأكمله وبعد ذلك يتم توصيل هذه الترانزستورات بطبقات متعددة.(كيف يتم تصنيع المعالجات)
اختبار الشرائح وقطعها:
- في هذه الخطوة، يتم وضع الشريحة في اختبار وظائفها. في هذه المرحلة، يتم تمرير الشريحة من خلال بعض الأنماط الاختبارية ويتم مقارنة الاستجابة بالإجابة الصحيحة. تحدد هذه الاختبارات العمل الجيد للشرائح.
- ثم يتم قطع هذه الشرائح إلى قطع صغيرة تسمى “ديز”. يعني الديز الجيد أن الدي يعطي الإجابة الصحيحة يجتاز الاختبار، والديز السيئة يتم التخلص منها. ينتقل الديز المجتازة إلى الخطوة التالية وهي التعبئة والتغليف.
اختبار وتعبئة وحدة المعالجة المركزية:
- في عملية التعبئة والتغليف، يتم وضع الأساسية (الطبقة الأساسية) والدي وموصل الحرارة معًا لتكوين معالج كامل. على موصل الحرارة المصنوع من الفضة، يتم تطبيق محلول التبريد الذي يسيطر على حرارة المعالج. بعد ذلك، يأتي الاختبار النهائي حيث يتم اختبار وحدة المعالجة المركزية بأقصى تردد لها.
- حيث أصبح التبريد النشط ضروريًا لوحدات المعالجة المركزية. حتى ذلك الحين، كان يتم استخدام السيراميك فقط لأن المعالجات لم تكن لديها قدرة حسابية كافية لتوليد حرارة كافية. تولد المعالجات الحديثة الكثير من الحرارة التي يمكن أن تذوب في ثوانٍ قليلة. ولذلك يتم ربط مشتت الحرارة بمشتت حراري أكبر (ومروحة) بحيث يعملون لفترة أطول. (كيف يتم تصنيع المعالجات)
تصنيف الشرائح:
- على الرغم من أنه يمكننا أن نقول أن وحدة المعالجة المركزية جاهزة، إلا أن هناك خطوة نهائية واحدة تتضمن قياس خصائصها الفعلية. تتم قياس الخصائص مثل الجهد وتوليد الحرارة والتردد والخصائص التشغيلية للذواكر المخبأة، إلخ في هذه العملية. يتم تصنيف الشرائح الأفضل كشرائح عالية الجودة بتخصيص ذواكرها الكاملة.
- في حين يتم بيع الشرائح التي لا تعمل بشكل جيد بسرعات ساعة أقل أو كنموذج ثنائي أو ثلاثي النواة بدلاً من رباعي النواة. قد يتم تعطيل نصف ذواكرها (سيليرون)، على سبيل المثال. هنا يتم تحديد السرعات والجهود. على سبيل المثال، قد يعمل فقط 5٪ من الشرائح المنتجة على سرعة 3.2 جيجاهرتز في حين أن 50٪ فقط قد تعمل على 2.8 جيجاهرتز.(كيف يتم تصنيع المعالجات)
بعد الانتهاء من جميع المراحل، يتم تعبئة المعالجات النهائية وإرسالها إلى المتاجر ليتم استخدامها في الأجهزة التي نعتمد عليها في حياتنا اليومية. يعكس عملية تصنيع وحدة المعالجة المركزية المستوى العالي من التكنولوجيا والدقة المطلوبة لإنتاج هذه الأجهزة الذكية المتقدمة.
