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Comment faire un circuit intégré?

Comment faire un circuit intégré?


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L'ordinateur ENIAC utilisait 18 000 tubes à vide, mesurait 100 pieds de long et pesait 30 tonnes, mais il n'est même pas près d'être aussi puissant que le circuit intégré qui alimente une calculatrice de poche achetée dans un magasin discount. La miniaturisation de l'électronique comme le transistor sur le circuit intégré rend une grande partie du monde moderne possible. Mais si l'un de ces circuits emballe des milliards de transistors sur la puce de silicium qui rentre dans nos smartphones, ils doivent être ridiculement petits, alors comment faire un circuit intégré en premier lieu?

Donc, comme vous pouvez l’imaginer, installer des milliards de transistors et d’autres composants sur une puce de silicium n’est pas comme souder des fils à un câble, c’est un processus beaucoup plus complexe.

Purifier le silicium

Tout d'abord, vous devez préparer le silicium que vous souhaitez utiliser pour le circuit. Le circuit ne fonctionnera pas s'il y a un excès d'impuretés dans la puce de silicium, donc celles-ci doivent être éliminées avant que quoi que ce soit d'autre soit fait.

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Pour ce faire, un lingot de silicium de 1,5 pouces à 4 pouces de diamètre est maintenu verticalement à l'intérieur d'une chambre à vide avec une bobine de chauffage capable de très hautes températures encerclant le lingot.

En commençant par le haut du lingot, le silicium est chauffé jusqu'à environ 2 550 ° F (1400 ° C), c'est son point de fusion. Seule la tension superficielle du silicium fondu le maintient en position afin d'éviter toute contamination et quelles que soient les impuretés présentes dans le silicium fondu commencent à se déposer au fond de la section fondue.

La bobine se déplace ensuite lentement vers le bas du lingot, faisant fondre la région sous les impuretés de décantation de sorte qu'elles se déposent encore plus loin, entraînant efficacement les impuretés sur la longueur du lingot.

Au moment où la bobine de chauffage atteint le fond même du lingot, presque toutes les impuretés ont été concentrées dans cette section la plus basse, qui est coupée du lingot et jetée.

Il ne vous reste qu'un lingot de cristal de silicium purifié.

Préparation des plaquettes pour la gravure

Ensuite, une mince tranche circulaire entre 0,01 et 0,025 pouce d'épaisseur est découpée en tranches du lingot et le côté de la tranche dans laquelle les circuits seront gravés est finement poli.

La tranche est placée sous plusieurs atmosphères de pression et sablée avec de la vapeur chauffée à environ 1 830 ° F (1000 ° C). Cela permet à l'oxygène de la vapeur de réagir avec le silicium pour former une couche de dioxyde de silicium, dont la largeur est contrôlée par la température et la durée d'exposition.

Ensuite, un masque est préparé de la conception de circuit que vous souhaitez imprimer sur la plaquette. Chaque tranche contiendra finalement des centaines de circuits individuels, chacun avec des détails nanométriques fins, de sorte que le masque de circuit est préparé sur un logiciel de dessin informatique spécialisé pour aider les ingénieurs.

Ensuite, une goutte de photorésist est placée au centre de la plaquette qui est ensuite filée très rapidement. La force centrifuge du filage répartit uniformément le photorésist uniformément sur la tranche pour former une fine couche. La tranche est ensuite à nouveau cuite pour fixer le photorésist à la surface de la tranche.

Le masque de la première couche de la puce est ensuite réduit optiquement à l'aide d'une lentille sur la surface de la plaquette. Le masque est clair dans certaines zones et opaque dans tous les autres, créant l'impression de la conception du circuit.

Gravure et dopage de la plaquette

La surface de la tranche est soufflée avec de la lumière UV ou des rayons X, car ce sont les seules formes de lumière avec des longueurs d'onde suffisamment petites pour irradier les régions claires, non masquées et d'épaisseur nanométrique de la tranche.

Le masque est retiré et la résine photosensible est dissoute. Selon le matériau, soit les parties masquées de la plaquette sont dissoutes, laissant les parties claires, soit l'inverse. Dans tous les cas, la conception de la couche a été effectivement gravée dans la tranche de silicium.

Vient ensuite le processus de dopage. Cela se fait de deux manières: diffusion atomique ou implantation ionique.

Avec la diffusion atomique, plusieurs plaquettes sont placées dans un four en quartz en forme de tube avec un élément chauffant tout autour. Cet appareil de chauffage élève la température du four à n'importe quel endroit de 1500-2200 ° F (816-1205 ° C).

Cet élément est pompé dans le four sous la forme d'un gaz qui recouvre la surface des plaquettes, déposant le dopant sur les surfaces exposées du silicium chauffé qui ont été laissées par le masque.

Cette méthode est mieux utilisée pour doper de grandes zones de silicium afin de créer une couche de régions P ou N, mais elle n’est pas adaptée aux travaux de précision. Cela est laissé à l'implantation ionique.

Dans l'implantation ionique, un gaz dopant est ionisé et focalisé dans un faisceau qui est ensuite tiré à une position spécifique de la tranche de silicium, les ions pénétrant partout où ils touchent le silicium.

Vous pouvez contrôler la profondeur de pénétration en faisant varier le niveau d'énergie fourni au faisceau tandis que la quantité de dopant implanté peut être contrôlée en modifiant le courant dans le faisceau et la durée pendant laquelle vous exposez la plaquette au faisceau.

Cette méthode est très précise mais est considérablement plus lente que la diffusion atomique lorsque vous devez doper de grandes surfaces.

Une fois la couche terminée, la couche suivante est créée exactement de la même manière que la première, bien qu'une couche de dioxyde de silicium soit parfois ajoutée entre les couches pour isoler les couches les unes des autres.

Ceci est réalisé en chauffant la surface de la tranche à environ 752 ° F (400 ° C) et en recouvrant la tranche dans un mélange de silane et d'oxygène gazeux. Ces gaz réagissent les uns aux autres et déposent une couche de dioxyde de silicium sur les parties exposées de la plaquette chauffée.

Une fois toutes les couches déposées dans la tranche de silicium, une couche finale de dioxyde de silicium est utilisée pour sceller la surface du circuit, tandis que la gravure expose les emplacements de contact et une couche d'aluminium utilisée pour créer des plots.

Les circuits intégrés individuels sont testés électriquement pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement.

Briser la tranche et terminer les circuits intégrés individuels

À l'aide d'une fraise diamantée, des lignes perforées sont coupées entre les lignes et les colonnes des circuits intégrés. Ensuite, il suffit d'appliquer une contrainte sur la plaquette pour que les pièces individuelles se détachent le long des perforations.

Les circuits qui n’ont pas réussi le test de fonction électrique sont jetés et les circuits intégrés restants sont inspectés au microscope pour vérifier les dommages physiques causés par la séparation.

Si un circuit est en bon état de fonctionnement, il est ensuite collé à l'intérieur de son boîtier de montage - en plastique noir ou en céramique - et des fils fins sont connectés par compression thermique ou en utilisant une technique de liaison par ultrasons.

Le circuit intégré, maintenant complet, est stocké dans un sac antistatique pour être conditionné pour la vente ou l'expédition.

Il ne s'agit pas exactement de graver votre nom dans un arbre, mais pour un processus qui nous permet de graver des milliards de composants sur une puce plus petite que votre ongle, cela aurait pu être beaucoup plus compliqué. Compte tenu de la façon dont le circuit intégré alimente une grande partie de notre vie moderne, nous devrions être reconnaissants de ne pas l'être.


Voir la vidéo: Faire un circuit imprimé. Make a PCB Toner Transfer (Mai 2022).


Commentaires:

  1. Nash

    Je suis désolé, mais je pense que vous vous trompez. Je suis sûr. Discutons. Envoyez-moi un e-mail en MP, nous parlerons.

  2. Jujas

    Oui merci

  3. Rainhard

    I will tear everyone who is against us!

  4. Anwyl

    Vraiment et comme je n'ai pas deviné plus tôt

  5. Muzuru

    À mon avis, vous vous trompez. Discutons. Écrivez-moi en MP, on en parlera.

  6. Zuhair

    Vous n'êtes pas correcte. Je suis sûr. Envoyez-moi un courriel à PM.

  7. Liang

    Je pense que c'est une très bonne idée. Je suis complètement d'accord avec toi.



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