Mikroschema

Štai šitaip atrodo nauji silicio vafliai. Jie atrodo panašiai, kaip metaliniai, tačiau daug tamsesni, nes silicis nėra tikras metalas, jis gan laidus elektrai, o jau todėl pasižymi daug silpnesniu šviesos atspindėjimu. Taigi, grynas silicis būna panašus į metalą, tamsų.

Atspausdinti vafliai - tai daug daug mikroschemų ant vienos silicio plokštės. Paprastai tos mikroschemos dar ir smarkiai blizga visokiomis spalvomis - taip būna dėl to, kad daugelis atspausdintų elementų savo dydžiu yra artimi matomos šviesos bangų ilgiui, todėl kyla stipri interferencija ir su ja susijęs spalvų kaitaliojimas.

Supjaustytos mikroschemos būna sukišamos dažniausiai į kampuotus plastmasinius korpusus, neskirtus ardymui. Bet yra firmų, kurios paskui išpjauna tas mikrsochemas, kad kiti gamintojai galėtų kaip nors nusikopijuoti. Visaip būna.

Mikroschema - tai tokia elektroninė schema, kuri yra itin miniatiūrizuota ir sudėta į vieną hermetišką korpusą su išvadais. Nors egzistuoja įvairūs mikroschemų tipai, įskaitant ir labai artimas įprastoms elektroninėms schemoms, kurios tiesiog miniatiūrizuotos (t.y., hibridinės mikroschemos), dažniausiai visgi pasitaiko puslaidininkės mikroschemos, kurios daromos planariniu spausdinimo-ėsdinimo būdu.

Paprastai mikroschemos gaminamos iš silicio, nors yra buvę bandymų gaminti jas ir iš kitų puslaidininkių, tokių, kaip selenas, germanis, galio arsenidas ar panašiai.

Mikroschemos - esminis šių laikų pasiekimas. Jei ne jos, tai procesoriai būtų milžiniški, o jokie mikrokompiuteriai bendrai ir jokie asmeniniai kompiuteriai konkrečiai matyt paprasčiausiai neegzistuotų.

Kai kurie naujųjų laikų kalbainiai, nieko bendro neturintys su elektronine technika, kartais sako dar tokį žodį "lustas", bet čia mes nesame tikri, ką jie tuo žodžiu nori pasakyti, nes tuo žodžiu jie vadina ką papuola - tai šiaip mikroschemas, tai ištisas spausdintines plokštes (pvz, RAM DIMM), tai mikrokontrolerius, tai procesorius, tai mikroschemų rinkinius, tai kokias nors reles, tai išvis neaišku ką. Ir tai natūralu, nes kai pavadinimus daiktams galvoja žmonės, kurie tų daiktų nesupranta, tai sugalvoja jie kliedesius.

Taigi, mes čia nerekomenduojame mikroschemų vadinti lustais, nes jei taip vadinsite, tai visi žinos, kad jūs lameris.

Įprasčiausiose mikroschemose pagrindiniai elementai yra padaromi ant silicio plokštelės, kuri padengta plonu silicio oksido sluoksniu. Įprastu atveju, ant vienos silicio plokštelės vienu kartu atspausdinama nuo kelių iki kelių šimtų ar netgi tūkstančių mikroschemų. Kadangi tos mikroschemos būna kvadratinės, o plokštelė apvali, tai plokštelė su atspausdintomis mikroschemomis būna panaši į vaflį, tai todėl taip ir vadinama - vafliu (waffer).

Klasikinis mikroschemų gamybos procesas yra toks:

• Išauginamas cilindrinis supergryno silicio monokristalas
• Iš monokristalo išpjaunama plona itin gryno silicio plokštelė - vaflis
• Plokštelė paveikiama gana aukšta temperatūra ir deguonimi, kad ant jos paviršiaus susidarytų silicio dioksido (izoliatoriaus) sluoksnis
• Ant tokios plokštelės atspausdinamas apsauginis piešinys su skylutėmis, kurių vietoje bus puslaidininkiai elementai
• Plokštelė ėsdinama fluoro vandenilio rūgštimi, kuri neapsaugotose vietose nutirpdo silicio oksidą
• Tada visa schema plaunama ir džiovinama
• Tada schema padengiama boro, fosforo ar arseno organiniais junginiais - per silicio oksido sluoksnyje esančias skylutes jie kontaktuoja su siliciu
• Tada schema kaitinama ir boro, fosforo ar arseno organikos išsiskyrę boro, fosforo ar arseno atomai įsiskverbia į silicį, sudarydami puslaidininkes zonas
• Tada schema vėl plaunama
• Tada schema padengiama metalo (paprastai aliuminio) sluoksneliu, paprastai taikant vakuuminį užgarinimą
• Tada ant schemos atspausdinamas antras apsauginis piešinys, kuris vaizduoja laidninkus
• Tada nuo schemos nuėsdinamas aliuminio sluoksnis ten, kur piešinys neatspausdintas
• Tada schema vėl plaunama
• Tada schema pjaustoma į tinkamus gabalus, kurių kiekvienas yra savarankiška mikroschema
• Kiekvienas gabalas įra dedamas į korpusą su kojelėmis
• Kiekvieno korpuso kojelės prilituojamos prie mikroschemos
• Korpusas sandariai uždaromas ir užvirinamas

Savaime aišku, naujais laikais yra prigralvota daug kitų gana panašių mikroschemų gamybos procesų, kurie įvairiomis detalėmis skiriasi, yra kuo nors geresni, tai čia šituo mūsų aprašytu per daug remtis nereikia. Jis tiesiog toksai pavyzdinis, skirtas tam, kad būtų įsivaizdavimo, kaip išvis tos mikroschemos būna spausdinamos.

Nors didžiausia dalis procesų - tai spausdinimas, ėsdinimas ir plovimas, pats svarbiausias gamybos momentas yra visgi kaitinimas, kai mikroschema kaitinama kartu su organiniais boro, fosforo, galio, arseno ar dar kokiais panašiais junginiais. Kaitinimo metu organinės medžiagos suyra, o boro, fosforo, arseno, galio ar kitos priemaišos įsiskverbia į silicį, sudarydamos puslaidininkes zonas - būsimus diodus ir tranzistorius.

Mikroschemų korpusai dažniausiai būna kampuoti, plastmasiniai, bet ne visada. Būna ir keramikinių korpusų, ir metalinių, ir apvalių, ir trikampių, kokių tik nori. Pagal poreikį. Tiesiog kampuoti plastmasiniai korpusai pasitaiko dažniausiai. Itin dažnai tie korpusai būna arba pailgi su dviem išvadų eilėm, arba kvadratiniai su keturiom išvadų eilėm.

Čia verta atkreipti dėmesį, kad mikroschemų gamyboje yra naudojama nemažai kraštutinai ėdrių medžiagų, kurios būtų pajėgios tirpinti silicio ar aliuminio oksidus, o taip pat naudojami ir organiniai boro, fosforo, arseno, rečiau galio ar kitų elementų junginiai, pasižymintys nepaprastai dideliu toksiškumu. Taigi, senesniais laikais ir ypač SSRS mikroschemų gamyklos pasižymėdavo kraštutinai bjauria tarša - teršalų lyg ir nedaug, gamybinės zonos atrodo labai švarios, tačiau medžiagos - neįtikėtino toksiškumo.

Dar nedaugelis žino, bet Lietuvoje pora gamyklų sovietmečiu gamino mikroschemas - tai tokia Venta, buvusi Vilniuje ir jos filialas Šiauliuose, žinomas kaip Nuklonas.