CPU的生產流程

1、硅提純

生(sheng)產CPU等芯(xin)片(pian)的材料(liao)是(shi)半導(dao)體，現階段主要的材料(liao)是(shi)硅(gui)Si，這是一種非金(jin)(jin)屬元素，從化(hua)學的角(jiao)度來看，由于(yu)(yu)它處于(yu)(yu)元素周期表中金(jin)(jin)屬元素區與非金(jin)(jin)屬元素區的交界處，所以具有(you)半導體的性質，適合于(yu)(yu)制造各種微小(xiao)的晶體管，是目前最(zui)適宜(yi)于(yu)(yu)制造現代大規模集成電路的材料之一。

在硅(gui)(gui)提純(chun)的(de)過程中，原材料(liao)硅(gui)(gui)將被熔(rong)化，并(bing)放進一(yi)個巨大的(de)石(shi)英熔(rong)爐(lu)(lu)。這時向熔(rong)爐(lu)(lu)里放入一(yi)顆(ke)晶(jing)種，以便(bian)硅(gui)(gui)晶(jing)體圍著這顆(ke)晶(jing)種生長(chang)，直到形成(cheng)一(yi)個幾近完美的(de)單晶(jing)硅(gui)(gui)。以往的(de)硅(gui)(gui)錠(ding)的(de)直徑(jing)大都是200毫米，而CPU廠商正在增加300毫米晶圓(yuan)的生產。

2、切割晶圓

硅錠造出(chu)來了，并被整型成一個完美的圓柱體，接下來將被切割成片狀，稱為(wei)晶圓。晶圓才被真正(zheng)用于CPU的制造。所謂的“切割(ge)晶圓”也就是(shi)用機器從單晶硅棒上切割(ge)下一片事先確定規格的硅晶片，并將(jiang)其劃分(fen)成(cheng)(cheng)多(duo)個(ge)細小的區域，每個(ge)區域都將(jiang)成(cheng)(cheng)為(wei)一個(ge)CPU的內核(Die)。一般來(lai)說(shuo)，晶圓(yuan)切得(de)越薄，相同量(liang)的硅材料能夠制造的CPU成品就越多。

該圖片由注冊用戶"科技數碼行"提供，版權聲明反饋

3、影印

在經過熱處理得(de)到的硅氧化(hua)物層(ceng)上(shang)面涂敷一種光阻(Photoresist)物質(zhi)，紫外線通過印制著CPU復(fu)雜(za)電路結構圖樣的模板照(zhao)射(she)硅基(ji)片，被(bei)紫(zi)外線照(zhao)射(she)的地方光(guang)(guang)阻物質溶解。而為了避(bi)免(mian)讓(rang)不需(xu)要被(bei)曝光(guang)(guang)的區(qu)域也受到光(guang)(guang)的干擾，必(bi)須制(zhi)作(zuo)遮(zhe)罩來(lai)遮(zhe)蔽這些區(qu)域。這是個相(xiang)當復(fu)雜(za)的過程，每一個遮(zhe)罩的復(fu)雜(za)程度(du)得(de)用10GB數據(ju)來描述。

4、蝕刻

這是CPU生產(chan)過程中重(zhong)要操作，也是CPU工業中的(de)(de)重頭(tou)技術。蝕(shi)刻技術把對光(guang)的(de)(de)應(ying)用(yong)推(tui)向了極(ji)限(xian)。蝕(shi)刻使(shi)用(yong)的(de)(de)是波(bo)長(chang)(chang)很短的(de)(de)紫外光(guang)并配合很大(da)的(de)(de)鏡(jing)頭(tou)。短波(bo)長(chang)(chang)的(de)(de)光(guang)將透(tou)過這(zhe)些石英遮罩(zhao)的(de)(de)孔照在光(guang)敏抗蝕(shi)膜上，使(shi)之曝光(guang)。接下來(lai)停止光(guang)照并移(yi)除遮罩(zhao)，使(shi)用(yong)特定的(de)(de)化學(xue)溶液清洗掉被曝光(guang)的(de)(de)光(guang)敏抗蝕(shi)膜，以及(ji)在下面(mian)緊貼著抗蝕(shi)膜的(de)(de)一層硅。

然后(hou)，曝光(guang)的(de)硅(gui)將被原子轟擊(ji)，使(shi)得暴(bao)露的(de)硅(gui)基片(pian)局部(bu)摻雜，從而改變這(zhe)些區域(yu)的(de)導電(dian)狀(zhuang)態，以制(zhi)造出N井或(huo)P井，結合(he)上面制造的基片，CPU的門電路就完成了。

5、重復、分層

為加工新的一層電(dian)路，再(zai)次生長硅氧(yang)化(hua)物，然后(hou)沉積一層多晶硅，涂(tu)敷光阻物質，重復(fu)(fu)影印、蝕(shi)刻過程，得(de)到含多晶硅和硅氧(yang)化(hua)物的溝槽結構。重復(fu)(fu)多遍，形成(cheng)一個(ge)3D的結構，這才是最終的CPU的核心。每幾(ji)層中間都要填上金屬作為導體。Intel的(de)Pentium 4處理器有7層，而(er)AMD的(de)Athlon 64則達到了9層。層數決定于設計時CPU的(de)布局(ju)，以(yi)及通過的(de)電流大(da)小。

6、封裝

這時的CPU是一塊塊晶圓，它(ta)還不(bu)能(neng)直(zhi)接被用(yong)戶使用(yong)，必(bi)須(xu)將它(ta)封入一個陶瓷的(de)或塑(su)料的(de)封殼(ke)中，這(zhe)樣它(ta)就可以很容易地裝(zhuang)在一塊電路板上了(le)。封裝(zhuang)結構(gou)各有不(bu)同，但越高級的(de)CPU封裝也越復雜(za)，新的(de)(de)封裝往往能帶(dai)來芯(xin)片電氣性(xing)能和穩定(ding)性(xing)的(de)(de)提升(sheng)(sheng)，并能間(jian)接地(di)為主頻的(de)(de)提升(sheng)(sheng)提供堅實可靠(kao)的(de)(de)基礎。

7、多次測試

測試是一個CPU制(zhi)造的重要環節，也是一塊CPU出廠(chang)前(qian)必要的(de)(de)考驗。這一步將測試晶(jing)圓的(de)(de)電氣性能，以檢查是否(fou)出了什么差錯(cuo)，以及這些差錯(cuo)出現在(zai)哪個步驟（如(ru)果可(ke)能的(de)(de)話(hua)）。接下來，晶(jing)圓上的(de)(de)每個CPU核心(xin)都(dou)將被(bei)分開測試。

由(you)于SRAM（靜態隨機存儲器，CPU中緩存(cun)的基本組成）結構復雜、密度高，所以(yi)緩存(cun)是(shi)CPU中容易(yi)出問題(ti)的部分，對(dui)緩存的測試也是CPU測試中的(de)重要(yao)部分。

每塊CPU將被進行完全測試，以(yi)檢驗(yan)其全部功能。某些CPU能夠在較(jiao)高的(de)頻率(lv)下運(yun)行(xing)，所以(yi)被標上了較(jiao)高的(de)頻率(lv)；而(er)有(you)些CPU因(yin)為種種原因(yin)運行(xing)頻(pin)率(lv)較低(di)，所以被標(biao)上了較低(di)的頻(pin)率(lv)。最(zui)后，個別(bie)CPU可能存(cun)在某些(xie)功能上的缺陷，如果(guo)問題(ti)出在緩存(cun)上，制(zhi)造商仍然可以屏蔽掉它的部(bu)分(fen)緩存(cun)，這意味(wei)著這塊CPU依然能夠出售，只是它可能是Celeron等低端(duan)產品(pin)。

當CPU被放進(jin)(jin)包裝(zhuang)盒之前(qian)，一般還要進(jin)(jin)行最(zui)后一次(ci)測試(shi)，以確保之前(qian)的(de)工(gong)作準確無(wu)誤。根據前(qian)面確定的(de)最(zui)高運行頻率和緩存的(de)不同，它(ta)們被放進(jin)(jin)不同的(de)包裝(zhuang)，銷往世界各(ge)地(di)。