الموضوع: صناعة المعالج من الألف إلى الياء

بسم الله الرحمن الرحيم
----------------------------------------

هل سبق لك أن تساءلت عن كيفية المعالجات الدقيقة و التى تتم بواستط المعالج داخل جهازك
وهل سبق لك أن تساءلت عن كيفية تصنيع تلك المعالجات ؟
الإجابة نعم

-----------------------------------------

و هذا ما سوف نقوم به فى هذا الموضوع و هو تسليط الضوء على عملية تصنيع المعالج برعاية شركة إنتل و هى إحدى الشركات الرائدة فى هذا المجال

صناعة المعالج من الرمال إلى السليكون
----------------------------------------------



الجولة الأولى و التى سوف نتابع فيها عملية التصنيع
-------------------------------------------------

و لكن دعنا اولا نتعرف إلى طريقة التصنيع بشكل علمى
-------------------------------------------------

مادة السليكون
و هى الأساس فى جميع معالجات إنتل و الميكروبروسيسور هو دائرة مبنية على قطع صغيرة جدا من السليكون و تستخدم مادة السليكون لانها من اشباه الموصلات و أشباه الموصلات هي فئة من المواد الوسط و التى تعتبر موصلة و عازلة للكهرباء فى نفس الوقت بمعنى أن مادة السيلكون يمكن تغييرها لتكون إما عازل و التي تمنع الشحنة الكهربائيةأو موصل والتي تسمح للشحنة الكهربائية بالمرور
-------------------------------------------------

الإنتاج
صناعة المعالجات تعتبرعملية معقدة فهى تتطلب حوالى 300 خطوة من بداية التصنيع حتى إتمام العملية
فصناعة المعالج تعتبر بمثابة البناء بمعنى انه يتم وضع طبقات من المواد بتتابع فوق حلقات السليكون الرقيقة
و هذه الحلقات تتكون من مواد كميائية و غازات وضوء و هذه الطبقات تسمى رقائق و هذه القائق او الحلاقات تكون عادة بإرتفاع 300 مم وقطرها حوالى 12 بوصه و هى مصنعة من السليكون و مصدر مادة السليكون هو الرمال و التى تيم تطهيرها و إسالتها و تجميدها على شكل انابيب إسطوانية الشكل تسمى سبائك و التى يتم تقطيعها إلى رقائق و التى يتم صقلها حتى تصبح ملساء السطح كالمرآة اللامعة و بدون اى شوائب
و فى صناعة الرقائق توضع طبقات رفيعة جدا عبارة عن قوالب مصنعة من مواد مصممة تصميم محسوب بدقة متناهية و عناية فى شريحة سليكون فارغة و هذه القوالب متناهية فى الصغر حتى يمكن وضع مئات من المعالجات على رقاقة واحدة و نظرا غلى ان هذه القوالب صغيرة جدا فإنه عادة من الصعب إيداع المادة فى المكان المطلوب بالضبط على الرقائق وبناء على ذلك فإن طبقات المادة تودع عبر كامل سطح الرقاقة فبالتالى المواد الغير مرغوب فيها يتم إزالتها و يترك القالب المنشود من تلك الطبقات
و في حين أن هناك أكثر من 300 خطوة او عملية لجعل المعالج قادر على العمل فإنه يمكن تلخيص عملة صنع الشرائح في عدد قليل من الخطوات التي تنطوي على خلق الخصائص موصل ، والاختبار ، والتعبئة والشحن.
-------------------------------------------------

خلق خصائص الموصل
تبدأعملية صناعة المعالج بوضع طبقة عازلة من ثاني أكسيد السيليكون على سطح رقاقة مصقول و هذه الطبقة تلعب دور البوابة الكهربائية و التى تسمح بتدفق او إعاقة التيار الكهربى داخل الرقاقة و ترزع طبقة ثانى اكسيد السليكون على سطح الرقاقة بواستط افران ذات درجات حرارة عالية جدا و تحدد درجة حرارة الفرن المستخدم لوضع تلك الطبقة على ثمك الطبقات و عددها و الوقت المستغل لزرعها
-------------------------------------------------

مرحلة الضوء او Photolithography
و فى هذه المرحلة يتم طباعة دائرة من قوالب مكونة من مادة مؤقته حساسة للضوء على سطح الرقاقة تسمى photo resist و يتخللها شعاع من الأشعة البنفسجية عبر النقاط الخالية فى هذه الطبقة و تسمى photo mask اى القناع الضوئى او mask القناع و هو يقوم بكشف المساحات الخالية من المقاومة الضوئية و حجبها لان التعرض للضوء يؤدى إلى تغير المركب الكميائى للمقومة الضوئية و تحللها فى الأمكن الغير محمية بهذا القناع و يتم إزالة المناطق المعرضة للضوء من المقاومة الضوئية عن طريق عملية تسمى الحفر ثم يتم إزالة الجزء المتبقى من المقاومة الضوئية تراكة قالب من السليكون على الشريحة و طبعا إحنا ذكرنا فى بداية العملية إن هذا القلب الحساس للضوء هو قالب مؤقت فى عملية اللتصنيع
ثم بعد ذلك توضع طبقات من مواد إضافية ، مثل البولي سيليكون الموصل الكهرباء ، وتودع على رقاقة إضافية عن طريق الطباعة الحجرية والحفر و كل طبقة من المواد لها قالب فريد من نوعه فإنها معا تشكل شريحة من الدوائر في هيكل ثلاثى الابعاد.
-------------------------------------------------

عملية التنشيط
و فى هذه العملية يتم قصف الأماكن المكشوفة من المقاومة الضوئية بوابل من المطر الايونى و المكون من
عدد من الشوائب الكمياءية الختلفة و لكن قبل زرع تلك الأيونات فى سطح الشريحة يجب اولا حماية المناطة الغير مراد تنشيطها بواستط المقاومة الضوئية و عملية زراعة هذه الأيونات السبب فيها انها تقوم بإمداد الشرائح بشحنات سالبة و موجبة لذا تقوم بتغيير الطريقة التى يوصل بها السليكون الشحنات الكهربية فى هذه المناطق و هذه الشحنات الكهربية تعمل على مساعدة الترانزيستور فى عملية التشغيل و الإيقاف وبالتالي يمر تيار كهربائي من خلال بوابة الترانزستور
-------------------------------------------------

مرحلة الإتصال
و لكى يتم خلق إتصال بين الطبقات الإضافية الموضوعة على الرقائق شكلت نوافذ بإعادة وضع القناع و الحفر لوضع المعدن الموصل و هو من النحاس لانه يعد من افضل المواد الموصلة ويوضع النحاس فى تلك النوافذ لخلق إتصال بين طبقات الرقائق و الترانزيستورات
-------------------------------------------------

مرحلة الإختبار
بمجرد إتمام عملية زرع الطبقات يتم إعداد الرقائق للاختبارمن أجل الصمود في وجه العمليات والمعدات المستخدمة في عملية التصفيف و الرقائق يجب ان تكون ثميكة نسبيا و ثمكها لابد ان يخفض او يصغر بنسبة 33 % قبل تقطيعها إلى معالجات منفردة لذا فإن الرقائق تمر بعدد من المراحل الجادية و التى تقوم يتصغير ثمك الرقائق و ايضا لازالة الشوائب العالقة على سطحها الخلفى بعد إتمام تلك العملية يتم وضع طبقة من من مواد أخرى على السطح الخلفى الغير موصل حتى يمكن خلق إتصال كهربى بين السطح الخلفى للرقاقة و الرقاقة التى تليها فى أثناء عملية التجميع
بإنتهاء هذه العملية يتم إختبار الجودة لكل خطوة فى عملية التجميع و إختبار المكونات المنفصلة مثل الترانزستورات و المقاومات و المكثفات ما إذا كانت تعمل بشكل جيد او انه حدثت مشكلة اثناء عملية التجهيز و يتم تحليل النتائج لكشف المشكلة و العمل على تخطيها
-------------------------------------------------

مرحلة تغليف الرقائق
بعد أن يتم اختبار الرقائق يتم إرسالها إلى مصانع التجميع حيث يتم تقطيعها إلى مستطيلات تسمى die و كل مستطيل يحتوى على دائرة متكاملة و يتم تقطيعها بواستط منشار دقيق و يتم تجاهل المستطيلا الغير فعالة و تسمى The non-functional dies ثم بعد ذلك يتم تجميع المستطيلات المنفردة او الفردية individual dies فى اغلفة و هذه الأغلفة تقوم بحماية المستطيلات من البيئة الخارجية و تمد المستطيلات بالإتصالى الكهربائى بينه وبين لوحة الدوائر الكهربية و التى سيتم تركيبها لاحقا ثم يتم وضع كرات صغيرة جدا من القصدير على المناطق المحددة من المستطيل حتى يتم التوصيل بينها و بين الغلاف و بهذا الشكل يكون هناك سبيل لمرور الكهرباء اللوحة المطبوعة إلى الرقائق المغلفة و العكس ثم بعد تجميع الغلاف يجرى للمعالج عملية إختبار للتأكد من المستطيلا او الرقائق المجمعة هل ما زالت فعالة و نشطة اما الوحدات الغير فعالة او الغير حيوية يتم إستبعدها
بالنسبة للوحدات النشطة تمر بإختبار الإجهاد و خلال هذا الإختبار يتم إختبار كل وحدة منفصل من خلال طرح نسبة الرطوبة ومستويات مختلفة في درجة الحرارة وفحص مستويات أداء الكهربائية الساكنة بعد إنهاء إختبار الإجهاد تخضع الوحدات لإختبار تحديد المستوى الوظيفى للقطعة
-------------------------------------------------

مرحلة التعبئة
بعد إجتياز مراحل إختبار الإجهاد و الكفاءة و إستبعاد الوحدات الغير فعالة يتم وضع المعالجات فى صناديق محددة و هذا يتوقف على سرعة و قوة اداء الوحدة
-------------------------------------------------

الجولة الثانية و فيها سوف نستعرض كل الشرح السابق بالصور و الفيديو
-------------------------------------------------



Sand -- With about 25% (mass) Silicon is – after Oxygen – the second most common element in the earth's crust. Sand – especially Quartz - has high percentages of Silicon in the form of Silicon dioxide (SiO2) and is the base ingredient for semiconductor manufacturing.



Melted Silicon -- scale: wafer level (~300mm / 12 inch) - Silicon is purified in multiple steps to finally reach semiconductor manufacturing quality which is called Electronic Grade Silicon. Electronic Grade Silicon may only have one alien atom every one billion Silicon atoms. In this picture you can see how one big crystal is grown from the purified silicon melt. The resulting mono crystal is called Ingot.

Mono-crystal Silicon Ingot -- scale: wafer level (~300mm / 12 inch) - An ingot has been produced from Electronic Grade Silicon. One ingot weights about 100 kilograms (=220 pounds) and has a Silicon purity of 99.9999%.



Composite illustration



Ingot Slicing -- scale: wafer level (~300mm / 12 inch) - The Ingot is cut into individual silicon discs called wafers.



Wafer -- scale: wafer level (~300mm / 12 inch) - The wafers are polished until they have flawless, mirror-smooth surfaces. Intel buys those manufacturing ready wafers from third party companies. Intel’s highly advanced 45nm High-K/Metal Gate process uses wafers with a diameter of 300 millimeter (~12 inches). When Intel first began making chips, the company printed circuits on 2-inch (50mm) wafers. Now the company uses 300mm wafers, resulting in decreased costs per chip.



Composite illustration



Applying Photo Resist -- scale: wafer level (~300mm / 12 inch) - The liquid (blue here) that's poured onto the wafer while it spins is a photo resist finish similar as the one known from film photography. The wafer spins during this step to allow very thin and even application of this photo resist layer.



Exposure -- scale: wafer level (~300mm / 12 inch) - The photo resist finish is exposed to ultra violet (UV) light. The chemical reaction triggered by that process step is similar to what happens to film material in a film camera the moment you press the shutter button. The photo resist finish that's exposed to UV light will become soluble. The exposure is done using masks that act like stencils in this process step. When used with UV light, masks create the various circuit patterns on each layer of the microprocessor. A lens (middle) reduces the mask's image. So what gets printed on the wafer is typically four times smaller linearly than the mask's pattern.



Exposure -- scale: transistor level (~50-200nm) - Although usually hundreds of microprocessors are built on a single wafer, this picture story will only focus on a small piece of a microprocessor from now on – on a transistor or parts thereof. A transistor acts as a switch, controlling the flow of electrical current in a computer chip. Intel researchers have developed transistors so small that about 30 million of them could fit on the head of a pin.



Composite illustration



Washing off of Photo Resist -- scale: transistor level (~50-200nm) - The gooey photo resist is completely dissolved by a solvent. This reveals a pattern of photo resist made by the mask.



Etching -- scale: transistor level (~50-200nm) - The photo resist is protecting material that should not be etched away. Revealed material will be etched away with chemicals.



Removing Photo Resist -- scale: transistor level (~50-200nm) - After the etching the photo resist is removed and the desired shape becomes visible.



Composite illustration



Applying Photo Resist -- scale: transistor level (~50-200nm) - There's photo resist (blue color) applied, exposed and exposed photo resist is being washed off before the next step. The photo resist will protect material that should not get ions implanted.



Ion Implantation -- scale: transistor level (~50-200nm) - Through a process called ion implantation (one form of a process called doping), the exposed areas of the silicon wafer are bombarded with various chemical impurities called Ions. Ions are implanted in the silicon wafer to alter the way silicon in these areas conducts electricity. Ions are shot onto the surface of the wafer at very high speed. An electrical field accelerates the ions to a speed of over 300,000 km/h (~185,000 mph)



Removing Photo Resist -- scale: transistor level (~50-200nm) - After the ion implantation the photo resist will be removed and the material that should have been doped (green) has alien atoms implanted now (notice slight variations in color)



Composite illustration

يتبع

Ready Transistor -- scale: transistor level (~50-200nm) - This transistor is close to being finished. Three holes have been etched into the insulation layer (magenta color) above the transistor. These three holes will be filled with copper which will make up the connections to other transistors.



Electroplating -- scale: transistor level (~50-200nm) - The wafers are put into a copper sulphate solution as this stage. The copper ions are deposited onto the transistor thru a process called electroplating. The copper ions travel from the positive terminal (anode) to the negative terminal (cathode) which is represented by the wafer.



After Electroplating -- scale: transistor level (~50-200nm) - On the wafer surface the copper ions settle as a thin layer of copper.



Composite illustration



Polishing -- scale: transistor level (~50-200nm) - The excess material is polished off.



Metal Layers -- scale: transistor level (six transistors combined ~500nm) - Multiple metal layers are created to interconnect (think: wires) in between the various transistors. How these connections have to be “wired” is determined by the architecture and design teams that develop the functionality of the respective processor (e.g. Intel® Core™ i7 Processor ). While computer chips look extremely flat, they may actually have over 20 layers to form complex circuitry. If you look at a magnified view of a chip, you will see an intricate network of circuit lines and transistors that look like a futuristic, multi-layered highway system.



Composite illustration



Wafer Sort Test -- scale: die level (~10mm / ~0.5 inch) - This fraction of a ready wafer is being put to a first functionality test. In this stage test patterns are fed into every single chip and the response from the chip monitored and compared to "the right answer."



Wafer Slicing -- scale: wafer level (~300mm / 12 inch) - The wafer is cut into pieces (called die).



Discarding Faulty Die -- scale: wafer level (~300mm / 12 inch) - The die that responded with the right answer to the test pattern will be put forward for the next step (packaging).



Composite illustration



Individual Die -- scale: die level (~10mm / ~0.5 inch) - This is an individual die which has been cut out in the previous step (slicing). The die shown here is a die of an Intel® Core™ i7 Processor.



Packaging -- scale: package level (~20mm / ~1 inch) - The substrate, the die and the heatspreader are put together to form a completed processor. The green substrate builds the electrical and mechanical interface for the processor to interact with the rest of the PC system. The silver heatspreader is a thermal interface where a cooling solution will be put on to. This will keep the processor cool during operation.



Processor -- scale: package level (~20mm / ~1 inch) - Completed processor (Intel® Core™ i7 Processor in this case). A microprocessor is the most complex manufactured product on earth. In fact, it takes hundreds of steps – only the most important ones have been visualized in this picture story - in the world's cleanest environment (a microprocessor fab) to make microprocessors.



Composite illustration



Class Testing -- scale: package level (~20mm / ~1 inch) - During this final test the processors will be tested for their key characteristics (among the tested characteristics are power dissipation and maximum frequency).



Binning -- scale: package level (~20mm / ~1 inch) - Based on the test result of class testing processors with the same capabilities are put into the same transporting trays.



Retail Package -- scale: package level (~20mm / ~1 inch) - The readily manufactured and tested processors (again Intel® Core™ i7 Processor is shown here) either go to system manufacturers in trays or into retail stores in a box such as that shown here.



Composite illustration



يتبع

الجولة الأخيرة و فيها سوف نتجول داخل احد مصانع شركة Intel















تحياتى للجميع

شكرا على الموضوع الهايل و انتظر المزيد

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة النجم الماسى

شكرا على الموضوع الهايل و انتظر المزيد

الشكر لله أخى الكريم
جزاك الله خيرا
تقبل تحياتى

مجهود رائع

موضوع رائع شكرا ليك

موضوع جميل جدا يا غالى
شكرا ليك

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة bishoyusama

مجهود رائع

جزاك الله خيرا اخى الكريم
تقبل تحياتى

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة morooo89

موضوع رائع شكرا ليك

أنت الأروع أخى الكريم
جزاك الله خيرا
تقبل تحياتى

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة mee2day

موضوع جميل جدا يا غالى
شكرا ليك

الشكر لله أخى الكريم
جزاك الله خيرا
تقبل حياتى

موضوع ممتاز والله يا محمد
تسلم ايدك عليه
وانا استفدت منه جدا بصراحه
وتم التثبيت والتقييم

الله ينور يا باشا بس لو كانت بالسهوله دى زى الشرح كنا زمنا صنعناها فى مصر

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة انسان

موضوع ممتاز والله يا محمد
تسلم ايدك عليه
وانا استفدت منه جدا بصراحه
وتم التثبيت والتقييم

ربنا يخليك يا حسن على ذوقك المستمر و ردودك الرائعة على الدوام
جزاك الله خيرا يا صديقى العزيز
تقبل تحياتى

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة rot@na

الله ينور يا باشا بس لو كانت بالسهوله دى زى الشرح كنا زمنا صنعناها فى مصر

جزاك الله خيرا اخى الفاضل على ردك الكريم
اما بالنسبة لصناعة الرقائق و المعالجات فهى مسألة معقدة جدا و لكنى فى الشرح حاولت ابسط فى شرح عملية التصنيع و كمان شرحت لك النقاط الهامة جدا لانك لو تاخد بالك انا فى اول الشرح كاتب إن عملية تصنيع المعالج بتمر بى 300 خطوة طبعا إحنا شرحنا اربع او خمس خطوات و هى اهم خطوات و طبعا بالنسبة لتصنيع المعالجات فى مصر بلدنا يا اخى بالفعل مصر متعاقدة مع شركة إنتل من عام 2004 و التعاقد ينص على إنشاء مصنع لشركة إنتل لتصنيع الرقائق فى مصر لخدمة منطقة الشرق الأوسط و لكن اكيد فيه معوقات هى إللى اخرت إنشاء المصنع فى مصر
تقبل تحياتى