Chips hexagonales: ¿el próximo paso?

Muchos se preguntarán por qué no se fabrican wafers u obleas semiconductoras de forma hexagonal o por qué los propios chips no se hacen hexagonales en vez de cuadrados o rectangulares. Pues bien, todo esto tiene una respuesta, y con este artículo comprenderás cómo está la situación de estas ideas en el sector.

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¿Por qué no se fabrican obleas hexagonales?

Muchos se preguntarán por qué no se fabrican obleas o wafers cuadradas o hexagonales para albergar mayor cantidad de chips y no desperdiciar tanto los bordes. Sin embargo, que las obleas se fabriquen de forma redonda tiene su explicación.

Y es que los métodos empleados para el crecimiento del cristal a partir de un cristal semilla monocristalino, como se puede apreciar en el vídeo superior, no permiten crear otra forma que no sea la redonda. Ya que se hace crecer un lingote en forma cilíndrica de manera similar a como se hace el algodón de azúcar, por lo que las capas de silicio fundido se van adhiriendo al cristal semilla formando un círculo debido al giro.

Por tanto, fabricar obleas cuadradas o hexagonales significaría cortarlas, lo cual es una tontería, ya que desperdicias igualmente partes de su superficie. Además, para la producción de este tipo de obleas con un tamaño diferente se necesitaría también hacer modificaciones en la maquinaria empleada durante el proceso de fabricación de los chips, y dado que esta es tremendamente cara, no merecería la pena.

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¿Y chips hexagonales?

Sin embargo, ahora algunos están pensando en otro cambio que podría aumentar el yield o rendimiento de la oblea, es decir, la cantidad de chips válidos por cada oblea. Y esto pasa por que los chips sean hexagonales en vez de cuadrados. De esa forma se aprovecha mejor toda la superficie del wafer.

Esto significaría poder producir más chips por oblea, lo que reduciría los costes. O también se podrían crear chips más complejos sin dispararse tanto los costes, como se quiera ver. Sin embargo, esto nuevamente también requeriría cambiar algunas cosas para que funcionase, como las máscaras de fotolitografía, entre otros. Por tanto, también supone un coste, no obstante, parece que podría tener su futuro…

Como se puede apreciar en la imagen, con una oblea redonda y los chips cuadrados, se puede conseguir menor cantidad de ellos que si los chips fuesen hexagonales. Solo con hacerlos hexagonales se consigue incrementar la cantidad en un 20%, lo que no es una mala cifra. Además, si se reduce el espaciado de entre los chips, también se podría conseguir una ganancia considerable.

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¿Qué pasa con las obleas actuales?

Entre los principales afirmaciones para las obleas o wafers actuales, podemos destacar:

• Los bordes de la oblea no son útiles para la fabricación, por lo que se desechan.
• Las áreas alrededor del borde de la oblea se pueden usar para circuitos de prueba para las validaciones que se realizan durante el proceso de fabricación en la fábrica. Pero hay que tener en cuenta que en estas zonas próximas al borde podría haber más desperfectos que podrían afectar al rendimiento.
• Es más fácil cortar una oblea en línea recta con una sierra, por lo que los polígonos hexagonales serían más difíciles de cortar que los actuales cuadrados. Para un chip hexagonal los cortes no solo se multiplican a lo largo de la oblea, sino que también se hacen más complejos para no cortar el chip vecino.
• Las obleas actuales pueden ser buenas para los chips de dimensiones muy pequeñas, aunque para los de mayor tamaño, como los más complejos (GPU, CPU,…), un chip hexagonal podría aprovechar mejor la superficie útil de la oblea y reducir costes de producción.
• Algunos chips están limitados en su forma debido a la aplicación. Por ejemplo, un chip de memoria con filas y columnas suele tener una relación 1:10 en sus lados, puesto que así es el layout. Sin embargo, hacerlo en un chip hexagonal no resultaría útil para alojar las líneas de memoria de forma óptima.

En definitiva, muchos de los principales inconvenientes para pasar de una oblea con chips cuadrados o rectangulares a chips hexagonales solo necesitarían de algo de inversión para adaptar los procesos actuales. Sin embargo, otros son más difíciles de solventar, como los del último punto en los chips de memoria. Es cuestión de encajar el layout de las celdas de memoria en esa geometría y esto es complejo si no se quiere desperdiciar todos los laterales del hexágono para terminar aprovechando solo un rectángulo central.

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En cambio, para los chips de lógica sí que podría ser una ventaja. Es más, tener una forma hexagonal tampoco afectaría a los encapsulados, ya que serían compatibles con técnicas como flip-chip, o se seguiría pudiendo apilar los chips para generar empaquetados 3D como con los actuales.

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