CPU作為手機電腦的中樞神經,是如何一步一步製作出來的呢?
大家每天用的手機電腦都有CPU,CPU作為手機電腦的中樞神經,其重要性不言而喻,可你知道CPU是如何從一堆沙變成一個超級利器的呢?今天給大家講講CPU是如何一步一步製作出來的,
(1)首先第一步就是硅提純,
生產CPU等晶元的材料是半導體,現階段主要的材料是硅Si,這是一種非金屬元素,從化學的角度來看,由於它處於元素周期表中金屬元素區與非金屬元素區的交界處,所以具有半導體的性質,適合於製造各種微小的晶體管,是目前最適宜於製造現代大規模集成電路的材料之一。 在硅提純的過程中,原材料硅將被熔化,並放進一個巨大的石英熔爐。這時向熔爐里放入一顆晶種,以便硅晶體圍著這顆晶種生長,直到形成一個幾近完美的單晶硅。以往的硅錠的直徑大都是300毫米,而CPU廠商正在增加300毫米晶圓的生產。
(2)然後在切割成晶圓,
硅錠造出來了,並被整型成一個完美的圓柱體,接下來將被切割成片狀,稱為晶圓。晶圓才被真正用於CPU的製造。所謂的「切割晶圓」也就是用機器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規格的硅晶片,並將其劃分成多個細小的區域,每個區域都將成為一個CPU的內核(Die)。一般來說,晶圓切得越薄,相同量的硅材料能夠製造的CPU成品就越多。
(3)影印
在經過熱處理得到的硅氧化物層上面塗敷一種光阻(Photoresist)物質,紫外線通過印製著CPU複雜電路結構圖樣的模板照射硅基片,被紫外線照射的地方光阻物質溶解。而為了避免讓不需要被曝光的區域也受到光的干擾,必須製作遮罩來遮蔽這些區域。這是個相當複雜的過程,每一個遮罩的複雜程度得用10GB數據來描述。
(4)蝕刻
這是CPU生產過程中重要操作,也是CPU工業中的重頭技術。蝕刻技術把對光的應用推向了極限。蝕刻使用的是波長很短的紫外光並配合很大的鏡頭。短波長的光將透過這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上,使之曝光。接下來停止光照並移除遮罩,使用特定的化學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。 然後,曝光的硅將被原子轟擊,使得暴露的硅基片局部摻雜,從而改變這些區域的導電狀態,以製造出N井或P井,結合上面製造的基片,CPU的門電路就完成了。
(5)重複、分層
為加工新的一層電路,再次生長硅氧化物,然後沉積一層多晶硅,塗敷光阻物質,重複影印、蝕刻過程,得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結構。重複多遍,形成一個3D的結構,這才是最終的CPU的核心。每幾層中間都要填上金屬作為導體。Intel的Pentium 4處理器有7層,而AMD的Athlon 64則達到了9層。層數決定於設計時CPU的布局,以及通過的電流大小。
(6)封裝
這時的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。封裝結構各有不同,但越高級的CPU封裝也越複雜,新的封裝往往能帶來晶元電氣性能和穩定性的提升,並能間接地為主頻的提升提供堅實可靠的基礎。
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