Bir e-posta göndermek, bir web sitesinde gezmek, internet üzerinden video izlemek, oyun oynamak, ses ve görüntü dosyalarını işlemek ve sıkıştırmak gibi şeyler yapmak istiyorsanız bir bilgisayara ihtiyacınız var.
Bir bilgisayarın çalışması için ise, yukarıda saydığımız tüm işlemlerin ardında yatan yazılımsal hesaplamaları saniyeler içinde gerçekleştirebilecek bir işlemciye ihtiyaç var. (İşlemciler Nasıl Üretilir?)
Basitmiş gibi gözüken bu işlemleri yapan işlemcilerin üretiminde ise çok ileri bir teknoloji yatıyor.
Yonga üretimi çok yüksek teknooji gerektiriyor
Yüksek Teknoloji Üretim
Bir işlemcinin üretim sürecini sizlere daha önce grafikler üzerinden anlatmıştık. Şimdi ise sizleri işlemcilerin üretildiği tesislerden birine götürüyoruz.
İşlemci üretiminde kullanılan ileri teknoloji cihazların bir numaralı markası olan Applied Materials’ın ABD, Santa Clara’da bulunan Maydan Teknoloji Merkezi’nde yonga üretimi için nasıl bir süreç işliyor, ilerleyen sayfalarda beraber görelim.
{pagebreak::Temiz Oda}
Temiz Oda
İşlemci üretiminde kullanılan silikon yonga plakaları, çok düşük basınçlı odalarda, yoğun mor ötesi ışıkta ve çok çeşitli kimyasal maddelerde işleniyorlar.
Bu ortamlar insan sağlığı için hiç de uygun olmadığından, tüm üretim işlemi tamamen kapalı makinelerde robot kollar tarafından gerçekleştiriliyor.
Temiz odalara verilen hava özel filtrelerden geçiyor
Toz Zerresi Bile Girmemeli
Bu yüksek teknolojili makineler dışarıdan gelebilecek en ufak bir etkiden bile korunabilmek için özel tasarlanmış ve filtrelenmiş hava verilen “temiz odalarda” bulunurlar.
Bu odalarda çalışan görevliler, her yerlerini kapatan özel kıyafetler giymek zorundalar.
Nanometre boyutlarındaki transistorlar üzerinde çalışıldığı için, saç telinin ucu kadar küçük bir toz zerreciği bile tanesi 500 $’dan satılan bir işlemciyi mahvedebiliyor.
Bu ihtimali minimuma indirmek de ancak “temiz odalar” sayesinde olabiliyor.
{pagebreak::Litografi}
Litografi
Yonga üretimindeki en kilit işlem litografidir. Silikon yonga plakalarının belli bölgelerine mor ötesi ışınlara dayanıklı maddeler yerleştirip, daha sonra plakanın mor ötesi ışına tabi tutulmasına ve geriye belli bir desenin kalması işlemine litografi adı veriliyor.
Litografi ile maske adı verilen şablonlar oluşturuluyor
Karmaşık Bağlantılar
Bu işlemden sonra geriye kalan ışına dayanıklı madde özel kimyasallarla çözüldükten sonra geride kalan desene bakır, alüminyum gibi maddeler yerleştiriliyor.
Bu maddeler, işlemcilerin kullandığı karmaşık bağlantı sistemlerini oluşturmak için kullanılıyorlar.
{pagebreak::Endura ve Tetra III}
Endura ve Tetra III
Bir silikon plakası, üretim sürecinin içinde yaklaşık 250 farklı adımdan geçiyor. Bu aşamaların arasında farklı maddelerle yapılan kaplamalardan, litografiye kadar çok çeşitli süreçler bulunuyor.
Sağ taraftaki Endura adlı makine silikon plakaların üzerindeki metal ve metal alaşımlarını biriktirmek için kullanılıyor. Son 20 yılda üretilen işlemcilerin çok büyük bir kısmının Enduro’nun elinden geçtiği belirtiliyor.
Tetra III ve Enduro’nun birçok işlemcide imzası var
Ar-Ge Yatırımları
Sol taraftaki Tetra III ise ışına duyarlı maskelerin üzerindeki desenleri çizen bir makine. Bu makine de 45 nm süreci ile üretilen neredeyse tüm işlemciler için kullanılmış.
Applied Materials, uzun süredir aynı makineleri kullanıyormuş gibi dursa da bu makineler sürekli bir gelişim halindeler. Şirket 2009 yılında, tüm gelirinin %20′sini, yani 934 milyon $’ı sadece araştırma ve geliştirme için harcamış.
{pagebreak::Sarı Işık}
Sarı Işık
Üretimin en önemli aşaması olan litografi için kullanılan odada, diğer odalardan daha farklı önlemler bulunuyor.
Işına duyarlı maskeler için kullanılan mor ötesi ışınların etkilenmemesi için odadaki ışıklandırma bile farklı.
Litografi odasında sarı ışık kullanılıyor
Mor Ötesine Karışmıyor
Odanın ışıklandırmasında, mor ötesi ışınlarla karışmayan sarı ışık tercih ediliyor. Böylece oluşabilecek en ufak bir sapmanın bile önüne geçilmesi hedefleniyor.
{pagebreak::Düşük Basınç Odası}
Düşük Basınç Odası
Endura adlı makinenin iç kısmında, silikon plakaların bulunduğu bölgede çok düşük basınçlarla vakum oluşturuluyor.
Sağ tarafta göze çarpabilecek olan gümüş renkli borular makinenin içindeki basıncı 0,000000000001 atmosfere kadar düşürmek için kullanılıyor.
Enduro içindeki basınç çok düşük seviyelere getiriliyor
Uzay Mekiğinden Daha Düşük
Yaklaşık 200 km yükseklikte, dünya yörüngesindeki bir uzay mekiğinin içindeki basıncın bundan 100 kat daha fazla olduğunu söylersek, Enduro’nun içindeki basıncın ne kadar az olduğu anlaşılabilir.
{pagebreak::Metal Giremez}
Metal Giremez
Centuro adlı bu makine silikon plakaların üzerindeki bakır devreleri oluşturmadan önceki aşama için kullanılıyor. Bu makinenin üzerinde “Metal Kullanılmayan Araç” yazan bir tabela bulunuyor.
Bu makinenin içine metal girmemeli
Bakırı Ayrı Tutmak Gerek
Bakırın metal kullanılmayan aşamalara bulaşıp da üretim sürecini aksatmasını engellemek için, bakır eklemek için kullanılan makineler ayrı tutuluyor.
Centuro’nun yanında bulunan gümüş renkli metal tüp biçimli bölüm ise yığınlar içinden silikon plakaları çekip makinenin içine vermeye yarıyor.
{pagebreak::FOUP}
FOUP
Son birkaç yıl içerisinde, üzerinde yongalar bulunan silikon plakaların boyutları, üreticilerin bir plaka üzerinde daha fazla yonga olmasını sağlamaları için arttı. Şu an bir standart haline getirilen bir silikon plakanın çapı 30 cm.
Her bir kapta 25 adet silikon plaka bulunuyor
Özel Kaplar
Silikon plakaların daha kolay taşınabilmesi ve kirlenmesinin önlenebilmesi için her biri 25 adet plaka taşıyan FOUP adlı kaplar kullanılıyor.
FOUP’lar yonga plakalarının bir yerden bir yere, kirlenme riski olmadan, götürülmesini büyük ölçüde kolaylaştırıyorlar.
{pagebreak::Raylı Sistem}
Raylı Sistem
Tamamı dolu olan bir FOUP yaklaşık 10 kg ağırlığında olduğundan taşıma için otomatik bir sistem gerekiyor. Applied Materials’ın üretim tesisinin tavanında taşıma için bir raylı sistem bulunuyor.
Her birinde 700 adet FOUP bulunan kapalı özel odalarda bulunan yonga plakaları, gerektiğinde robot kollar tarafından raflardan alınıp taşınabiliyor.
Silikon plakalar özel odalarda saklanıyor
30’dan 45’e Geçiş
Yakın bir gelecekte, 30 cm’lik plakalardan, üzerinde daha çok yonga bulundurabilen 45 cm’lik plakalara geçilmesi planlanıyor.
Ancak üretim tesisindeki tüm makineler 30 cm’lik plakalarla çalışmak için tasarlandığından, her cihazın belli değişiklikler geçirmesi ve büyük bir maliyet altına girilmesi gerekiyor.
{pagebreak::Tek Tek Test}
Tek Tek Test
Bilgisayar yongalarının boyutları tırnağınızın ucu kadar olmasına rağmen üzerinde yüz milyonlarca transistor ve bu transistorları birbirine bağlayan çok küçük bağlantılar barındırıyor.
Bu yongalar, her birinden 200 adet ayrı fakat benzer işlemci çıkan, 30 cm çapındaki silikon plakalar üzerinde üretiliyorlar.
Alınan tüm önlemlere rağmen kirlenme yaşanabileceğinden, üreticiler her bir işlemciyi ve üzerinde bulunan 30 ile 45 nm arasında değişen boyutlara sahip milyonlarca bileşeni tek tek test etmek zorundalar.
Tüm önlemlere rağmen üretimde hatalar olabiliyor
Maliyet ve Kâr
Tüm bu ileri teknoloji işlemleri gerçekleştiren makinelerin milyon dolarlık maliyetleri var. Bu tip makinelerden yüzlercesini gerektiren, tam kapsamlı bir laboratuarın maliyeti ise milyarlarca doları bulabiliyor.
Ancak üreticiler yaptıkları bu yatırımın karşılığını fazlasıyla alıyorlar. 2009 yılında, dünya çapında yapılan yarı iletken satışlarından elde edilen toplam gelir 226 milyar $’dı.
Bu alanda lider olan Intel dünyanın kârlı şirketlerinden biri olma özelliğine sahip.
{pagebreak::Temiz Odada Boş Vakit}
Temiz Odada Boş Vakit
Temiz odada çalışan mühendisler makinelerin çalışmalarını kontrol ve takip etmekle görevliler. Ancak, üretim süreci başlatıldığında geri kalan her şey otomatik olarak işlediği için mühendislerin boş vakitleri de olabiliyor.
Özel kıyafeti giyip çıkarmak çok zahmetli bir iş
Kıyafeti Giyip Çıkarmak
Tecrübesiz birinin, mühendislerin giydiği çok katmanlı özel kıyafeti giymesi 10 dakika sürebiliyor. Tecrübeli çalışanlar ise birkaç dakika içinde bu işi halletse de yine de kıyafeti giyip çıkarmanın sıkıntı verici bir şey olduğu söylenebilir.
Bu sebeple, mühendisler genelde bir kez içeri girdiklerinde uzun bir süre dışarı çıkmayı tercih etmiyorlar.
