فرایند تولید cpu

cpu از مهم ترین قطعات کامپیوتر ها است و در واقع مغز کامپیوتر به حساب می آید که حاصل تلاش و کار مهندسی هوشمندانه ده ها ساله است و شاید به همین دلیل است که  نحوه کار آن بسیار پیچیده و شبیه به معجزه می باشد. قطعات و بلوک های سازنده ریزتراشه ها، ترانزیستورها می باشند که از زمانی که در اندازه های میکروسکوپی ساخته شدند، شیوه های ساختشان پیچیده تر شد.

ساخت cpu با تکنولوژی لیتوگرافی نوری

ساخت ترانزیستور ها امروزه به دلیل اینکه در ابعاد بسیار کوچک ساخته می شوند با روش های معمولی امکان پذیر نیست این در شرایطی است که دستگاه های تراشکاری و یا پرینتر های سه بعدی نیز پیشرفت کرده اند و قادر هستند که محصولات را با دقت و ظرافت بسیار بالا تولید کنند اما با این وجود برای ساخت تراشه های امروزی مناسب نیستند.

علت اینکه برای ساخت تراشه ها امکان استفاده از ماشین های تراشکاری و یا پرینتر های سه بعدی نیست این است آن ها قادر هستند که قطعات را تا اندازه میکرومتر تولید کنند و برای ساخت تراشه ها در اندازه نانومتر کارآمد نیستند که این مشکل با استفاده از لیتوگرافی نوری حل شده است.

برای ساخت تراشه ها و قطعات با ماشین آلات پیچیده نیاز است که با دقت بالا آن ها حرکت داده شوند که لیتوگرافی نوری این مشکل را برطرف کرده است و با استفاده از حکاکی نوری تصویری را بر روی تراشه ها حکاکی می کنند در واقع نحوه کار آن به پروژکتور های قدیمی شبیه است با این تفاوت که لیتوگرافی نوری بر عکس عمل می کند و با دفت زیاد و مناسب و به اندازه ی مورد نیاز نسخه مورد نظر را کوچک می کند.

تصویر مورد نظر را بر روی ویفر های سیلیکونی که به وسیله ی موادی که نسبت به نور مقاوم هستند ساخته شده اند انعکاس می دهند و این کار را در آزمایشگاه هایی که با دقت بسیار زیاد ماشین کاری شده اند انجام می دهند زیرا حتی وجود یک ذره کوچک غبار بر روی ویفرها می تواند منجر به وارد شدن خسارت بالا و هزاران دلاری شود.

ماده ای که به وسیله ی آن ویفرها را می سازند به نور واکنش نشان می دهد و در اثر نور از بین می رود که در نتیجه تصویری از یک cpu بر روی آن حکاکی می شود جای خالی که به وسیله ی نور بر روی ویفر ها ایجاد شده است را با مس پر یا آلاییده می شود و در نتیجه ترانزیستور ساخته می شود و با تکرار این فرایند cpu ساخته می شود.

ساخت cpu با لیتوگرافی نوری در مقیاس نانو چه مشکلاتی دارد

به منظور افزایش سرعت و بهبود عملکرد cpu همواره تلاش شده است که با کوچک تر کردن اندازه ترانزیستور های تعداد بیش تری از آن ها را در فضای مشخص قرار داده شود ولی نکته ای که دارای اهمیت است این است که در حین کوچک تر شدن سایز ترانزیستورها به خوبی عمل کنند در غیر این صورت این کوچک شدن فایده ای ندارد.

زمانی که در مقیاس نانومتر تولید می شوند از نظر فیزیکی مشکلاتی به وجود می آید مشکلی که مهندسان نیمه رسانا دارند این است که با وجود اینکه قطع جریان الکتریسته در شرایط لازم از وظایف ترانزیستورها است اما به خاطر کوچک شدن اندازه ترانزیستورها الکترون ها امکان عبور از آن ها را پیدا می کنند که به آن مشکل تونل زنی کوانتومی گفته میشود.

نحوه بسته بندی cpu

برای اینکه cpu را برای مشتریان در بسته بندی قرارد دهند باید کاری بیش تر از قرار دادن آن در یک جعبه و محافظت از آن با فوم انجام شود. بعد از پایان ساخت یک cpu همچنان این قطعه قابل استفاده نیست تا زمانی که به سایر سیستم مربوط به خودش متصل شود و به همین دلیل در طی فرایند بسته بندی تراشه سیلیکونی را به یک PCB متصل می کنند که به نام cpu شناخته شده است.

فرایند بسته بندی به دفت زیادی نیاز دارد که در طی آن cpu را بر روی صفحه سیلیکونی قرار می دهند و تمامی اتصالات الکترونیکی را برای پین هایی که باید به مادر برد متصل شوند ایجاد می کنند. cpu های پیشرفته امروزی بیش از هزاران پین دارند به عنوان مثال cpu تریادرپیر که شرکت AMD سازنده آن است 4094 پین دارد.

به منظور حفاظت از cpu در برابر گرمایی که تولید می کند یک قطعه پراکنده ساز یکپارچه حرارت بر روی آن قرار داده می شود و از طریق صفحه ای که به دیسک cpu متصل است گرما به خنک کننده ای که بر روی آن قرار داده شده است منتقل می شود و به منظور اطمینان از اتصال درست پراکنده ساز یکپارچه حرارت در بعضی از مواقع از خمیر حرارت استفاده می شود.

بعد از قرار دادن همه چیز در کنار هم آن ها را برای ارسال در فروشگاه ها بسته بندی می کنند و دلیل بالا بودن قیمت cpu  ها نیز همین فرایند سخت و پیچیده ساخت و بسته بندی آن ها است .