"Silicijumska dolina" u Ljubljani, Iskrina fabrika mikroelektronike '84: Šta je to čip - i kako se proizvodi?

U prostorije gde se obrađuju silicijumske pločice može da uđe određen broj radnika, nikad dva-tri više jer bi to, bez obzira na higijenu, poremetilo proces proizvodnje. Jedna ispušena cigareta unutra, zatvorila bi fabriku mesec dana 

Današnji čipovi, složena elektronska kosa veličine bebinog nokta na palcu, sadrže više informacija nego negdašnji veliki kompjuteri. Kod nas se proizvode u "Iskrinoj" fabrici mikroelektronike, u ljubljanskom predgrađu Stegne, pod rigoroznim uslovima: na 27 litara vazduha dozvoljeno je sto čestica prašine veličine hiljaditog dela milimetra! Tu ne može da uđe niko ko ne radi, čak ni predsednica SIV-a Milka Planinc!

*****

Izgleda neupadljivo, a u sebi krije ogromnu moć. Čip ili elektronsko kolo. Veličine je bebinog nokta na palcu i jedva nešto deblji: dašak vetra koji gasi sveću lako bi ga oduvao.

U osnovi, sastoji se od silicijuma, dakle običnog peska sa plaže, hemijskog elementa kojeg ima u izobilju na našoj planeti. Čip je, u stvari, veoma složeno elektronsko kolo: nevidljivo golim okom, na silicijumskoj ploči su utisnute razne šare koje predstavljaju sićušne prekidače, otpornike, tranzistore, provodnike, povezane metalnim "žicama" tanjim od ljudske vlasi.

Pod mikroskopom podseća na kartu nekog grada sa ulicama, trgovima, zgradama - snimljenih sa velike udaljenosti. I sve to može da stane u glavu čiode!

Ta silicijumska "mrvica", koju možete da stavite na vrh malog prsta, sadrži više informacija nego negdašnji veliki kompjuteri: prvi digitalni računar "ENIAC" napravljen 1946. težio je 30 tona, ali je imao deset puta manje elektronskih komponenti od sićušnog čipa.

Naslednik džinovske računaljke, "kompjuter na čipu" (mikroprocesor) jevtiniji je 30 puta od svojeg elektronskog pretka, troši vrlo malo energije i obavlja milion kalkulacija u sekundi - 200 puta više od ENIAC-a.

"Silicijumska dolina" u Ljubljani

U doba kada nije bilo silicijumskih čipova, elektronika se temeljila na složenim mrežama elektronskih lampi, kondenzatora i otpornika. Za skladištenje milion informativnih jedinica 1953, bilo je potrebno 11 miliona i 326 hiljada kvadratnih santimetara prostora, danas se ta zapremina smanjila više od 14 hiljada puta.

A minijaturizacija se nastavlja.

Južno od San Franciska nalazi se dolina Santa Klara. 40 kilometara duga i petnaestak široka, u kojoj su nekad bili voćnjaci. Danas je to najveća fabrika čipova u svetu, poznata pod imenom Silicijumska dolina.

Na tom prostoru radi oko 450 hiljada stručnjaka na razvoju i proizvodnji elektronike.

Mi imamo dve "silicijumske doline", koje su u poređenju sa onom pravom sićušne, kao kad biste čip stavili pored ENIAC-a. 

Jedna je u Nišu, druga u Ljubljani.

Posetili smo "Iskrinu" fabriku mikroelektronike, odskora u pogonu, u predgrađu Stegne. Magistar Ivo Banič, direktor, strpljivo nam je objašnjavao kako se prave čipovi.

Mnogo toga nam je i pokazao, ali nije dozvolio da uđemo u prostorije na čijim staklenim vratima piše "čist prostor". Tu se snimaju i obrađuju čipovi. Ni predsednica SIV-a, Milka Planinc, nije mogla da uđe!

Ni najsitnije čestice prašine

Zbog čega su uslovi tako rigorozni?

Reč je o zaista čistoj tehnologiji, čistijoj od svake druge, jer su "šare" na čipu velike mikron-dva (hiljaditi deo milimetra). I najsićušnija čestica prašine upropastila bi sav prethodni trud.

Magistar Ivo Banič to ilustruje neobičnim primerom: u poređenju sa izradom čipova mikrohirurgija, gde se operiše pod mikroskopom, spada u prljave poslove. 

Dakle, u mikroelektronici se primenjuju uslovi maltene apsolutne čistoće. Dozvoljena veličina čestice u vazduhu je pola mikrona, a bakterija je velika dva i po mikrona.

U prostorije gde se obrađuju silicijumske pločice može da uđe određen broj radnika, nikad dva-tri više jer bi to, bez obzira na higijenu, poremetilo proces proizvodnje.

Jedna ispušena cigareta unutra, zatvorila bi fabriku mesec dana! 

Naime, vazduh se dvostruko prečišćava: u prvom krugu spolja može da uđe na 27 litara vazduha oko deset hiljada zrnaca prašine veličine do pola mikrona: na svakom radnom mestu, osim toga, postavljeni su uređaji koji taj prečišćeni vazduh još jednom prečišćavaju i smanjuju broj čestica na samo sto.

Čistoća se svakodnevno proverava aparatima. Vazduh ne sme da bude vlažniji nego što je predviđeno, moguće odstupanje je pet odsto, tako da se meri i temperatura sa tačnošću do jedne stotinke.

Pored raznoraznih uređaja, iako je postupak izrade uglavnom automatizovan, videli smo najčešće žene.

I za to ima objašnjenja; one su strpljive, pažljive, umeju da rade precizne poslove. Odevene su od glave do pete u belo: kape gotovo nataknute na oči, mantili, rukavice, na nogama klompe koje se nikad ne iznose napolje. 

Zabranjeno im je da se šminkaju na poslu, a lice moraju da namažu posebnom kremom.

Čipovi beskonačno traju

Kako se izrađuju čipovi?

Osnovni materijal je, rekosmo, silicijum (kvarc), najrašireniji element posle kiseonika. Istopljen i oblikovan u duge kristale on podseća na sulundar, naravno ispunjen, dugačak metar-dva a prečnika desetak santimetara.

Reže se u vrlo tanke okrugle pločice (vejferi), koje se poliraju da bi bile potpuno ravne (gotovo apsolutno). Na njima se proveravajti defekti: najviše sme da ih bude dva-tri na pet kvadratnih santrmetara.

I to je takozvani polazni materijal.

Ceo postupak izrade čipova, inače, podeljen je u 300 koraka, a posle svake faze je provera. Zato su čipovi, kad se ugrade u raznoraznu opremu, dugotrajni (gotovo beskonačno traju) i veoma pouzdani. Za njih nema servisa!

Prvi korak ka budućem čipu je tzv. "pregled zadataka".

Sastanu se stručnjaci za dizajniranje i stručnjaci koji će čip u nešto ugraditi, nacrta se crtež, negativ čipa, 400 puta veći od originala, sa svim komponentama i vezama, zatim se računaru daju podaci o "ulazima" i "izlazima" informacija, dakle o načinu funkcionisanja čipa, da predvidi kako će to da izgleda i sve to smesti na najmanju moguću površinu.

Pri tome mora stalno da se ima u vidu da spoljni priključci ne smeju da prelaze određeni broj - najčešće 40 - i da razmaci između pojedinih kanala ne budu preuski kako bi se sprečili kratki spojevi. A ti razmaci su dva-tri mikrona.

"Kontrolni crtež" čipa, sa svim detaljima, prenosi se na masku - transparentnu staklenu ploču, sa koje se kasnije utiskuje na silicijumsku pločicu. Maska je izdeljena na mnoštvo kvadratića, u svaki stane po deset hiljada tranzistora!

Uređaj za izradu maske omogućuje da se u sterilno čistom vazduhu elektronskim zracima presnimavaju "šare" na silicijumsku pločicu.

U najčistijim prostorijama zbog osetljivosti foto-materijala osvetljenje je žute boje - zapis sa maske se fotolitografskim postupkom prenosi na silicijumsku pločicu. U posebnim pećima, pri temperaturi iznad hiljadu stepeni, u silicijum se unosi malo nečistoće, poneki strani atom, da bi se ostvarile bolje veze u budućem čipu.

Svi ovi procesi se ponavljaju onoliko puta koliko ima slojeva iz kojih je čip sastavljen: u "Iskri" su to "sendviči" iz 11 slojeva, između kojih najveći razmak sme da bude jedan mikron.

Veliki su skuplji

Na kraju tog procesa "sendvič" (čip) podseća, da budemo "jasniji", na višespratnicu: manje i veće sobe, različite namene, povezane su hodnicima, za vezu među spratovima postoje stepeništa i liftovi, ima izlaza napolje...

Da bi se među njima ostvarila veza, napravi se rupa s vrha do dna čipa u koju se sipa gotovo stoprocentno čisti aluminijum (99,999 i koliko još hoćete devetki).

- Zahtevi za čistoću su veoma, veoma rigorozni - naglašava magistar Ivo Banič - jer svaka greška na maski, na primer, prenosi se na čip. Sa maski se presnimava po nekoliko stotina hiljada puta. Kod većih čipova, što će iznenaditi neupućene, veći je škart - više od 80 odsto, kod manjih samo 10-15. Zato su veliki čipovi skuplji.

Vejferi se oblažu zaštitnim slojem, a onda se izrezuju (laserom ili dijamantskom testerom) u pojedinačne čipove. Svaki pojedinačni čip se, na kraju, još jednom kontroliše na test-uređaju kojim upravlja kompjuter.

Zavisno od namene čip se ugrađuje u kućišta različitih oblika, od plastike ili keramike, i povezuje "nožicama" (žicama), tako da na prvi pogled liči na stonogu.

"Iskrina" fabrika mikroelektronike pravi čipove po narudžbini, za poznatog kupca koji najavi u kakve svrhe će ih koristiti. A primena čipova je toliko razgranata da, maltene, nema proizvoda u koji nisu ugrađeni, od časovnika do "spejs šatla".

Napisao: Stanko Stojiljković, obrada: Yugopapir (Svet, april 1984.)

200 romana na čipu

Inženjeri su požurili da strpaju što više tranzistora na čip: digitalni sat ima 5.000, džepni računar (kalkulator) 20.000, mali kompjuter, po moći ravan nekadašnjem velikom kao soba, ima 100.000.

Do 1990. očekuje se da na čip stane deset miliona tranzistora, što bi ličilo na grad izgrađen na hiljadu kvadratnih milja.

Svaki napredak u izradi čipa dovodi do daljeg usavršavanja. Jedan čip će imati i do milijardu tranzistora ili elektronskih prekidača, hiljadu puta više nego što je danas moguće.

Na čipovima za memoriju moći će da se "upiše" tekst 200 dugih romana.

Vlas kose kao stablo

Jedva vidljivo zrnce prašine može čip da učini neupotrebljivim, jer za "šare" na njegovoj površini ono izgleda kao gromada stene, a vlas kose kao stablo.

U preporuci da niko ko ne radi ne može da uđe u tzv. čisti prostor, između ostalog, piše:

• ako se počešete, trostruko povećate zagađenje u prostoriji,

• ako udarite nogom o pod - čak 50 puta, 

• vađenje maramice iz džepa - tri do deset puta, 

• ako kinete - pet do 20 puta, 

• ako počešete bradu - jedan do dva puta!

Zbog toga u tim pogonima mora da bude besprekorna čistoća.

Podržite Yugopapir: FB TW Donate