CPU這種極其精密的儀器是怎樣生產(chǎn)出來的(大概)?
作者:化工綜合網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2023-01-23分類:聚合物瀏覽:100
首先:取出一張利用激光器剛剛從類似干香腸一樣的硅柱上切割下來的硅片,它的直徑約為20cm。除了CPU之外,英特爾還可以在每一硅片上制作數(shù)百個(gè)微處理器。每一個(gè)微處理器都不足一平方厘米。
接著就是硅片鍍膜了。相信學(xué)過化學(xué)的朋友都知道硅(Si)這個(gè)絕佳的半導(dǎo)體材料,它可以電腦里面最最重要的元素??!在硅片表面增加一層由我們的老朋友二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的絕緣層。這是通過CPU能夠?qū)щ姷幕A(chǔ)。其次就輪到光刻膠了,在硅片上面增加了二氧化硅之后,隨后在其上鍍上一種稱為“光刻膠”的材料。這種材料在經(jīng)過紫外線照射后會(huì)變軟、變粘。然后就是光刻掩膜,在我們考慮制造工藝前很久,就早有一非常聰明的美國人在腦子里面設(shè)計(jì)出了CPU,并且想盡方法使其按他們的設(shè)計(jì)意圖工作。CPU電路設(shè)計(jì)的照相掩模貼放在光刻膠的上方。照相字后自然要曝光“沖曬”了,我們將于是將掩模和硅片曝光于紫外線。這就象是放大機(jī)中的一張底片。該掩模允許光線照射到硅片上的某區(qū)域而不能照射到另一區(qū)域,這就形成了該設(shè)計(jì)的潛在映像。
一切都辦妥了之后,就要到相當(dāng)重要的刻蝕工藝出場(chǎng)了。我們采用一種溶液將光線照射后完全變軟變粘的光刻膠“塊”除去,這就露出了其下的二氧化硅。本工藝的最后部分是除去曝露的二氧化硅以及殘余的光刻膠。對(duì)每層電路都要重復(fù)該光刻掩模和刻蝕工藝,這得由所生產(chǎn)的CPU的復(fù)雜程度來確定。盡管所有這些聽起來象來自“星球大戰(zhàn)”的高科技,但刻蝕實(shí)際上是一種非常古老的工藝。幾個(gè)世紀(jì)以前,該工藝最初是被藝術(shù)家們用來在紙上、紡織品上甚至在樹木上創(chuàng)作精彩繪畫的。在微處理器的生產(chǎn)過程中,該照相刻蝕工藝可以依照電路圖形刻蝕成導(dǎo)電細(xì)條,其厚度比人的一根頭發(fā)絲還細(xì)許多倍。
接下來就是摻雜工藝?,F(xiàn)在我們從硅片上已曝露的區(qū)域開始,首先倒入一化學(xué)離子混合液中。這一工藝改變摻雜區(qū)的導(dǎo)電方式,使得每個(gè)晶體管可以通、斷、或攜帶數(shù)據(jù)。將此工藝一次又一次地重復(fù),以制成該CPU的許多層。不同層可通過開啟窗口聯(lián)接起來。電子以高達(dá)400MHz或更高的速度在不同的層面間流上流下,窗口是通過使用掩膜重復(fù)掩膜、刻蝕步驟開啟的。窗口開啟后就可以填充他們了。窗口中填充的是種最普通的金屬-鋁。終于接近尾聲了,我們把完工的晶體管接入自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中,這個(gè)設(shè)備每秒可作一萬次檢測(cè),以確保它能正常工作。在通過所有的測(cè)試后必須將其封入一個(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。
目前,單單Intel具有14家芯片制造廠。盡管微處理器的基本原料是沙子(提煉硅),但工廠內(nèi)空氣中的一?;覊m就可能毀掉成千上萬的芯片。因此生產(chǎn)CPU的環(huán)境需非常干凈。事實(shí)上,工廠中生產(chǎn)芯片的超凈化室比醫(yī)院內(nèi)的手術(shù)室還要潔凈1萬倍?!耙患?jí)”的超凈化室最為潔凈,每平方英尺只有一?;覊m。為達(dá)到如此一個(gè)無菌的環(huán)境而采用的技術(shù)多令人難以置信。在每一個(gè)超凈化室里,空氣每分鐘要徹底更換一次。空氣從天花板壓入,從地板吸出。凈化室內(nèi)部的氣壓稍高于外部氣壓。這樣,如果凈化室中出現(xiàn)裂縫,那么內(nèi)部的潔凈空氣也會(huì)通過裂縫溜走-防止受污染的空氣流入。但這只是事情一半。在芯片制造廠里,Intel有上千名員工。他們都穿著特殊的稱為“兔裝”的工作服。兔裝是由一種特殊的非棉絨、抗靜電纖維制成的,它可以防止灰塵、臟物和其它污染損壞生產(chǎn)中的計(jì)算機(jī)芯片。這兔裝有適合每一個(gè)人的各種尺寸以及一系列顏色,甚至于白色。員工可以將兔裝穿在在普通衣服的外面,但必須經(jīng)過含有54個(gè)單獨(dú)步驟的嚴(yán)格著裝程序。而且每一次進(jìn)入和離開超凈化室都必須重復(fù)這個(gè)程序。因此,進(jìn)入凈化室之后就會(huì)停留一陣。在制造車間里,英特爾的技術(shù)專家們切割硅片,并準(zhǔn)備印刻電路模板等一系列復(fù)雜程序。這個(gè)步驟將硅片變成了一個(gè)半導(dǎo)體,它可以象晶體管一樣有打開和關(guān)閉兩種狀態(tài)。這些打開和關(guān)閉的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于數(shù)字電碼。把成千上萬個(gè)晶體管集成在英特爾的微處理器上,能表示成千上萬個(gè)電碼,這樣您的電腦就能處理一些非常復(fù)雜的軟件公式了。
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