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CPU 的制做过程和工艺

时间:2019-01-26    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

CPU 发展至今已经有二十多年的历史,其中制造 CPU 的工艺技术也经过了长足的发展,以前的制造工艺比较粗糙,而且对于读者了解最新的技术也没有多大帮助,所以我们舍之不谈,用今天比较新的制造工艺来向大家阐述。许多对电脑知识略知一二的朋友大多会知道 CPU 里面最重要的东西就是晶体管了,提高 CPU 的速度,最重要的一点说白了就是如何在相同的CPU面积里面放进去更加多的晶体管。由于 CPU 实在太小,太精密,里面组成了数目相当多的晶体管,所以人手是绝对不可能完成的(笑),只能够通过光刻工艺来进行加工的。这就是为什么一块 CPU 里面为什么可以数量如此之多的晶体管。晶体管其实就是一个双位的开关:即开和关。如果您回忆起基本计算的时代,那就是一台计算机需要进行工作的全部。两种选择,开和关,对于机器来说即0和1。那么如何制作一个CPU 呢? 以下我们用英特尔为例子告诉大家。首先:取出一张利用激光器刚刚从类似干香肠一样的硅柱上切割下来的硅片,它的直径约为 20cm。除了 CPU 之外,英特尔还可以在每一硅片上制作数百个微处理器。每一个微处理器都不足一平方厘米。接着就是硅片镀膜了。相信学过化学的朋友都知道硅(Si)这个绝佳的半导体材料,它可以电脑里面最最重要的元素啊!在硅片表面增加一层由我们的老朋友二氧化硅(SiO2)构成的绝缘层。这是通过 CPU 能够导电的基础。其次就轮到光刻胶了,在硅片上面增加了二氧化硅之后,随后在其上镀上一种称为“光刻胶”的材料。这种材料在经过紫外线照射后会变软、变粘。然后就是光刻掩膜,在我们考虑制造工艺前很久,就早有一非常聪明的美国人在脑子里面设计出了 CPU,并且想尽方法使其按他们的设计意图工作。CPU 电路设计的照相掩膜贴放在光刻胶的上方。照相字后自然要曝光“冲晒”了,我们将于是将掩膜和硅片曝光于紫外线。这就象是放大机中的一张底片。该掩膜允许光线照射到硅片上的某区域而不能照射到另一区域,这就形成了该设计的潜在映像。一切都办妥了之后,就要到相当重要的刻蚀工艺出场了。我们采用一种溶液将光线照射后完全变软变粘的光刻胶“块”除去,这就露出了其下的二氧化硅。本工艺的最后部分是除去曝露的二氧化硅以及残余的光刻胶。对每层电路都要重复该光刻掩膜和刻蚀工艺,这得由所生产的 CPU 的复杂程度来确定。尽管所有这些听起来象来自“星球大战”的高科技,但刻蚀实际上是一种非常古老的工艺。几个世纪以前,该工艺最初是被艺术家们用来在纸上、纺织品上甚至在树木上创作精彩绘画的。在微处理器的生产过程中,该照相刻蚀工艺可以依照电路图形刻蚀成导电细条,其厚度比人的一根头发丝还细许多倍。接下来就是掺杂工艺。现在我们从硅片上已曝露的区域开始,首先倒入一化学离子混合液中。这一工艺改变掺杂区的导电方式,使得每个晶体管可以通、断、或携带数据。将此工艺一次又一次地重复,以制成该 CPU 的许多层。不同层可通过开启窗口联接起来。电子以高达 400MHz 或更高的速度在不同的层面间流上流下,窗口是通过使用掩膜重复掩膜、刻蚀步骤开启的。窗口开启后就可以填充他们了。窗口中填充的是种最普通的金属-铝。终于接近尾声了,我们把完工的晶体管接入自动测试设备中,这个设备每秒可作一万次检测,以确保它能正常工作。在通过所有的测试后必须将其封入一个陶瓷的或塑料的封壳中,这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。目前,单单 Intel 具有 14 家芯片制造厂。尽管微处理器的基本原料是沙子(提炼硅),但工厂内空气中的一粒灰尘就可能毁掉成千上万的芯片。因此生产 CPU 的环境需非常干净。事实上,工厂中生产芯片的超净化室比医院内的手术室还要洁净1万倍。“一级”的超净化室最为洁净,每平方英尺只有一粒灰尘。为达到如此一个无菌的环境而采用的技术多令人难以置信。在每一个超净化室里,空气每分钟要彻底更换一次。空气从天花板压入,从地板吸出。净化室内部的气压稍高于外部气压。这样,如果净化室中出现裂缝,那么内部的洁净空气也会通过裂缝溜走-防止受污染的空气流入。 但这只是事情一半。在芯片制造厂里,Intel 有上千名员工。他们都穿着特殊的称为“兔装”的工作服。兔装是由一种特殊的非棉绒、抗静电纤维制成的,它可以防止灰尘、脏物和其它污染损坏生产中的计算机芯片。这兔装有适合每一个人的各种尺寸以及一系列颜色,甚至于白色。员工可以将兔装穿在在普通衣服的外面,但必须经过含有 54 个单独步骤的严格着装程序。而且每一次进入和离开超净化室都必须重复这个程序。因此,进入净化室之后就会停留一阵。在制造车间里,英特尔的技术专家们切割硅片,并准备印刻电路模板等一系列复杂程序。这个步骤将硅片变成了一个半导体,它可以象晶体管一样有打开和关闭两种状态。这些打开和关闭的状态对应于数字电码。把成千上万个晶体管集成在英特尔的微处理器上,能表示成千上万个电码,这样您的电脑就能处理一些非常复杂的软件公式了。

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