Como definición básica, un microchip o circuito integrado es un conjunto de circuitos electrónicos en una pequeña pieza plana de silicio u otro material. En el microchip, los transistores actúan como interruptores eléctricos en miniatura que pueden encender o apagar una corriente. El patrón de pequeños interruptores de la corriente eléctrica se crea en la oblea de silicio u otro material, agregando y quitando materiales para formar un entramado de varias capas de formas interconectadas.

Los microchips son dispositivos electrónicos increíblemente pequeños que se utilizan para almacenar y procesar información. Estos dispositivos, absolutamente indispensables en las sociedades actuales, controlan todo, desde electrodomésticos hasta equipos de oficina, cámaras digitales, armamento, automóviles, sistemas de información o por ejemplo equipos médicos. 

Entonces, debido a su enorme importancia, cabría hacerse las siguientes preguntas: ¿De dónde vienen estos microchips? ¿Cómo se hacen? ¿Qué tipo de elementos químicos se utilizan en la fabricación de chips?

Los microchips están hechos de materiales semiconductores. El material principal y más común es el dióxido de silicio o arena. Otros materiales utilizados en la fabricación de microchips son el germanio y el arseniuro de galio. Estos materiales se utilizan porque tienen propiedades especiales que los hacen buenos para la fabricación de transistores. 

La mecánica en el microchip, básicamente, es la siguiente: cuando se enciende un transistor aplicando un voltaje a su electrodo de puerta, los electrones fluyen desde su electrodo fuente hasta su electrodo de drenaje. Un aislador evita que fluya la corriente hasta que se encienda el transistor. Una vez encendido, el transistor actúa como un conductor, permitiendo que fluya la corriente. Si no se aplica voltaje al electrodo de puerta del transistor, no fluirá corriente.

Estas operaciones ocurren rapidísimamente, en nanosegundos (milmillonésimas de segundo).

¿Cómo se fabrican los microchips? 

Los microchips se fabrican a través de un proceso llamado fabricación de semiconductores. Los semiconductores son materiales que conducen la electricidad y se pueden dividir en dos tipos principales: silicio y germanio. 

FASES DEL PROCESO

FASE 1: El proceso comienza con la arena 

El proceso de fabricación de un microchip comienza con un tipo particular de arena llamada arena de sílice, que está hecha de dióxido de silicio. El componente básico de la fabricación de semiconductores, el silicio, debe ser puro para poder emplearse en el proceso de producción.

FASE 2: Purificación de la arena para obtener lingotes de silicio

Un lingote de silicio es una pieza cilíndrica de silicio extremadamente puro. El silicio de grado electrónico, que tiene una pureza del 99,9999 %, se produce mediante una serie de procedimientos de purificación y filtrado. Luego se corta en obleas rectangulares que eventualmente se convertirán en microchips. El tamaño y la forma de las obleas dependen del uso final. Los bordes ásperos se alisan y se hacen perfectamente planos para que las señales eléctricas puedan pasar sobre su superficie sin interrupciones.

FASE 3: Corte las obleas

El siguiente paso del proceso consiste en cortar el lingote circular de silicio en obleas. Los fabricantes de microchips primero cortan obleas de silicio al tamaño deseado para hacer un microchip concreto. Luego, estas obleas se pulen y limpian antes de que pueda tener lugar cualquier procesamiento adicional. Una vez cortadas, se someten a una serie de procesos que añaden capas de diferentes materiales a la superficie del troquel. Estas capas sirven para diferentes propósitos, como crear caminos eléctricos o aislar diferentes regiones del microchip.

FASE 4: Fotolitografía

A continuación, tras el corte de las obleas, se extiende una fina capa de fotoprotector sobre éstas. En la fotolitografia, se utiliza un material sensible a la luz para transferir un patrón a un sustrato. El primer paso es recubrir el sustrato con un material sensible a la luz llamado fotoprotector. A continuación, la oblea se expone a la luz utilizando una máscara que contiene el patrón deseado. A continuación, se revelan las áreas expuestas de la fotoprotección, lo que crea aberturas en la protección que corresponden al patrón deseado. Luego se graba la oblea, lo que transfiere el patrón al sustrato subyacente.

FASE 5: Dopaje

El dopaje es el proceso de bombardear las obleas de silicio con iones para cambiar su conductividad una vez que se ha eliminado la fotoprotección expuesta. Después de lavar el fotoprotector sobrante, se revela un patrón de material impactado y no afectado.

FASE 6: Grabado

En la fase de grabado se elimina una fina capa de silicio de la superficie mediante la aplicación de productos químicos reactivos. Estos se aplican a diferentes velocidades según la profundidad que desee que entren en la superficie. Si se desea eliminar una gran cantidad de material, se aplican los productos químicos durante períodos más largos.. Al grabar y volver a generar imágenes repetidamente de esta manera, los ingenieros pueden crear patrones complejos para diferentes componentes, como microchips de memoria y procesadores.

El patrón formado por el proceso de grabado se llama “máscara”, y es lo que le da al microchip su forma y funcionalidad. La máscara está hecha de fotoprotectores, que son materiales que pueden modificarse químicamente para crear un patrón determinado en una superficie.

FASE 7: Galvanoplastia

Cuando el transistor está casi terminado está cubierto con una capa aislante y es entonces cuando se tallan tres agujeros en él. Luego se aplican iones de cobre a la superficie del transistor mediante un procedimiento llamado galvanoplastia para crear una capa de cobre sobre el aislante. Finalmente, solo quedan tres depósitos de cobre en los orificios de la capa aislante después de limpiar el exceso de cobre.

FASE 8: Interconexiones

Los microchips que alimentan nuestros dispositivos tecnológicos comprenden muchas capas de interconexiones, cada una de unos pocos átomos de espesor. Las interconexiones están hechas de alambres metálicos que conectan diferentes tipos de componentes eléctricos. Cada cable tiene una función específica, diseñada para ser compatible entre sí, y cuando todos los transistores están interconectados, el chip puede ya realizar operaciones similares a las de un procesador.

FASE 9: Troquelado

Las oblea se cortan en pequeños cuadrados, llamados dados. Cada dado contiene millones de transistores. Luego, los troqueles se prueban y se cortan en microchips individuales. Luego, los microchips se empaquetan y se envían a los fabricantes informáticos.

FASE 10: Embalaje

El embalaje de los troqueles incluye un sustrato y un disipador de calor, y toman la forma reconocible de una CPU de escritorio. El disipador de calor transfiere el calor del silicio al disipador colocado encima de él. Después de eso, los procesadores se prueban en términos de uso de energía, frecuencia máxima y otros indicadores de rendimiento.

Resumen

Por tanto, los microchips se crean superponiendo patrones interconectados en una oblea de silicio. Desde el diseño hasta la producción en masa, el proceso de fabricación del microchip contiene cientos de procesos y puede demorar hasta cuatro meses.

Los transistores funcionan como pequeños interruptores eléctricos en el microchip que pueden encender o apagar una corriente. Se forma un entramado de múltiples capas de formas conectadas en la oblea de silicio para crear el patrón de interruptores microscópicos.

El silicio y el metal son los dos componentes principales de cada micro. Un procesador se compone de numerosos transistores que se encuentran en cada microchip. En un solo microchip, puede haber decenas de millones de transistores.