Mengintip Pembuatan Processor [PIC]

Pasir, seperempat bagiannya terbentuk dari silikon, yakni unsur kimia yang paling berlimpah di muka bumi ini setelah oksigen. Pasir (terutama quartz), mempunyai persentase silikon yang tinggi di dalam bentuk Silicon Dioxide (SiO2) dan pasir merupakan bahan pokok untuk memproduksi semiconductor. 

Setelah memperoleh mentahan dari pasir dan memisahkan silikonnya, materiil yang kelebihan dibuang. Lalu, silikon dimurnikan secara bertahap hingga mencapai kualitas ‘semiconductor manufacturing quality’, atau biasa disebut ‘electronic grade silicon’. Pemurnian ini menghasilkan sesuatu yang sangat dahsyat dimana ‘electronic grade silicon’ hanya boleh memiliki satu ‘alien atom’ di tiap satu milyar atom silikon. Setelah tahap pemurnian silikon selesai, silikon memasuki fase peleburan. Dari gambar di atas, kita bisa melihat bagaimana kristal yang berukuran besar muncul dari silikon yang dileburkan. Hasilnya adalah kristal tunggal yang disebut ‘Ingot’.

Kristal tunggal ‘Ingot’ ini terbentuk dari ‘electronic grade silicon’. Besar satu buah ‘Ingot’ kira-kira 100 Kilogram atau 220 pounds, dan memiliki tingkat kemurnian silikon hingga 99,9999 persen.

Setelah itu, ‘Ingot’ memasuki tahap pengirisan. ‘Ingot’ di iris tipis hingga menghasilkan ‘silicon discs’, yang disebut dengan ‘Wafers’. Beberapa ‘Ingot’ dapat berdiri hingga 5 kaki. ‘Ingot’ juga memiliki ukuran diameter yang berbeda tergantung seberapa besar ukuran ‘Wafers’ yang diperlukan. CPU jaman sekarang biasanya membutuhkan ‘Wafers’ dengan ukuran 300 mm.

Setelah diiris, ‘Wafers’ dipoles hingga benar-benar mulus sempurna, permukaannya menjadi seperti cermin yang sangat-sangat halus. Kenyataannya, Intel tidak memproduksi sendiri ‘Ingots’ dan ‘Wafers’, melainkan Intel membelinya dari perusahaan ‘third-party’. Processor Intel dengan teknologi 45nm, menggunakan ‘Wafers’ dengan ukuran 300mm (12 inch), sedangkan saat pertama kali Intel membuat Chip, Intel menggunakan ‘Wafers’ dengan ukuran 50mm (2 inch).

Cairan biru seperti yang terlihat pada gambar di atas, adalah ‘Photo Resist’ seperti yang digunakan pada ‘Film’ pada fotografi. ‘Wafers’ diputar dalam tahap ini supaya lapisannya dapat merata halus dan tipis.

Di dalam fase ini, ‘Photo Resist’ disinari cahaya ‘Ultra Violet’. Reaksi kimia yang terjadi dalam proses ini mirip dengan ‘Film’ kamera yang terjadi pada saat kita menekan shutter (Jepret!).
Daerah paling kuat atau tahan di ‘Wafer’ menjadi fleksibel dan rapuh akibat efek dari sinar ‘Ultra Violet’. Pencahayaan menjadi berhasil dengan menggunakan pelindung yang berfungsi seperti stensil. Saat disinari sinar ‘Ultra Violet’, lapisan pelindung membuat pola sirkuit. Di dalam pembuatan Processor, sangat penting dan utama untuk mengulangi proses ini berulang-ulang hingga lapisan-lapisannya berada di atas lapisan bawahnya, begitu seterusnya.
Lensa di tengah berfungsi untuk mengecilkan cahaya menjadi sebuah fokus yang berukuran kecil.


Dari gambar di atas, kita dapat gambaran bagaimana jika satu buah ‘Transistor’ kita lihat dengan mata telanjang. Transistor berfungsi seperti saklar, mengendalikan aliran arus listrik di dalam ‘Chip’ komputer. Peneliti Intel telah mengembangkan transistor menjadi sangat kecil sehingga sekitar 30 juta ‘Transistor’ dapat menancap di ujung ‘Pin’.

Setelah disinari sinar ‘Ultra Violet’, bidang ‘Photo Resist’ benar-benar hancur lebur. Gambar di atas menampakan pola ‘Photo Resist’ yang tercipta dari lapisan pelindung. Pola ini merupakan awal dari ‘transistors’, ‘interconnects’, dan hal yang berhubungan dengan listrik berawal dari sini.

Meskipun bidangnya hancur, lapisan ‘Photo Resist’ masih melindungi materiil ‘Wafer’ sehingga tidak akan tersketsa. Bagian yang tidak terlindungi akan disketsa dengan bahan kimia.

Setelah tersketsa, lapisan ‘Photo Resist’ diangkat dan bentuk yang diinginkan menjadi tampak.

‘Photo Resist’ kembali digunakan dan disinari dengan sinar ‘Ultra Violet’. ‘Photo Resist’ yang tersinari kemudian dicuci dahulu sebelum melangkah ke tahap selanjutnya, proses pencucian ini dinamakan ‘Ion Doping’, proses dimana partikel ion ditabrakan ke ‘Wafer’, sehingga sifat kimia silikon dirubah, agar CPU dapat mengkontrol arus listrik.

Melalui proses yang dinamakan ‘Ion Implantation’ (bagian dari proses Ion Doping) daerah silikon pada ‘Wafers’ ditembak oleh ion. Ion ditanamkan di silikon supaya merubah daya antar silikon dengan listrik. Ion didorong ke permukaan ‘Wafer’ dengan kecepatan tinggi. Medan listrik melajukan ion dengan kecepatan lebih dari 300,000 Km/jam (sekitar 185,000 mph)

Setelah ion ditanamkan, ‘Photo Resist’ diangkat, dan materiil yang bewarna hijau pada gambar sekarang sudah tertanam ‘Alien Atoms’

Transistor ini sudah hampir selesai. Tiga lubang telah tersketsa di lapisan isolasi (warna ungu kemerahan) yang berada di atas transistor. Tiga lubang ini akan diisi dengan tembaga, yang berfungsi untuk menghubungkan transistor ini dengan transistor lain.

‘Wafers’ memasuki tahap ‘copper sulphate solution’ pada tingkat ini. Ion tembaga disimpan ke dalam transistor melalui proses yang dinamakan ‘Electroplating’. Ion tembaga berjalan dari terminal positif (anode) menuju terminal negatif (cathode).

Ion tembaga telah menjadi lapisan tipis di permukaan ‘Wafers’.

Materiil yang kelebihan dihaluskan, meninggalkan lapisan tembaga yang sangat tipis.

Nah udah mulai ribet. Banyak lapisan logam dibuat untuk saling menghubungkan bermacam-macam transistors. Bagaimana rangkaian hubungan ini disambungkan, itu ditentukan oleh teknik arsitektur dan desain tim yang mengembangkan kemampuan masing-masing processor. Dimana chip komputer terlihat sangat datar, sebenarnya memiliki lebih dari 20 lapisan untuk membuat sirkuit yang kompleks. Jika kamu melihat dengan kaca pembesar, kamu akan melihat jaringan bentuk sirkuit yang rumit, dan transistors yang terlihat futuristik, ‘Multi-Layered Highway System’.

Ini hanya contoh super kecil dari ‘Wafer’ yang akan melalui tahap test kemampuan pertama. Di tahapan ini, sebuah pola test dikirimkan ke tiap-tiap chip, lalu respon dari chip akan dimonitor dan dibandingkan dengan ‘The Right Answer’.

Setelah hasil test menunjukan bahwa ‘Wafer’ lulus, ‘Wafer’ dipotong menjadi sebuah bagian yang disebut ‘Dies’. Coba juragan lihat, proses yang bener-bener ribet tadi ternyata hasilnya kecil doank. Pada gambar paling kiri itu ada 6 kelompok ‘Wafer’, pada gambar kanannya udah berapa ‘Wafer’ tuh !?!? 

‘Dies’ yang lulus test, akan diikutkan ke tahap selanjutnya yaitu ‘Packaging’. ‘Dies’ yang tidak lulus, dibuang dengan percumanya T_T. Ada hal yang lucu beberapa tahun lalu, Intel membuat kunci dari ‘Dies’ yang tidak lulus ini 

Ini adalah gambar satu ‘Die’, yang tadinya dipotong pada proses sebelumnya. ‘Die’ pada gambar ini adalah ‘Die’ dari Intel Core i7 Processor.
 

Lapisan bawah, ‘Die’, dan ‘Heatspreader’ dipasang bersama untuk membentuk ‘Processor’. Lapisan hijau yang bawah, digunakan untuk membentuk listrik dan ‘Mechanical Interface’ untuk Processor supaya dapat berinteraksi dengan sistem PC. ‘Heatspreader’ adalah ‘Thermal Interface’ dimana solusi pendinginan diterapkan, sehingga Processor dapat tetap dingin dalam beroperasi.

Spoiler for PIC: 

‘Microprocessor’ adalah produk terkompleks di dunia ini. Faktanya, untuk membuatnya memerlukan ratusan tahap dan yang kita uraikan sebelumnya hanyalah yang penting saja.

Spoiler for PIC: 

Selama tes terakhir untuk Processor, Processor di tes karakteristiknya, seperti penggunaan daya dan frekwensi maksimumnya.

Spoiler for PIC: 

[/qoute]Berdasarkan hasil test sebelumnya, Processor dikelompokan dengan Processor yang memiliki kemampuan sama. Proses ini dinamakan dengan ‘Binning’, ‘Binning’ ditentukan dari frekwensi maksimum Processor, kemudian tumpukan Processor dibagi dan dijual sesuai dengan spesifikasi stabilnya.
Prosessor yang sudah dikemas dan dites, pergi menuju pabrik (misalnya dipake Toshiba buat laptopnya) atau dijual eceran

Spoiler for inilah jadinya gan: