Como a areia da praia é transformada em chips de computador?

Qual a relação existente entre uma praia e um computador? Aparentemente, nenhuma possível. Mas, por mais incrível que possa parecer, o que possibilita a existência de um PC e de toda tecnologia hoje é… a areia. Nela encontra-se em abundância o silício, principal matéria-prima dos chips.

Protagonista da trajetória tecnológica do homem, a utilização do silício remonta à Era Paleolítica, quando homens da idade da pedra se utilizavam dos compostos desse material na fabricação de objetos e ferramentas. O silício é o terceiro elemento mais encontrado na natureza, perdendo apenas para o oxigênio e para o ferro. Para se ter uma idéia, ele representa 27% da massa estimada da crosta terrestre.

O processo de fabricação de um chip possui mais de 100 etapas, e leva em média 2 meses para ser concluído. O tamanho do laboratório onde ele é feito chega a ser o de dois campos de futebol, e todo o ambiente possui um sistema de refrigeração que mantém o ar do laboratório mais limpo que o ar de um hospital. Tudo isso para proteger o chip do seu maior inimigo em potencial: a sujeira. Ela pode comprometer fatalmente a qualidade do chip, e por isso, até mesmo os profissionais do laboratório usam roupas especiais. Para se ter uma idéia do grau de pureza no silício utilizado para fabricação de chips, a cada 1 bilhão de átomos, apenas um não é de silício. Ou seja: 99,9999% é silício. Devido a essa exigência, o chip é uma das tecnologias mais caras de serem produzidas, com um disco de silício de 30 centímetros custando 20.000 dólares! Por isso pense duas vezes antes de dizer que a Intel mete a faca nos consumidores.

Como se dá todo esse processo, que vai da areia até esses mini objetos? Depois de extraído o silício da areia, esse material bruto é derretido sob altas temperaturas, para depois ser resfriado na forma de um grande cilindro, de 20 a 30 centímetros de diâmetro. A pureza é testada, e o bloco, polido. Passada esta fase, esses cilindros são cortados em finas fatias, e se transformam nos chamados “silicon wafers“, com uma espessura inferior a um cartão de crédito. O silício é um material essencial para a fabricação do chip por causa de uma única característica essencial: a semicondutividade. Essa caracterítica nos materiais é capaz de permitir a condução de eletricidade ou bloqueá-la. Para o chip, essa semicondutividade é usada para que se bloqueie a eletricidade. Ele vai moldar, futuramente, o caminho por onde a eletricidade fluirá.

A chave para a próxima etapa está na luz. O wafer de sílício é revestido por um material fotossensível. Raios ultra-violetas são incididos sobre algumas partes dessa superfície, formando estruturas sólidas (os primeiros circuitos). A máscara fotossensível tem um padrão diferente para cada área do processador, de acordo com o desenho que se pretende obter. Aplica-se uma nova camada de silicio, material fotossensível e novos circuitos são criados. O procedimento é repetido diversas vezes.

A próxima fase é a implantação de íons, que vão fornecer as propriedades elétricas. Sob altas temperaturas, as partículas se tornam maleáveis e assumem diferentes posições na placa. Formam-se os pequenos transistores. A última etapa é revestir a placa com uma camada de cobre, onde esses transistores serão isolados. Retira-se o excesso de cobre, para aplicar as diversas camadas de metal, que vão conectar os transistores entre si. O design dessas conexões é determinado pela função do processador fabricado. Mesmo pequeno, se você olhar um chip por um microscópio, você verá mais de 20 camadas para que se tenha um circuito complexo.

Finalmente, o wafer é testado e cortado em várias partes. Os que passarem no teste são revestidos por um bloco de material semicondutor e finalizados com uma camada de metal chamada dissipador de calor, ou heatspeader, que evita que o chip seja afetado por altas temperaturas . Novamente eles são testados, para serem enfim embalados e comercializados.

Estranho pensar que todo esse processo começa com areia, não? A fabricação de um chip é longa, cara e as instalações são complexas. Todas as fases exigem alta tecnologia, desde a extração do silício até o desenvolvimento dos circuitos super complexos. Da próxima vez que estiver em uma praia, pense que você está andando sobre milhares de chips em potencial.

Este texto foi publicado originalmente na edição número 3 da Revista Arkade. Para ler a edição na íntegra, clique aqui.

Fábio Torres