Prossimamente in un maker-space vicino a te: circuiti integrati fai-da-te

Nel prossimo futuro, si potrebbe riuscire a entrare nello stesso maker-space che ora permette di fabbricare componenti su una stampante 3D e sbizzarrirsi a costruire i propri circuiti integrati. Prima di dire che si tratta di un'idea folle, pensate a cosa è riuscito a fare il 22enne Sam Zeloof di cui di recente si è parlato nella rivista Wired. Lavorando nel suo garage e usando apparecchiature comprate per lo più su eBay, Zeloof ha prodotto un chip contenente 1.200 transistor. Al momento sta lavorando a un chip che comprende una ALU (unità logica aritmetica) che alla fine vuole trasformare in un vero e proprio microprocessore.

La prima cosa che si può notare nelle fotografie dello spazio di lavoro di Zeloof è che non si vede una camera bianca e che Zeloof non va in giro con la tipica tuta per quegli ambienti. Ha dichiarato a Wired che i brevetti e i libri di testo degli anni Sessanta e Settanta spiegavano come allora i chip venissero fabbricati su normali banchi da lavoro. Le informazioni su come creare maschere con una lama X-Acto e del nastro adesivo erano sufficienti per realizzarle.

Zeloof afferma che tutta l'attrezzatura della sua officina era stata scartata dalle aziende tecnologiche e messa all'asta. Zeloof vive nel New Jersey, per cui non aveva nessuna opportunità di andare a rovistare nei cassonetti della Silicon Valley per procurarsi le attrezzature. Racconta di una scoperta, un microscopio a scansione elettronica (SEM) rotto che nei primi anni Novanta costava 250.000 dollari e che lui comprò per 1.000 dollari e riparò.

Questo prezzo stracciato spinge a chiedersi se Zeloof sia stato solo fortunato nei suoi acquisti. Per capire se altri aspiranti maker di chip potrebbero duplicare la configurazione del 22enne, abbiamo fatto qualche ricerca su eBay.

Per quanto riguarda il SEM, non siamo stati bravi come Zeloof, ma ne abbiamo trovato uno di Bausch & Lomb per 3.400 dollari che, secondo il venditore, funzionava. C'era anche una camera di vuoto a T in acciaio inox, simile a quella usata da Zeloof, per 555 dollari. Il meglio che siamo riusciti a spuntare per una pompa turbomolecolare ad alto vuoto per svuotare la camera di vuoto erano 250 dollari.

La configurazione di Zeloof per la fotolitografia è sorprendentemente poco costosa. Ha iniziato con un proiettore DLP per home theater con una lampada a vapori di mercurio, invece di una sorgente luminosa a LED, per ottenere un'emissione elevata di luce UV. Il proiettore, che su Amazon in genere costa circa 400 dollari, è usato per proiettare immagini di geometrie di chip su un wafer per la lavorazione. L'immagine del proiettore passa attraverso un normale microscopio da laboratorio, del costo di circa 300 dollari, con la lente girata in modo da ridurre le immagini piuttosto che ingrandirle. Il wafer che riceve l'immagine viene spostato tramite un piatto X-Y motorizzato, anch'esso attorno ai 300 dollari, normalmente utilizzato per il posizionamento di componenti su fresatrici CNC. Un piatto a vuoto, di circa 100 dollari, tiene fermo il wafer mentre viene esposto.

Anche se l'attrezzatura litografica di Zeloof è costata poco, è chiaro che ha dovuto faticare parecchio per far funzionare tutti i componenti. Ha tolto delle parti dal proiettore DLP originariamente installate a fini di sicurezza e destinate a limitare l'intensità dell'uscita UV. Ha anche dovuto riprogrammare il proiettore per fargli credere che le misure di sicurezza fossero ancora presenti e per sincronizzare l'immagine con il movimento del piatto X-Y. L'ottica del proiettore DLP è impostata per proiettare normalmente le immagini su una parete con un angolo, quindi è stato necessario angolare il proiettore nel modo giusto affinché sull'obiettivo del microscopio venisse prodotta un'immagine quadrata.

E la configurazione della fotolitografia ha richiesto un certo debug iniziale. L'illuminazione del proiettore è risultata non uniforme, per cui sul wafer venivano creati dei punti che erano sovraesposti e altri che erano sottoesposti. Zeloof ha quindi dovuto registrare il modello di luce proiettata (usando una normale webcam) e usare la registrazione per creare una maschera di calibrazione che correggesse la luce del proiettore per ottenere un'uscita più uniforme.

Questo ci riporta all'idea di ricreare il chip fai-da-te di Zeloof come maker-space. Forse c'è una lezione da imparare dal campo dell'atletica. I lettori di una certa età potrebbero ricordarsi che prima che nel 1954 la corsa sulla distanza di un miglio scendesse sotto i quattro minuti, gli osservatori "informati" sostenevano che si trattava di un'impresa impossibile. Quando il mezzofondista Roger Bannister dimostrò che era possibile infrangere la barriera dei quattro minuti, l'impresa venne ripetuta da un altro atleta solo 46 giorni più tardi e da un terzo circa un anno dopo. Alla fine, i quattro minuti sono diventati un riferimento degno di nota, ma non ha fatto notizia quando a scendere sotto nel 1964 è stato per la prima volta un liceale.

La morale della storia del miglio coperto in meno di quattro minuti è che a volte basta una dimostrazione di ciò che è possibile per riorientare il pensiero dei praticanti esperti. Senza dubbio gli appassionati del maker-space stanno imparando dalle realizzazioni di Sam Zeloof e dai dettagli che fornisce nei suoi video su YouTube. Non c'è da stupirsi quindi se negli hacker-space si vedono configurazioni di apparecchiature che traggono ispirazione da Zeloof.

Infine, ecco un altro modo di guardare alla fabbricazione di un chip fai-da-te: per soli 50.000 dollari circa si può comprare una Chevy Camaro del 1969 in condizioni perfette. E passerà circa il 99% del tempo ferma in garage. Invece, potete spendere molto meno della metà di quella cifra per trasformare il vostro garage in una fabbrica di chip funzionanti che probabilmente vi assorbirà molto più tempo di qualsiasi muscle car.