- Mengikuti lewat ilustrasi alur lengkap bagaimana bahan baku silikon yang berawal dari batu dan pasir berubah menjadi CPU melalui wafer, fotolitografi, etsa, dan packaging
- Bahan baku dimurnikan dari silikon dioksida berkadar sekitar 98% menjadi silikon dioksida 99,9%, lalu menjadi polisilikon 99,9999999%, kemudian dilelehkan pada 1698 °K dan ditumbuhkan menjadi kristal tunggal
- Silikon kristal tunggal yang diiris tipis menjadi wafer, lalu melalui proses doping serta photoresist dan photomask, pola sirkuit dibentuk di permukaannya
- Struktur chip sebenarnya dibangun dengan mengulang tahapan seperti epitaksi, doping difusi, lapisan interkoneksi tembaga, pemolesan kimia-mekanis, eksposur cahaya, dan etsa asam
- Manufaktur CPU modern jauh lebih kompleks dan komposisi kimia detailnya bersifat proprietary; bahan kimia nyata juga berbahaya, jadi jangan meniru pembuatan sirkuit terpadu di apartemen
Dari Batu ke Silikon Kemurnian Tinggi
- Titik awalnya adalah batu, dan menghancurkannya mengarah ke tahap memperoleh silikon dioksida dengan konsentrasi sekitar 98%
- Silikon dioksida pertama-tama dimurnikan hingga kemurnian 99,9%, lalu dimurnikan lebih lanjut menjadi logam polisilikon dengan kemurnian 99,9999999%
- Ingot polisilikon dimasukkan ke dalam krus dan dipanaskan hingga 1698 °K agar meleleh
- Jangan mencoba melelehkan silikon dengan oven dapur
Pertumbuhan Kristal Tunggal dan Pembuatan Wafer
- Sebuah benih kristal tunggal kecil dicelupkan ke silikon cair, lalu ditarik perlahan saat mendingin untuk membuat kristal tunggal silikon murni
- Untuk topik terkait, lihat Boule) dan Czochralski Method
- Jangan memasukkan tangan ke silikon cair
- Kristal tunggal silikon yang sudah jadi dipotong tipis menjadi wafer silikon
- Wafer yang baru dipotong dapat secara opsional di-doping dengan Boron, Phosphorus, atau dopan lain
- Ada penjelasan bahwa karena unsur Phosphorus tidak dibeli langsung, bayangkan saja menggunakan korek api
Fotolitografi dan Etsa
- Photoresist dioleskan di atas wafer
- Laser dilewatkan melalui masker kuarsa untuk fotolitografi etsa krom yang berisi pola sirkuit yang diinginkan, sehingga pola sirkuit diproyeksikan ke wafer
- Tergantung pada posisi bayangan yang dibuat photomask, photoresist di permukaan wafer berubah secara kimia
- Photoresist positif dan photoresist negatif memiliki cara reaksi yang berbeda
- Setelah itu photoresist dikembangkan, dan bagian wafer yang terekspos di-etsa dengan asam
Pembentukan Struktur Chip dan Packaging
- Untuk membuat struktur yang diinginkan di atas wafer, berbagai proses diulang berkali-kali tanpa henti
- Homoepitaksi, heteroepitaksi, pseudo-epitaksi
- Doping difusi
- Lapisan interkoneksi tembaga
- Pemolesan kimia-mekanis
- Pelapisan photoresist
- Etsa asam
- Eksposur photomask
- Wafer silikon yang sudah selesai dipotong menjadi beberapa bagian dan menjadi die silikon
- Sebelum packaging, pad pada die silikon dicari, lalu bond wire dipasang, atau dapat digunakan metode flip-chip yang dipakai di sebagian besar prosesor modern
- Bond wire atau solder ball menghubungkan secara elektrik pin pada paket chip dengan pad pada die silikon
- Jika ingin melihat lebih jauh bagian dalam CPU Intel nyata, lihat CPUs Are Smaller Than You Think
Kompleksitas Manufaktur Nyata dan Peringatan Keselamatan
- Proses manufaktur CPU modern jauh lebih kompleks dan kurang jelas daripada penjelasan bergambar ini
- Generasi chip baru biasanya mengubah cara struktur dibuat di atas wafer, dan perubahannya tidak hanya berhenti pada penyusutan ukuran fitur
- Banyak teknik umum dan langkah penting dihilangkan, dan detail seperti komposisi atau konsentrasi kimia yang tepat sangat proprietary, sehingga sulit dijelaskan secara terbuka di HackerNews atau Reddit
- Untuk beberapa tahap seperti pengadaan dan pemurnian silikon, biasanya ada lebih dari satu metode yang digunakan
- Kata kunci pencarian untuk belajar lebih lanjut antara lain “Advanced Optics For Photolithography”, “Chemical Deposition Nanofabrication”, dan “Lithographic Metrology”
- Fitur mutakhir berskala nanometer sulit dijangkau oleh pembuat hobi, tetapi pembuatan chip amatir berskala mikron tampaknya cukup memungkinkan
- Ini bukan sesuatu yang dicoba langsung, dan disarankan merujuk ke kanal YouTube Sam Zeloof
- ‘Photoresist’ dan ‘developer’ dalam video adalah properti berwarna, sedangkan bahan kimia sebenarnya umumnya berbahaya
- Pembuatan sirkuit terpadu nyata hanya boleh ditangani dengan peralatan keselamatan yang memadai dan di ruang berventilasi baik atau fume hood; jangan mencoba cara yang sama di apartemen
1 komentar
Komentar Hacker News
Sekarang saya punya satu impian. Mungkin tidak sekeren impian orang lain, tapi ini impian saya
Saya ingin membuat kursus atau rangkaian kursus tentang proses membangun ulang dunia. Sesuatu yang bisa dilakukan pelan-pelan bersama anak-anak
Ini mengingatkan pada buku seperti "The Knowledge" dan materi terkait, tetapi setelah mencoba hal-hal seperti membuat sekstan sendiri untuk mengukur keliling Bumi, saya tidak pernah membayangkan bisa sampai membuat CPU rakitan sendiri yang menjalankan bahasa saya sendiri—namun ternyata tampaknya mungkin
Bisa dimulai dari api, lalu berlanjut ke tata surya, kapur, hingga CPU. Dunia tempat kita hidup memang luar biasa kompleks, tetapi juga dunia yang bisa dibangun ulang
Rasanya terinspirasi oleh kalimat yang ditinggalkan Feynman di papan tulis: “Apa yang tidak bisa saya ciptakan kembali, tidak saya pahami”
http://the-knowledge.org/en-gb/
https://en.wikipedia.org/wiki/The_Knowledge:How_to_Rebuild...
Kanal YouTube Primitive Technology juga layak ditonton
https://en.wikipedia.org/wiki/Primitive_Technology
Saya pernah beberapa kali ikut workshop Marcin, jadi kalau ada yang ingin ditanyakan silakan. CollapseOS juga terkait
Saya juga tertarik dari sudut pandang skenario pemulihan bencana, dan baru saja memulai perjalanan radio amatir; komunitasnya terlihat seperti orang-orang yang ingin membangun ulang komunikasi ketika semuanya gagal
Untuk memulainya, sepertinya prosesnya adalah merekayasa balik tahapan pembuatannya, lalu menyusun pohon dependensi dari sana
Misalnya, panduan membuat CPU bergantung pada penggunaan beberapa bahan kimia, jadi harus dijelaskan bagaimana mendapatkan bahan kimia itu, lalu bagaimana membuat peralatan yang memungkinkan hal tersebut. Pada akhirnya harus turun sampai tahap memperoleh bahan mentah dengan alat dan proses primitif
https://www.howtoinventeverything.com/
Jika tertarik pada optik dan fotolitografi, saya merekomendasikan Huygens Optics di YouTube. Pembuatnya, Jeroen, benar-benar mendalami topik ini
Proses Jeri terasa cukup kasar dibandingkan lab milik Sam
[0] https://www.youtube.com/@HuygensOptics
[1] https://www.youtube.com/watch?v=PdcKwOo7dmM
Saya agak mempertanyakan langkah 15. Dulu saya bekerja di laboratorium bekas blok Soviet yang membuat chip pada awal 1990-an, dan seingat saya etsa dilakukan dengan mengalirkan gas berbasis klorin di atas wafer dalam lingkungan bersuhu tinggi, mungkin sekitar 1200°C
Suhu itu dihasilkan dengan pemanasan induksi, mengalirkan arus AC 8 kHz ke kumparan tembaga berpendingin air. Generatornya mekanis, mesin besar berpendingin air yang ditempatkan di ruang bawah tanah gedung karena bising. Kebocoran yang sering terjadi juga menjadi alasan mesin itu ditaruh di bawah tanah
Saya bertugas memelihara sistem pemanas dan mengalihkannya ke generator elektronik berbasis thyristor; pekerjaannya hampir seperti gabungan teknisi elektronika dan tukang pipa
Langkah 15 menunjukkan etsa asam atau etsa kimia basah
Saya tidak terlalu tahu kelebihan dan kekurangan masing-masing, tetapi keduanya pernah digunakan sebagai cara yang layak untuk mengetsa sirkuit
Untuk yang membaca komentar lebih dulu: tulisan ini tentang manufaktur semikonduktor, bukan arsitektur komputer
Gambar referensi: https://i.pinimg.com/originals/d4/28/29/d42829227cd7526d75af...
Banyak CPU hobi yang berfungsi sudah dibuat dengan teknologi yang jauh lebih mudah diakses, seperti relai, tabung vakum, transistor diskret, dan IC gerbang logika. Pada dasarnya apa pun yang dapat berperilaku seperti salah satu gerbang logika universal, misalnya NAND atau XOR, bisa menjadi komponen CPU
Tulisan ini sebagian besar membahas pembuatan wafer silikon. Video ini menunjukkan lebih detail bagaimana melakukan sisa prosesnya di lab rumahan: https://www.youtube.com/watch?v=IS5ycm7VfXg
Blognya ada di sini: http://sam.zeloof.xyz/second-ic/
Ini mengingatkan saya pada file teks “cara membuat bom atom sendiri” yang saya lihat di BBS pada 1990-an. Langkah pertamanya kira-kira “dapatkan 50 pon plutonium grade senjata”
Rasanya seperti bisa pergi ke toko surplus militer di lingkungan sekitar dan membelinya per peti, dan pada titik itu cukup jelas bahwa semuanya adalah lelucon
https://www.youtube.com/watch?v=tNfGyIW7aHM
Apa perbedaan inti antara CPU sekarang dan CPU 20 tahun lalu? Kita memang bisa memasukkan lebih banyak transistor ke ruang yang lebih kecil, tetapi kecepatan clock mandek
Apakah semua inovasinya hanya ada pada pipeline dan prediksi cabang?
Saya baru saja menonton Outlander sambil berpikir nilai apa yang bisa saya bawa jika saya kembali ke masa lalu. Untungnya sekarang saya sudah membaca sekilas tulisan ini, jadi saya bisa membuat komputer :)
Ini lebih mirip pembuatan chip daripada CPU. Tetap saja, ini luar biasa keren. Membuat ingot sendiri itu benar-benar gila
Saya berharap langkah 16 dipecah jauh lebih rinci, dan dijelaskan dengan gaya ELI5 yang mudah tentang bagaimana struktur individual dibuat