Fabricarea cipurilor
Dacă vă întrebați care este materia primă a cipului, toată lumea va da cu ușurință răspunsul - este siliciu. Acest lucru nu este fals, dar de unde vine siliciul? De fapt, acesta este cel mai de nerecuperat nisip. Este greu de imaginat. Structura scumpă, complicată, cip puternic și misterios provin din nisipul care, în esență, nu are valoare. Desigur, trebuie să existe un proces de fabricație complicat între ele.
Materii prime de bază pentru fabricarea cipurilor
Dacă vă întrebați care este materia primă a cipului, toată lumea va da cu ușurință răspunsul - este siliciu. Acest lucru nu este fals, dar de unde vine siliciul? De fapt, acesta este cel mai de nerecuperat nisip. Este greu de imaginat. Structura scumpă, complicată, cip puternic și misterios provin din nisipul care, în esență, nu are valoare. Desigur, trebuie să existe un proces de fabricație complicat între ele. Cu toate acestea, nu este doar o mână de nisip care poate fi folosit ca materie primă. Trebuie să fie selectat cu atenție pentru a extrage din el cele mai pure materii prime de siliciu. Imaginați-vă dacă s-ar folosi cele mai ieftine materii prime cu rezerve suficiente pentru a face cipuri, care ar fi calitatea produsului finit, puteți folosi în continuare un procesor performant, ca acum?
Pe lângă siliciu, un material important pentru fabricarea cipurilor este metalul. Până în prezent, aluminiul a devenit principalul material metalic pentru fabricarea părților interne ale procesoarelor, în timp ce cuprul este eliminat treptat. Acest lucru se datorează unor motive. La tensiunea curentă de funcționare a cipurilor, caracteristicile de electromigrare a aluminiului sunt semnificativ mai bune decât cuprul. Așa-numita problemă de electromigrare se referă la faptul că un număr mare de electroni trec printr-o secțiune a conductorului, atomii substanței conductoare sunt impactați de electroni și părăsesc poziția inițială, lăsând locurile vacante. Starea în alte locații va provoca un scurtcircuit în alte locuri și va afecta funcția logică a cipului, ceea ce va face cipul să fie inutilizabil.
Acesta este motivul pentru care multe Northwood Pentium 4 sunt înlocuite cu SNDS (North Wood Storm Syndrome). Când pasionații au depășit prima oară Northwood Pentium 4, au fost dornici să obțină succesul. Atunci când tensiunea de cip a fost crescută foarte mult, grave probleme de electromigrare au provocat paralelizarea cipului. Aceasta este prima experiență Intel' cu tehnologia de interconectare a cuprului și are nevoie clar de îmbunătățiri. Pe de altă parte, utilizarea tehnologiei de interconectare a cuprului poate reduce suprafața cipurilor. În același timp, datorită rezistenței mai scăzute a conductorului de cupru, curentul care trece prin acesta este, de asemenea, mai rapid.
Pe lângă aceste două materiale principale, sunt necesare câteva tipuri de materii prime chimice în procesul de proiectare a cipurilor. Ei joacă diferite roluri și nu vor fi repetate aici.
Etapa de pregătire a fabricației de cipuri
După finalizarea colectării materiilor prime necesare, unele dintre aceste materii prime trebuie prelucrate în prealabil. Ca materie primă cea mai importantă, prelucrarea siliciului este crucială. În primul rând, materiile prime din siliciu trebuie purificate chimic, iar acest pas le aduce la un nivel de materii prime care poate fi utilizat de industria semiconductorilor. Pentru ca aceste materii prime din siliciu să răspundă nevoilor de prelucrare a fabricației cu circuite integrate, ele trebuie, de asemenea, să fie modelate. Această etapă se realizează prin topirea materiilor prime de siliciu și apoi turnarea siliciului lichid într-un recipient mare de înaltă temperatură de cuarț.
Apoi, materiile prime sunt topite la temperaturi ridicate. Am învățat în clasa de chimie a școlii medii că mulți atomi din interiorul unui solid au o structură cristalină, la fel ca și siliconul. Pentru a satisface cerințele procesoarelor de înaltă performanță, întreaga materie primă de siliciu trebuie să fie siliciu extrem de pur și cu un singur cristal. Apoi, materia primă de siliciu este extrasă din recipientul la temperatură înaltă prin întindere rotativă și se produce un lingou cilindric de siliciu. În funcție de procedeul utilizat în prezent, diametrul secțiunii circulare a lingoului de siliciu este de 200 mm. Acum, însă, Intel și alte companii au început să folosească lingouri de siliciu cu diametrul de 300 mm. Este destul de dificil să crești aria secțiunii transversale păstrând în același timp diferitele caracteristici ale lingoului de siliciu, dar atâta timp cât compania este dispusă să investească mulți bani pentru a studia, poate fi totuși obținută. Fabrica Intel' pentru dezvoltarea și producția de lingouri de siliciu de 300 mm a costat aproximativ 3,5 miliarde de dolari SUA. Succesul noii tehnologii permite Intel să producă circuite integrate cu funcții mai complexe și puternice. Uzina de lingouri de siliciu de 200 de milimetri a costat și 1,5 miliarde de dolari. Procesul de fabricație a cipurilor începe cu tăierea lingourilor de siliciu.
Lingou de siliciu cu un singur cristal
După realizarea lingoului de siliciu și asigurarea că acesta este un cilindru absolut, următorul pas este să tăiați lingoul cilindric de siliciu. Cu cât este mai subțire felia, cu atât este utilizat mai puțin material și, în mod natural, pot fi produse mai multe cipuri de procesare. Alunecarea necesită, de asemenea, finisarea oglinzilor pentru a vă asigura că suprafața este netedă, apoi verificați dacă există denaturari sau alte probleme. Acest pas al inspecției calității este deosebit de important, determină direct calitatea cipului finisat.
Feliile noi trebuie dopate cu unele substanțe pentru a le transforma în materiale semiconductoare reale, iar apoi pe ele sunt înscrise circuite tranzistorii reprezentând diverse funcții logice. Atomii materialului dopat intră în golurile dintre atomii de siliciu și forțele atomice acționează unul pe celălalt, astfel încât materiile prime de siliciu au caracteristicile semiconductorilor. Astăzi, fabricarea de semiconductori' este mai mult un proces CMOS (complement-metal-oxid-semiconductor). Termenul complementar se referă la interacțiunea dintre tranzistoarele MOS de tip N și tranzistoarele MOS de tip P în semiconductori. N și P reprezintă electrodul negativ și respectiv electrodul pozitiv în procesul electronic. În cele mai multe cazuri, felia este dopată cu substanțe chimice pentru a forma un substrat de tip P. Circuitul logic scris pe acesta trebuie să fie proiectat pentru a urma caracteristicile circuitului nMOS. Acest tip de tranzistor are o utilizare mai mare a spațiului și este mai eficient din punct de vedere energetic. În același timp, în majoritatea cazurilor, aspectul tranzistoarelor pMOS trebuie să fie limitat pe cât posibil, deoarece, în etapele ulterioare ale procesului de fabricație, materialele de tip N trebuie să fie implantate în substratul de tip P, iar acest lucru procesul va duce la formarea tuburilor pMOS.
După finalizarea lucrărilor de încorporare a substanțelor chimice, felierea standard este finalizată. Apoi, fiecare felie este plasată într-un cuptor la temperatură înaltă și încălzită, iar pe suprafața feliei este generată o peliculă cu dioxid de siliciu controlând timpul de încălzire. Prin monitorizarea atentă a temperaturii, compoziției aerului și a timpului de încălzire, grosimea stratului de silice poate fi controlată. În procesul de fabricație de 90 de nanometri Intel' lățimea oxidului de poartă este la fel de mică ca un uimitor de 5 atomi grosime. Acest circuit al porții stratului face parte și din circuitul porții tranzistorului. Rolul circuitului porții tranzistorului este de a controla fluxul de electroni între ei. Prin controlul tensiunii de poartă, fluxul de electroni este strict controlat, indiferent de dimensiunea tensiunii de intrare și ieșire. Procesul final al preparatului este de a acoperi un strat fotosensibil pe stratul de dioxid de siliciu. Acest strat de material este utilizat pentru alte aplicații de control din același strat. Acest strat de material are o fotosensibilitate bună când este uscat, iar după ce procesul de fotolitografie s-a încheiat, poate fi dizolvat și îndepărtat prin metode chimice.
fotogravura
Acesta este un pas foarte complicat în procesul actual de fabricație a cipurilor. De ce spui asta? Procesul de fotografiere este de a utiliza o anumită lungime de undă a luminii pentru a eticheta scorul corespunzător în stratul fotosensibil, modificând astfel proprietățile chimice ale materialului de acolo. Această tehnologie are cerințe extrem de stricte cu privire la lungimea de undă a luminii utilizate, ceea ce necesită utilizarea de raze ultraviolete de lungime de undă scurtă și lentile de curbură mari. Procesul de gravare este afectat și de petele de pe placă. Fiecare etapă de gravare este un proces complex și delicat. Cantitatea de date necesare pentru proiectarea fiecărei etape a procesului poate fi măsurată în unități de 10 GB, iar etapele de gravare necesare pentru fabricarea fiecărui procesor sunt mai mult de 20 de pași (fiecare strat este gravat). Mai mult, dacă desenele gravate ale fiecărui strat sunt mărite de mai multe ori, poate fi și mai complicat decât harta întregii orașe din New York, plus intervalul suburban. Imaginați-vă reducerea întregii hărți din New York la o zonă reală dindoar 100 de milimetri pătrați. Pe cip, atunci vă puteți imagina cât de complicată este structura acestui cip.
Când toate aceste gravuri sunt finalizate, placa este întoarsă. Lumina de lungime de undă scurtă este iradiată pe stratul fotosensibil al napolitanei prin intermediul crestăturii scobite de pe șablonul de cuarț, iar apoi lumina și șablonul sunt îndepărtate. Materialul strat fotosensibil expus în exterior este îndepărtat prin metode chimice, iar dioxidul de siliciu este generat imediat în poziția vacantă.
Doping
După ce materialul strat fotosensibil rămas este îndepărtat, ceea ce rămâne este stratul de dioxid de siliciu al șanțului umplut și stratul de siliciu expus sub strat. După această etapă, un alt strat de dioxid de siliciu este finalizat. Apoi, se adaugă un alt strat de polisilicon cu un strat fotosensibil. Polisiliconul este un alt tip de circuit de poartă. Datorită utilizării materiilor prime metalice (de aici denumirea de semiconductori de oxid de metal) aici, polisilicul permite stabilirea porților înainte ca tensiunea la portul cozii tranzistorului să devină activă. Stratul fotosensibil este de asemenea gravat de lumina de lungime de undă scurtă prin mască. După o altă gravură, toate circuitele de poartă necesare au fost formate practic. Apoi, stratul de siliciu expus este bombardat chimic cu ioni. Scopul aici este de a crea un canal N sau un canal P. Acest proces de dopare creează toate tranzistoarele și conexiunea circuitului între ele. Niciun tranzistor nu are o intrare și o ieșire, iar cele două capete sunt numite porturi.
Repetați acest proces
În acest pas, veți continua să adăugați straturi, să adăugați un strat de dioxid de siliciu, și apoi litografie o dată. Repetați acești pași, apoi există o arhitectură tridimensională multistrat, care este starea embrionară a procesorului pe care îl utilizați în prezent. Între fiecare strat, tehnologia acoperirii metalice este utilizată pentru a realiza conexiunea conductivă între straturi. Procesorul P4' s folosește 7 straturi de conexiuni metalice, în timp ce Athlon64 folosește 9 straturi. Numărul de straturi utilizate depinde de proiectarea inițială a machetei și nu reprezintă în mod direct diferența de performanță a produsului final.
În următoarele săptămâni, napolitele vor fi testate una câte una, inclusiv testarea caracteristicilor electrice ale plafonului pentru a vedea dacă există erori logice și, dacă da, pe ce strat și așa mai departe. După aceea, fiecare unitate de cip de pe placa care are o problemă va fi testată individual pentru a determina dacă cipul are nevoi speciale de procesare.
Apoi, întreaga placă este tăiată în unități de cipuri de procesor individuale. În testul inițial, acele unități care nu au reușit testul vor fi abandonate. Aceste unități de cip care sunt tăiate vor fi ambalate într-un anumit mod, astfel încât să poată fi introduse fără probleme în placa de bază a unei anumite specificații de interfață. Majoritatea procesoarelor Intel și AMD sunt acoperite cu un radiator. După ce produsul finit al procesorului este finalizat, este necesară o gamă completă de teste privind funcția cipului. Această parte va produce diferite grade de produse, unele cipuri funcționează la o frecvență relativ ridicată, astfel încât numele și numărul de produse de înaltă frecvență sunt etichetate, iar acele cipuri cu frecvențe de funcționare relativ mici sunt modificate pentru etichetare, alte modele cu frecvență joasă. Acesta este procesorul de poziționare diferită pe piață. Și unele procesoare pot avea unele deficiențe în funcția cip. De exemplu, are defecte în funcția cache (acest defect este suficient pentru a face paralizarea majorității cipurilor), apoi vor fi protejate de o anumită capacitate de cache, reducând performanțele și, bineînțeles, scăzând prețul produsului. Acesta este Celeron și originea lui Sempron.
După finalizarea procesului de ambalare a cipului, multe produse trebuie să efectueze un alt test pentru a se asigura că nu există nicio omisiune în procesul de fabricație anterior, iar produsul respectă pe deplin specificațiile fără abatere.
Articol și imagini de pe internet, dacă există vreo infracțiune, vă rugăm să ne contactați pentru a le șterge.
NeoDen oferă soluții de linii de asamblare afullSMT, inclusiv cuptor SMMTreflow, mașină de lipit cu valuri, mașină de plasare și plasare, imprimantă de lipit cu lipire, încărcător PCB, descărcător de PCB, montator de cip, mașină SMT AOI, mașină SMT SPI, mașină cu raze X SMT, echipament linie de asamblare SMT, Echipamente de producție PCB Piese de schimb SMM, etc.
Hangzhou NeoDen Technology Co., Ltd.
E-mail:info@neodentech.com