Por Gabriel Torres e Cássio Lima em 16 de junho de 2005
Introdução
Tivemos a oportunidade de visitar a fábrica da Kingmax em Hsin Chu, Taiwan. Esta é uma grande oportunidade para você aprender sobre como as memórias são fabricadas, já que a Kingmax produz tanto chips quanto módulos de memórias.
Estávamos empolgados, pois essa foi a primeira vez que tivemos a oportunidade de ver uma fábrica de chips por dentro. Nas outras fábricas de memórias que visitamos – Kingston, Corsair, OCZ e PDP Systems –, eles fabricam apenas os módulos de memórias. Os chips de memórias chegam a essas fábricas já como um produto final.
Existem vários passos envolvidos na fabricação de um módulo de memória:
- Fabricação do Wafer
- Fabricação do chip de memória
- Fabricação da placa de circuito impresso
- Fabricação do módulo de memória
Em resumo, a Kingmax compra o wafer de seus fornecedores (que eles não divulgam quais são), dividem e encapsulam o wafer em chips de memória e depois soldam os chips em módulos de memória. A Kingmax compra a placa de circuito impresso da Brain Power, uma empresa especializada na fabricação de placas de circuito impresso e muito conhecida entre os entusiastas de memórias.
A fabricação do chip de memória ou “encapsulamento”, como também é chamada, é feita por uma empresa da Kingmax chamada Kingpak. Após serem fabricados, os chips de memória seguem ainda sem terem sido testados e rotulados (ou UTT, de “UnTesTed”, no jargão da indústria) para a fábrica da Kingmax (que fica situada em um outro local), onde serão testados e rotulados. Após esta etapa, os módulos de memórias são fabricados.
A Kingpak também fabrica sensores ópticos para câmeras, e tanto a Kingpak quanto a Kingmax fabricam cartões de memórias. Concentramos nossa visita em descrever como os módulos de memória são fabricados.
Visita à Fábrica da Kingpak
Como já explicamos, a Kingpak é uma empresa da Kingmax especializada em encapsulamento, ou seja, eles cortam o wafer de memória e adicionam o encapsulamento e pinos à pastilha de silício da memória.
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Figura 1: Chegada na Kingpak.
O processo de encapsulamento das memórias é dividido em dois grandes passos: processo de entrada (mais conhecido como “front-end”) e processo de saída (mais conhecido como “back-end”). Na Figura 2 você pode ver os passos dentro do processo de entrada, enquanto que na Figura 3 você pode ver os passos dentro do processo de saída.
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Figura 2: Passos do processo de entrada para o encapsulamento das memórias.
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Figura 3: Passos do processo de saída para o encapsulamento das memórias.
O processo de encapsulamento das memórias não é rápido. Para chips de memórias BGA o processo de entrada leva cinco dias, enquanto que o processo de saída leva quatro dias e meio ou cinco dias e meio.
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Figura 4: Algumas informações do processo de encapsulamento.
Visita à Fábrica da Kingpak (Cont.)
Na Figura 5 você pode ver um diagrama com a anatomia de um chip de memória.
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Figura 5: Anatomia de um chip de memória.
O encapsulamento é um processo muito delicado. O maquinário e os funcionários trabalham em um ambiente limpo e por isso que não pudemos ter acesso à área de fabricação dos chips de memórias – uma simples partícula de poeira pode acabar com todo o processo -, mas pudemos ver o funcionamento através da janela de vidro existente.
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Figura 6: Uma visão geral do maquinário utilizado.
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Figura 7: Aqui podemos ver um funcionário realizando o processo de colocação de fios à pastilha de silício (“wire bond”), veja “Golden Wire” na Figura 5.
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Figura 8: Essas mulheres estão trabalhando no controle de qualidade.
Essas são apenas algumas fases do processo de encapsulamento, já que não tivemos acesso às outras áreas envolvidas na fabricação dos chips de memórias para tirar fotos. Após o término do processo de encapsulamento nessa fábrica, os chips precisam ser rotulados e testados. Ou seja, eles terminam o processo nesta fábrica como chips “UTT” (“UnTesTed”), como os especialistas da indústria de memória chamam chips ainda não testados e não rotulados. Daqui os chips de memória seguem para a fábrica da Kingmax onde serão testados, rotulados e montados em módulos de memórias.
Testando os Chips
Deixamos à fábrica da Kingpak e seguimos para a fábrica da Kingmax.
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Figura 9: Chegada na fábrica da Kingmax.
Após a chegada dos chips na fábrica da Kingmax, eles seguem para as áreas da empresa onde serão rotulados e testados.
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Figura 10: Como os chips parecem quando chegam na fábrica da Kingmax. Esses chips são chamados “UTT”.
Esses chips são colocados dentro de uma máquina de testes, como mostrado na Figura 11. Essa máquina possui várias bandejas, cada uma programada de acordo com a velocidade e temporizações que o fabricante deseja testar os chips.
A máquina da Figura 11 possui nove bandejas. Algumas dessas bandejas são utilizadas para armazenar chips de memórias rejeitados. Na Figura 13 você pode entender melhor como esse processo funciona. Na máquina em nossa frente a bandeja 1 estava sendo utilizada para testar memórias DDR433 CL 2.5, a bandeja 2 estava sendo utilizada para testar memórias DDR400 CL 2.5, e assim por diante. As bandejas de seis a nove foram reservadas para os chips rejeitados, que foram separados de acordo com o motivo pelos quais eles foram rejeitados.
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Figura 11: Máquina para testar os chips de memória.
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Figura 12: Chips de memória sendo testados.
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Figura 13: Configuração da máquina para testar os chips de memória.
Testando os Chips (Cont.)
Após a velocidade dos chips de memória tiverem sido definidas e os mesmos testados, os chips são encaminhados para os testes ambientais. Nessa etapa, os chips são colocados em uma grande bandeja que é introduzida em uma espécie de forno onde diferentes condições ambientais são simuladas (isto é, diferentes temperaturas e níveis de umidade) para testar se o chip consegue trabalhar corretamente sob todas as condições ambientais impostas pelo fabricante.
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Figura 14: Bandeja onde os chips de memórias são instalados para testes ambientais.
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Figura 15: Máquina para teste de condições ambientais.
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Figura 16: A mesma máquina em ação.
Rotulando os Chips
Após a fase de testes, os chips são marcados a laser, ou seja, são rotulados. Aqui o fabricante pode imprimir o que quiser no chip de memória. Na Figura 18 podemos ver o que estava sendo impresso nos chips de memórias dentro da máquina no momento que estávamos visitando a fábrica.
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Figura 17: Máquina de marcação a laser.
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Figura 18: Tela da máquina de marcação a laser.
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Figura 19: Tela do status da máquina.
Após essa fase, os chips de memória estão prontos para serem instalados em uma placa de circuito impresso e vendidos como módulos de memória. Nesse ponto, o fabricante de memória tem duas opções: vender os chips de memória para outros fabricantes de módulos de memória ou mandar os chips para sua própria linha de produção de módulos de memória (caso ele possua, como é o caso da Kingmax).
Fabricação dos Módulos de Memória
A fabricação dos módulos de memória é muito simples:
- Pasta de solda é adicionada à placa de circuito impresso;
- Chips de memória e outros componentes (pequenos capacitores e o chip SPD) são colocados na placa de circuito impresso;
- Os módulos são colocados dentro de um forno onde a solda será derretida, soldando os chips de memória e demais componentes à placa de circuito impresso;
- Os módulos são retirados do painel;
- Os módulos de memória são então testados;
- Os módulos de memória são embalados e enviados para os consumidores.
Como falamos anteriormente, a Kingmax compra a placa de circuito impresso (PCB) de uma outra empresa, chamada Brain Power. As placas de circuito impresso vêm em painéis, com vários módulos agrupados (veja na Figura 20). No caso dos módulos que estavam sendo fabricados, cada painel tinha nove módulos.
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Figura 20: Painéis contendo várias placas de circuito impresso.
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Figura 21: As placas de circuito impresso da KingMax são fabricadas pela Brain Power.
Os painéis com as placas de circuito impresso são removidos das caixas e solda em pasta é aplicada (substância cinza na Figura 22). Um gabarito é utilizado para permitir que a solda seja aplicada apenas nos locais onde o fabricante deseja soldar algo.
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Figura 22: Solda em pasta sendo aplicada à placa de circuito impresso.
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Figura 23: Placas de circuito impresso após a aplicação da pasta de solda.
Soldando os Componentes
Após aplicar a pasta de solda, o painel é colocado na máquina de SMD (Surface Montage Devices, Dispositivos de Montagem em Superfície), processo chamado de “pick-and-place” (“pegar e colocar”), onde os chips de memórias são selecionados pela máquina e posicionados sobre os locais onde serão soldados. Essa máquina também adiciona outros componentes à placa de circuito impresso, como pequenos capacitores e o chip SPD.
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Figura 24: Máquina SMD.
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Figura 25: Máquina SMD adicionando componentes aos módulos.
Com os componentes adicionados, o painel é colocado em um grande forno onde os componentes são soldados aos módulos.
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Figura 26: Forno.
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Figura 27: Módulos entrando no forno.
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Figura 28: Módulos saindo do forno.
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Figura 29: Controle de qualidade.
Finalmente os módulos são retirados do painel e testados.
Testando os Módulos de Memória
Primeiro os módulos são testados e, ao mesmo tempo, seus chips SPD são programados. O chip SPD (Serial Presence Detect) armazena todas as informações do módulo de memória, como sua velocidade e temporização.
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Figura 30: Teste inicial dos módulos de memória e programação do SPD.
Após a programação do SPD, os módulos são testados em uma outra estação para certificar que o SPD foi corretamente programado.
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Figura 31: Verificando os dados do SPD.
Após isso, os módulos são enviados para o teste de compatibilidade, que é um gigantesco laboratório com centenas placas-mãe de diferentes fabricantes, onde a compatibilidade dos módulos é testada em diferentes plataformas.
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Figura 32: Teste de compatibilidade.
Em seguida os módulos estão prontos para serem embalados, ou seja, os módulos são etiquetados, empacotados e distribuídos para os clientes da Kingmax.
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Figura 33: Módulos sendo empacotados.
Originalmente em http://www.clubedohardware.com.br/artigos/1030
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