CPU的生產流程

1、硅提純

生產CPU等芯片(pian)的材(cai)料是半導體(ti)，現階段(duan)主要的材(cai)料是硅Si，這是一(yi)種非金(jin)屬元(yuan)素(su)，從化學的(de)角度來看(kan)，由于(yu)(yu)它處于(yu)(yu)元(yuan)素(su)周期表(biao)中(zhong)金(jin)屬元(yuan)素(su)區與非金(jin)屬元(yuan)素(su)區的(de)交界處，所以具有半(ban)導(dao)體(ti)的(de)性(xing)質(zhi)，適合于(yu)(yu)制(zhi)造各種微小的(de)晶體(ti)管，是目前最適宜(yi)于(yu)(yu)制(zhi)造現代大規模集成(cheng)電路的(de)材料之一(yi)。

在(zai)硅(gui)(gui)提純的過程(cheng)中(zhong)，原(yuan)材(cai)料硅(gui)(gui)將被熔化(hua)，并放進一(yi)個巨大的石(shi)英(ying)熔爐。這時(shi)向熔爐里放入(ru)一(yi)顆晶種(zhong)(zhong)，以(yi)(yi)便硅(gui)(gui)晶體圍著這顆晶種(zhong)(zhong)生長(chang)，直(zhi)到形成一(yi)個幾近完美的單晶硅(gui)(gui)。以(yi)(yi)往的硅(gui)(gui)錠的直(zhi)徑大都是200毫米，而CPU廠商正(zheng)在(zai)增加300毫米(mi)晶圓(yuan)的生(sheng)產。

2、切割晶圓

硅錠造出來了，并被(bei)整(zheng)型成一個完美的圓柱體，接下(xia)來將被(bei)切割(ge)成片狀，稱為晶(jing)圓。晶(jing)圓才被(bei)真正用于CPU的(de)制造。所謂的(de)“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(de)硅晶片，并將(jiang)其劃(hua)分成多個細(xi)小的(de)區(qu)域(yu)(yu)，每個區(qu)域(yu)(yu)都將(jiang)成為一個CPU的內(nei)核(Die)。一般(ban)來說，晶圓切得越薄，相同量的(de)硅材料能夠制造的(de)CPU成品就越多。

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3、影印

在經過熱處理得(de)到的硅(gui)氧化(hua)物(wu)層上面涂敷(fu)一種光阻(Photoresist)物質，紫(zi)外線通(tong)過印制著CPU復(fu)雜電(dian)路結(jie)構圖樣的(de)模板照射硅基片，被紫外(wai)線照射的(de)地方光(guang)(guang)阻物質(zhi)溶解。而為(wei)了避免讓不需要(yao)被曝光(guang)(guang)的(de)區域也受到光(guang)(guang)的(de)干(gan)擾(rao)，必須制作(zuo)遮罩來(lai)遮蔽這(zhe)些(xie)區域。這(zhe)是(shi)個相當復(fu)雜的(de)過(guo)程，每一個遮罩的(de)復(fu)雜程度(du)得用10GB數據來描述(shu)。

4、蝕刻

這是CPU生產過程中重要操作，也是CPU工業(ye)中的(de)重頭技術。蝕(shi)刻(ke)技術把對(dui)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)應用推向了極(ji)限。蝕(shi)刻(ke)使(shi)用的(de)是波長很短(duan)(duan)的(de)紫外(wai)光(guang)(guang)(guang)(guang)并配(pei)合很大的(de)鏡頭。短(duan)(duan)波長的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)將透過這些石英遮罩的(de)孔照在光(guang)(guang)(guang)(guang)敏抗蝕(shi)膜(mo)(mo)上，使(shi)之曝光(guang)(guang)(guang)(guang)。接下來(lai)停止光(guang)(guang)(guang)(guang)照并移(yi)除遮罩，使(shi)用特定的(de)化學(xue)溶液清洗(xi)掉(diao)被曝光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)敏抗蝕(shi)膜(mo)(mo)，以及在下面(mian)緊貼(tie)著(zhu)抗蝕(shi)膜(mo)(mo)的(de)一層硅。

然后，曝光的(de)硅將被原子(zi)轟擊，使得暴(bao)露的(de)硅基片局部摻(chan)雜，從而(er)改變這些區(qu)域的(de)導電狀(zhuang)態，以制造出N井(jing)或P井，結合(he)上(shang)面制造的基片(pian)，CPU的(de)門(men)電路(lu)就完成(cheng)了(le)。

5、重復、分層

為加(jia)工新的一層電路，再次生長硅(gui)氧化物(wu)，然(ran)后沉積一層多(duo)晶(jing)硅(gui)，涂(tu)敷光阻(zu)物(wu)質，重復影印(yin)、蝕刻過程，得到含多(duo)晶(jing)硅(gui)和硅(gui)氧化物(wu)的溝槽(cao)結構。重復多(duo)遍，形成一個3D的結(jie)構，這才是最終(zhong)的CPU的核心。每幾層中間(jian)都要填上金屬作為導體。Intel的(de)Pentium 4處理器(qi)有7層，而AMD的Athlon 64則達到(dao)了9層(ceng)。層(ceng)數決定于設計時CPU的(de)布(bu)局(ju)，以(yi)及通過的(de)電流大小(xiao)。

6、封裝

這(zhe)時的CPU是一(yi)塊(kuai)塊(kuai)晶(jing)圓，它還不能直接(jie)被用(yong)(yong)戶(hu)使用(yong)(yong)，必須將它封(feng)入一(yi)個陶瓷的(de)或(huo)塑料的(de)封(feng)殼中，這樣它就可以很容(rong)易地裝在一(yi)塊(kuai)電(dian)路板上了。封(feng)裝結(jie)構各有不同，但越高級的(de)CPU封裝也越復雜(za)，新(xin)的(de)(de)封裝往往能(neng)帶(dai)來(lai)芯片電氣性(xing)能(neng)和(he)穩定性(xing)的(de)(de)提升(sheng)，并能(neng)間接地為主頻的(de)(de)提升(sheng)提供堅實可靠的(de)(de)基(ji)礎。

7、多次測試

測試是(shi)一(yi)個CPU制造的(de)重要環節，也是一塊CPU出(chu)廠前必要(yao)的考驗。這(zhe)一步將測試晶圓(yuan)的電(dian)氣性能，以檢查是否出(chu)了什(shen)么差(cha)錯，以及這(zhe)些差(cha)錯出(chu)現在(zai)哪個(ge)步驟（如果可能的話(hua)）。接下來(lai)，晶圓(yuan)上(shang)的每個(ge)CPU核心都將被(bei)分(fen)開測(ce)試(shi)。

由于SRAM（靜態隨(sui)機存儲器(qi)，CPU中緩(huan)存的基本組成）結構復(fu)雜(za)、密度(du)高，所以緩(huan)存是CPU中容易出問題(ti)的部分，對緩存的測試也是CPU測試中的(de)重(zhong)要部(bu)分(fen)。

每(mei)塊CPU將被進行完全測(ce)試，以檢驗其全部功能(neng)。某些(xie)CPU能夠在較(jiao)高(gao)的(de)頻率下(xia)運行，所(suo)以被標上了(le)較(jiao)高(gao)的(de)頻率；而有些CPU因為(wei)種種原(yuan)因運行(xing)頻率較低(di)，所以被(bei)標(biao)上了較低(di)的頻率。最(zui)后，個別CPU可能存(cun)在某些(xie)功能上的缺陷，如(ru)果問(wen)題出在緩(huan)存(cun)上，制造商仍(reng)然可以(yi)屏蔽掉它(ta)的部分緩(huan)存(cun)，這(zhe)意(yi)味(wei)著這(zhe)塊CPU依然能夠出售，只(zhi)是(shi)它可能是(shi)Celeron等低端產品。

當CPU被放(fang)(fang)進(jin)包(bao)(bao)裝盒(he)之(zhi)前，一般還要進(jin)行最(zui)后一次測試，以確(que)保之(zhi)前的(de)工作(zuo)準(zhun)確(que)無誤。根據前面確(que)定的(de)最(zui)高運行頻率和緩存(cun)的(de)不同，它們被放(fang)(fang)進(jin)不同的(de)包(bao)(bao)裝，銷(xiao)往世界(jie)各地(di)。