Na tej stronie ukazane zostały zdjęcia przedmiotów, które są surowcami lub półproduktami na poszczególnych etapach powstawania układów scalonych.
Podstawą produkcji półprzewodników jest krzem. Jest to jeden z najczęściej występujących na ziemi pierwiastków. Każdy spotyka się z nim codziennie - krzem jest jednym ze składników zwykłego piasku.
W pierwszym etapie z piasku otrzymywany jest drogą wytapiania krystaliczny krzem o czystości 99,9%.
W drugim etapie czysty krzem staje się surowcem, z którego otrzymuje się monokryształy krzemu posiadające czystość rzędu 99,9999%. Jest to tak zwany krzem klasy Electronic Grade Silicon. Cały proces wykonywany jest zwykle w oparciu o metodę prof. Jana Czochralskiego, która w dużym skrócie polega na tym, że do tygla ze stopionym czystym krzemem wprowadzany jest zarodek, czyli mały kawałek kryształu krzemu, z którego następnie krystalizuje się duży monokryształ.
Ze względu na konieczność uzyskania jak największej regularności siatki atomów tworzących monokryształ niezwykle istotne jest utrzymanie odpowiedniej temperatury stopionego krzemu, prędkości obracanego kryształu oraz prędkości wyciągania go z tygla. Całość wykonywana jest w osłonie gazowej. Najczęściej w tym celu jest stosowany argon. Przy zachowaniu odpowiedniego reżimu możliwe jest obecnie uzyskanie na skalę przemysłową kryształów o długości dochodzącej do 2m oraz średnicy 45cm (18 cali).
W tym miejscu należy wspomnieć, że prof. Jan Czochralski był polskim chemikiem i metaloznawcą. Jednak pomimo ogromnego wpływu jaki jego prace miały na rozwój technolgii nie jest on postacią szeroko znaną w kraju. Dlatego też, aby ją przybliżyć, oraz w uznaniu jego zasług rok 2013 został rokiem prof. Jana Czochralskiego. Jego imię noszą dwie szkoły w kraju: Szkoła Podstawowa nr 82 w Gdańsku oraz Szkoła Podstawowa w Kcyni.
Uzyskane monokryształy krzemu cięte są za pomocą pił diamentowych na płytki. Rozmiary płytek stosowanych w przemyśle:
1 cal
2 cale
3 cale
4 cale
5 cali
150 mm (5,9 cala)
200 mm (7,9 cala)
300 mm (11,8 cala) - obecny standard
450 mm (18 cali) - technologia rozwijana
Następnie są one jednostronnie szlifowane i polerowane, aż do uzyskania zakładanej równości podłoża. Wykonywane jest także nacięcie krawędzi wskazujące na kierunek ułożenia struktury atomów, a jednocześnie będące ułatwieniem przy transporcie płytek.
Płytka krzemowa o średnicy jednego cala (25,4mm). Dla porównania rozmiarów pokazany został układ w obudowie czternastonóżkowej. Płytka ta nie jest jeszcze oszlifowana. Obie jej strony są matowe.
Płytka krzemowa o średnicy trzech cali. Z jednej strony jest oszlifowana, a jej powierzchnia wygląda jak lustro (na zdjęciu widać odbijające się chmury). Druga strona jest matowa. Płytka posiada także naciecię na krawędzi.
Na tak przygotowanych płytkach wykonywane są struktury układów scalonych. Odbywa się to w procesie epitaksji czyli domieszkowania warstw na powierzchni krzemu. Wykorzystuje się do tego celu proces fotolitografii, który wymaga stosowania specjalnych masek.
Ich ilość zależy od stopnia skomplikowania układu. Jak można się domyślać ze zdjęcia struktury MCY7880, przy jego produkcji wykorzystywano 6 masek.
Płytka krzemowa, która służyła do testów (CEMI).
Przetworzone zdjęcie struktury procesora MCY7880. Układ ścieżek w przybliżeniu odpowiada wyglądowi ostatniej maski, jaka była wykorzystywana do jego produkcji.
Mikroskopowe zdjęcie struktury układu UCY74S424. Widoczny jest logotyp ITE.
Płytka krzemowa w opakowaniu. Widoczna jest nazwa CEMI.
Płytki z gotowymi strukturami są cięte za pomocą diamentowych pił, a następnie struktury są umieszczane na ramkach z ażurem wyprowadzeń. Ażury wykonywane były metodą wycinania na prasach w zakładach Kazel w Koszalinie. Ich środkowa część była złocona. Następnie wykonywane są połączenia pomiędzy strukturami, a ażurem. W tym celu stosuje się drut złoty lub aluminiowy.
Struktury umieszczone na ażurze połączonych jeszcze ze sobą nóżek. Na etapie wykańczania układu łączniki pomiędzy nóżkami były odcinane.
Zbliżenie pojedynczej ramki z widoczną przyklejoną strukturą przed wykonaniem połączeń. Miejsce mocowania struktury oraz kontakty, do których mocowane były druty łączące wyprowadzenia ze strukturą są złocone.
W kolejnym kroku następuje wykonanie obudowy. W przypadku wersji plastikowych ażury ze strukturami zalewane są ciśnieniowo żywicą. W przypadku wersji ceramicznych struktury są zamykane drugą połową obudowy metalową pokrywką.
Ramki ze strukturami zalanymi żywicą. Zdjęcia przedstawiają układy UCY74107.
Obudowa ceramiczna na etapie przed zamontowaniem struktury.
Obudowa ceramiczna z przyklejoną strukturą i wykonanymi połączeniami. Zdjęcie przedstawia układ UCA54S412.
