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Come produciamo una memoria

Ti sei mai chiesto come viene prodotta unamemoria? Ecco il dietro le quinte del processo di produzione di una memoria di alta qualità.

I. Dal silicio al wafer finito

I chip di memoria sono circuiti integrati con diversi transistori, resistenze e condensatori che devono essere formati su ogni chip. Questi circuiti integrati iniziano sotto forma di silicio, che di solito è estratto dalla sabbia. Trasformare il silicio in un chip di memoria è una procedura meticolosa e impegnativa che coinvolge ingegneri, chimici e fisici.

La memoria è prodotta in un grande laboratorio, che contiene ambienti decontaminati. I chip di memoria sono prodotti in ambienti non contaminati in quanto i circuiti sono così piccoli che le particelle di polvere, anche piccolissime, possono danneggiarli. L'impianto principale di Micron a Boise si estende per oltre 150.000 metri quadrati e dispone di ambienti decontaminati di classe 1 e classe 10. In un ambiente di classe 1 non vi sono più di 3 particelle di polvere per ogni metro cubo di aria. Per fare un confronto, un ospedale moderno ha circa 30.000 particelle di polvere per metro cubo d'aria. L'aria all'interno viene filtrata e fatta circolare continuamente. I membri del team di produzione indossano cuffie, abiti e maschere speciali che aiutano a mantenere l'aria priva di particelle.

Fase 1: Lingotti di silicio
La prima fase del passaggio dal silicio al circuito integrato consiste nella creazione di un singolo cristallo puro a forma di cilindro, o lingotto, di silicio, che misura da 15 a 20 cm di diametro. Una volta formati, i lingotti di silicio vengono tagliati in sottili wafer lucidati che misurano 15 o 30 cm di diametro e meno di 1 cm di spessore. Gli elementi del circuito del chip (transistori, resistenze e condensatori) vengono quindi costruiti a strati sul wafer di silicio. I circuiti vengono sviluppati, sottoposti a test di simulazione e perfezionati su sistemi computerizzati prima di essere concretamente realizzati. Quando il progetto è completo, vengono realizzate le fotomaschere, una maschera per ogni strato del circuito. Le fotomaschere sono lastre opache con fori o trasparenze che permettono alla luce di penetrare seguendo modelli ben definiti. Le maschere sono essenziali per la fase successiva del processo di produzione: la fotolitografia.

Fase 2: Fotolitografia
In ambiente sterile, i wafer sono esposti a un processo di fotolitografia multifase che viene ripetuto una volta per ciascuna maschera richiesta dal circuito. Le maschere sono utilizzate per (a) definire le diverse parti di un transistore, condensatore, resistore, o connettore che andranno a completare il circuito integrato, e (b) definire il modello di circuito per ogni strato su cui è fabbricato il dispositivo.

All'inizio del processo di produzione, i wafer di silicio nudi sono ricoperti con uno strato sottile di vetro, seguito da uno strato di nitruro. Lo strato di vetro si forma esponendo il wafer di silicio all'ossigeno, a temperature di 900 gradi Celsius per un'ora o più, a seconda di come dev'essere lo spessore dello strato. Il vetro (biossido di silicio) si forma quando il materiale di silicio nel wafer è esposto all'ossigeno. A temperature elevate, questa reazione chimica (chiamata ossidazione) avviene a una velocità molto alta.

Fase 3: Fotoresist
Successivamente, il wafer viene rivestito con un liquido denso fotosensibile chiamato fotoresist. Alcune porzioni del wafer sono selezionate per l'esposizione allineando accuratamente una maschera tra una sorgente di luce ultravioletta e il wafer. Nelle zone trasparenti della maschera, la luce penetra ed espone il fotoresist.

Quando è esposto alla luce ultravioletta, il fotoresist subisce una trasformazione chimica che permette a un agente di rimuovere il foresist esposto e lasciare una porzione non esposta sul wafer. Il processo di fotolitografia/fotoresist viene ripetuto per ogni maschera richiesta dal circuito.

Fase 4: Incisione
Nella fase di incisione, il wafer è posto a contatto con acido liquido o con gas secco di plasma per rimuovere la porzione dello strato di nitruro non protetta dal fotoresist indurito. Questo crea un modello di nitruro sul wafer che ha la stessa forma della maschera. Quando il fotoresist indurito viene rimosso (pulito) con un'altra sostanza chimica, centinaia di chip di memoria possono essere incisi sul wafer.

II. Stratificazione del wafer e completamento del circuito

Nella prima parte del processo di produzione, tutti gli elementi del circuito erano stati costruiti durante le operazioni iniziali relative alla maschera. Le prossime fasi collegano questi elementi tramite la creazione di un insieme di strati.

Fase 5: Stratificazione dell'alluminio
Per iniziare a collegare gli elementi circuitali, uno strato isolante di vetro (chiamato BPSG) viene depositato sul wafer e una maschera di contatto viene utilizzata per definire i punti di contatto (o finestre) di ciascuno degli elementi del circuito. Dopo che le finestre di contatto sono state incise, l'intero wafer viene ricoperto con un sottile strato di alluminio in una camera di sputtering. Quando una maschera metallica viene applicata allo strato di alluminio, si forma una rete di collegamenti metallici sottili, o fili, che creano un percorso per il circuito.

Fase 6: Strato di passivazione
L'intero wafer viene poi ricoperto con uno strato isolante di vetro e nitruro di silicio per proteggerlo dalla contaminazione durante il montaggio. Questo rivestimento protettivo è chiamato strato di passivazione. Seguono un'ultima maschera e un'ultima procedura di incisione rimuovendo il materiale di passivazione dai terminali, che sono chiamati piazzole di connessione. Le piazzole di connessione finalmente libere sono utilizzate per collegare elettricamente la matrice ai perni metallici sulla confezione in plastica o ceramica e il circuito integrato è ora completo.

Prima che il wafer venga assemblato alla matrice, ogni circuito integrato sul wafer viene testato. I chip funzionanti e quelli non funzionanti sono identificati e mappati in un file di dati sul computer. Una sega diamantata taglia poi il wafer in singoli chip. I chip non funzionanti vengono scartati, mentre i restanti sono pronti per essere assemblati. Questi chip individuali sono indicati come matrice.

Prima che le matrici siano incapsulate, sono montate su telai portanti dove sottili fili d'oro collegano le piazzole di connessione del chip ai telai stessi, per creare un percorso elettrico tra la matrice e i punti di saldatura.

III. Preparazione e collaudo della matrice

Nella seconda parte del processo di fabbricazione, il circuito integrato è stato creato e il wafer finito è stato tagliato in diverse matrici. Le fasi successive preparano la matrice all'utilizzo sui moduli finiti.

Fase 7: Incapsulamento
Durante l'incapsulamento, i telai portanti sono posizionati sulle piastre dello stampo e riscaldati. Il materiale plastico fuso viene premuto attorno ad ogni matrice per formare il suo pacchetto individuale. Lo stampo viene aperto e i telai portanti vengono premuti e puliti.

Fase 8: Galvanostegia
La galvanostegia è il processo successivo in cui i telai portanti incapsulati "si caricano" mentre sono immersi in una soluzione di stagno e piombo. Qui, gli ioni di stagno e piombo sono attratti dal telaio portante caricato elettricamente che crea un deposito uniforme placcato, aumentando la conducibilità della matrice e fornendo una superficie pulita in modo che la matrice possa essere montata.

Fase 9: Taglio e forma
Nella fase di taglio e forma, i telai portanti vengono caricati su macchine di taglio e forma, dove sono formati i collegamenti elettrici e i chip sono poi staccati dai telai. I chip individuali vengono poi messi all'interno di tubi antistatici per la movimentazione e il trasporto sull'area di prova per il collaudo finale.

Fase 10: Burn-in test
Nella fase di burn-in test, ogni chip viene testato per verificarne le prestazioni in condizioni di stress accelerato. Il burn-in test è un componente critico per garantire l'affidabilità del modulo. Testando i moduli in condizioni di stress accelerato, siamo in grado di individuare i pochi moduli in ogni lotto che si romperanno dopo un breve utilizzo. Per condurre i burn-in test, usiamo forni AMBYX leader nel settore che i nostri ingegneri hanno sviluppato specificamente per i burn-in test. Dopo che i chip di memoria superano i burn-in test, vengono ispezionati, sigillati e sono pronti per essere assemblati.

Fase 11: Assemblaggio e costruzione della PCB
Dopo che i chip di memoria sono stati realizzati, hanno bisogno di un modo per essere collegati alla scheda madre del computer. La scheda a circuito stampato (PCB) risolve questo problema, fornendo un modo per collegare il chip alla scheda madre del sistema. Per fare questo, i chip sono montati sulla scheda a circuito stampato (PCB) e il prodotto finale è un modulo di memoria finito.

Le PCB sono costruite in insiemi, o fogli, che si compongono di più schede identiche. Dopo l'assemblaggio, l'insieme viene separato in singoli moduli, in un modo simile a quello in cui una barretta di cioccolato può essere suddivisa in tanti quadretti più piccoli. Variando il numero totale di PCB in ogni insieme in base alla dimensione, Micron massimizza il numero di moduli composti da una data quantità di materie prime.

IV. Assemblaggio dei moduli

Nella terza parte del processo di fabbricazione, la matrice e la PCB sono state preparate per l'assemblaggio del modulo finale. Le fasi finali riguardano il processo di assemblaggio dei moduli.

Fase 12: Stampa serigrafica
Dopo che il progetto del modulo è stato perfezionato e le PCB sono state prodotte, l'assemblaggio del modulo di memoria ha inizio. L'assemblaggio comporta una procedura complessa per saldare i chip di memoria sulla PCB. Questo ha inizio con la stampa serigrafica.

Nella stampa serigrafica, uno stencil è utilizzato per applicare la pasta saldante sulla PCB finita. La pasta saldante è una sostanza appiccicosa che blocca i chip sulla PCB. L'uso dello stencil garantisce che la pasta saldante faccia presa solo quando i componenti (chip) si legano. I punti di saldatura sono facili da trovare grazie ai fiduciali, che sono i segni sulla PCB che determinano dove i chip devono essere posti.

Una volta che la pasta saldante è stata applicata, le macchine di assemblaggio automatizzato "pick and place" scansionano i fiduciali per determinare dove posizionare i chip sulla PCB. Le macchine pick and place sono programmate per sapere quali chip vanno collocati e dove, per cui, quando una macchina preleva un chip da un alimentatore e lo posiziona sulla PCB, sa esattamente dove si trova il chip. Il processo di inserimento dei chip è ripetuto per tutti i chip rimanenti e per tutti gli altri componenti del modulo. Di tutti i passaggi legati alla produzione di memoria, questo è il più veloce: i chip sono posizionati sulla PCB finita nel giro di pochi secondi!

Fase 13: Saldatura e attaccamento
Successivamente, le schede e i chip assemblati passano attraverso un forno. Il calore liquefa la pasta di saldatura. Quando la saldatura si raffredda, si solidifica, lasciando un legame permanente tra i chip di memoria e la PCB. La tensione superficiale della lega fusa impedisce ai chip di disallinearsi durante questo processo. Dopo che i chip sono attaccati, l'insieme è separato in singoli moduli. I membri del team di Micron ispezionano visivamente ciascun modulo. Molti moduli sono sottoposti a ulteriori controlli anche utilizzando macchine a raggi X automatizzate, per garantire che tutti i giunti siano stati saldati correttamente. Tutti i moduli di memoria Micron sono conformi ai criteri di accettazione IPC-A-610, lo standard riconosciuto a livello mondiale.

Fase 14: Test di qualità dei componenti
Micron collauda ed etichetta i moduli. Usiamo attrezzature su misura per testare automaticamente prestazioni e funzionalità. Ciò elimina qualsiasi possibilità che un operatore posizioni erroneamente un modulo guasto in una posizione di passaggio. Alcuni moduli sono programmati con una "Dog Tag" di identificazione che il PC riconoscerà e leggerà.

Fase 15: Spedizione
Prima di essere inviata ai produttori di computer e ai consumatori, una quantità significativa dei moduli finiti è scelta a caso per un controllo finale di qualità. Una volta che i moduli sono omologati per l'uso, sono posti in vaschette e in sacchetti di plastica antistatici e sono poi pronti alla consegna. Dopo un ampio processo di produzione, la memoria è pronta per l'uso. È stata rigorosamente testata e approvata!

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