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CPU是如何制造出來(lái)的 揭秘CPU制造流程

摘要:CPU是決定電腦性能十分重要的因素,,好的CPU不僅能夠讓你日常操作十分流暢,,在玩大型游戲和觀看高清影音時(shí)也能游刃有余,。而如果CPU性能很低,,那么只能勉強(qiáng)應(yīng)付日常操作,,甚至?xí)挚?。那么,,你知道CPU是怎么樣制造出來(lái)的嗎,?下面小編就帶大家從硅提純,、切割晶圓,、影印、蝕刻,、重復(fù),、分層、封裝,、多次測(cè)試一起來(lái)了解下,。

CPU的生產(chǎn)流程

1、硅提純

生產(chǎn)CPU等芯片的材料是半導(dǎo)體,,現(xiàn)階段主要的材料是硅Si,,這是一種非金屬元素,從化學(xué)的角度來(lái)看,,由于它處于元素周期表中金屬元素區(qū)與非金屬元素區(qū)的交界處,,所以具有半導(dǎo)體的性質(zhì),,適合于制造各種微小的晶體管,是目前最適宜于制造現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的材料之一,。

在硅提純的過(guò)程中,,原材料硅將被熔化,并放進(jìn)一個(gè)巨大的石英熔爐,。這時(shí)向熔爐里放入一顆晶種,,以便硅晶體圍著這顆晶種生長(zhǎng),直到形成一個(gè)幾近完美的單晶硅,。以往的硅錠的直徑大都是200毫米,,而CPU廠商正在增加300毫米晶圓的生產(chǎn)。

2,、切割晶圓

硅錠造出來(lái)了,,并被整型成一個(gè)完美的圓柱體,接下來(lái)將被切割成片狀,,稱為晶圓,。晶圓才被真正用于CPU的制造。所謂的“切割晶圓”也就是用機(jī)器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規(guī)格的硅晶片,,并將其劃分成多個(gè)細(xì)小的區(qū)域,,每個(gè)區(qū)域都將成為一個(gè)CPU的內(nèi)核(Die)。一般來(lái)說(shuō),,晶圓切得越薄,,相同量的硅材料能夠制造的CPU成品就越多。


3,、影印

在經(jīng)過(guò)熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻(Photoresist)物質(zhì),,紫外線通過(guò)印制著CPU復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)圖樣的模板照射硅基片,被紫外線照射的地方光阻物質(zhì)溶解,。而為了避免讓不需要被曝光的區(qū)域也受到光的干擾,,必須制作遮罩來(lái)遮蔽這些區(qū)域。這是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程,,每一個(gè)遮罩的復(fù)雜程度得用10GB數(shù)據(jù)來(lái)描述,。

4、蝕刻

這是CPU生產(chǎn)過(guò)程中重要操作,,也是 CPU工業(yè)中的重頭技術(shù),。蝕刻技術(shù)把對(duì)光的應(yīng)用推向了極限。蝕刻使用的是波長(zhǎng)很短的紫外光并配合很大的鏡頭,。短波長(zhǎng)的光將透過(guò)這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上,,使之曝光。接下來(lái)停止光照并移除遮罩,使用特定的化學(xué)溶液清洗掉被曝光的光敏抗蝕膜,,以及在下面緊貼著抗蝕膜的一層硅,。

然后,曝光的硅將被原子轟擊,,使得暴露的硅基片局部摻雜,,從而改變這些區(qū)域的導(dǎo)電狀態(tài),以制造出N井或P井,,結(jié)合上面制造的基片,,CPU的門電路就完成了。

5,、重復(fù),、分層

為加工新的一層電路,再次生長(zhǎng)硅氧化物,,然后沉積一層多晶硅,,涂敷光阻物質(zhì),重復(fù)影印,、蝕刻過(guò)程,,得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)。重復(fù)多遍,,形成一個(gè)3D的結(jié)構(gòu),,這才是最終的CPU的核心。每幾層中間都要填上金屬作為導(dǎo)體,。IntelPentium 4處理器有7層,,而AMDAthlon 64則達(dá)到了9層。層數(shù)決定于設(shè)計(jì)時(shí)CPU的布局,,以及通過(guò)的電流大小,。

6、封裝

這時(shí)的CPU是一塊塊晶圓,,它還不能直接被用戶使用,,必須將它封入一個(gè)陶瓷的或塑料的封殼中,,這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了,。封裝結(jié)構(gòu)各有不同,但越高級(jí)的CPU封裝也越復(fù)雜,,新的封裝往往能帶來(lái)芯片電氣性能和穩(wěn)定性的提升,,并能間接地為主頻的提升提供堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

7,、多次測(cè)試

測(cè)試是一個(gè)CPU制造的重要環(huán)節(jié),,也是一塊CPU出廠前必要的考驗(yàn)。這一步將測(cè)試晶圓的電氣性能,以檢查是否出了什么差錯(cuò),,以及這些差錯(cuò)出現(xiàn)在哪個(gè)步驟(如果可能的話),。接下來(lái),晶圓上的每個(gè)CPU核心都將被分開測(cè)試,。

由于SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器,,CPU中緩存的基本組成)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密度高,,所以緩存是CPU中容易出問(wèn)題的部分,,對(duì)緩存的測(cè)試也是CPU測(cè)試中的重要部分。

每塊CPU將被進(jìn)行完全測(cè)試,,以檢驗(yàn)其全部功能,。某些CPU能夠在較高的頻率下運(yùn)行,所以被標(biāo)上了較高的頻率,;而有些CPU因?yàn)榉N種原因運(yùn)行頻率較低,,所以被標(biāo)上了較低的頻率。最后,,個(gè)別CPU可能存在某些功能上的缺陷,,如果問(wèn)題出在緩存上,制造商仍然可以屏蔽掉它的部分緩存,,這意味著這塊CPU依然能夠出售,,只是它可能是Celeron等低端產(chǎn)品。

當(dāng)CPU被放進(jìn)包裝盒之前,,一般還要進(jìn)行最后一次測(cè)試,,以確保之前的工作準(zhǔn)確無(wú)誤。根據(jù)前面確定的最高運(yùn)行頻率和緩存的不同,,它們被放進(jìn)不同的包裝,,銷往世界各地。

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