CPU的生產流程

1、硅提純

生產CPU等芯片(pian)的材(cai)料(liao)是半(ban)導體，現階段(duan)主要的材(cai)料(liao)是硅(gui)Si，這是(shi)一(yi)種(zhong)非(fei)金(jin)屬元(yuan)素(su)，從化學的角度來(lai)看，由(you)于(yu)它(ta)處于(yu)元(yuan)素(su)周期表中金(jin)屬元(yuan)素(su)區(qu)與(yu)非(fei)金(jin)屬元(yuan)素(su)區(qu)的交界處，所(suo)以具有半(ban)導體(ti)的性質，適(shi)合(he)于(yu)制(zhi)造(zao)各種(zhong)微(wei)小的晶體(ti)管(guan)，是(shi)目前最適(shi)宜于(yu)制(zhi)造(zao)現代大規模(mo)集(ji)成電路的材料之一(yi)。

在硅(gui)提(ti)純(chun)的(de)過程中，原材(cai)料硅(gui)將被熔(rong)化，并(bing)放進一個巨大的(de)石英(ying)熔(rong)爐。這時(shi)向熔(rong)爐里放入一顆(ke)晶(jing)(jing)種，以(yi)便(bian)硅(gui)晶(jing)(jing)體(ti)圍著這顆(ke)晶(jing)(jing)種生長，直到形(xing)成一個幾近完(wan)美的(de)單晶(jing)(jing)硅(gui)。以(yi)往的(de)硅(gui)錠(ding)的(de)直徑大都是(shi)200毫米(mi)，而CPU廠商(shang)正在增加300毫米晶圓的生產。

2、切割晶圓

硅錠造出來了(le)，并(bing)被(bei)整型成一個完美的圓柱(zhu)體(ti)，接下來將(jiang)被(bei)切割(ge)成片狀，稱為晶圓。晶圓才被(bei)真正用于(yu)CPU的制造。所謂(wei)的“切割(ge)晶圓”也(ye)就是用機器從單晶硅棒上切割(ge)下一(yi)片(pian)事先確定規格的硅晶片(pian)，并將其劃分成多個(ge)細小的區(qu)域，每(mei)個(ge)區(qu)域都將成為一(yi)個(ge)CPU的內核(Die)。一般來(lai)說，晶圓切(qie)得越薄(bo)，相同量(liang)的硅(gui)材料能夠制造(zao)的CPU成品就越(yue)多。

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3、影印

在經(jing)過熱(re)處理(li)得到的硅氧化物(wu)層(ceng)上面涂敷一種光阻(Photoresist)物質，紫外(wai)線(xian)通過印(yin)制著(zhu)CPU復雜(za)電(dian)路結構(gou)圖樣的(de)模板照(zhao)射硅基片，被(bei)紫外線(xian)照(zhao)射的(de)地方光阻物質(zhi)溶解。而(er)為(wei)了避免讓(rang)不需(xu)要被(bei)曝(pu)光的(de)區域也受(shou)到光的(de)干擾，必須制作遮罩來遮蔽(bi)這些區域。這是個(ge)相當復雜(za)的(de)過程(cheng)，每(mei)一個(ge)遮罩的(de)復雜(za)程(cheng)度得用10GB數據來描述。

4、蝕刻

這是(shi)CPU生產過程中重(zhong)要操作(zuo)，也是CPU工業中的(de)(de)(de)重頭(tou)技術(shu)。蝕刻技術(shu)把對光(guang)的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)推向(xiang)了(le)極限。蝕刻使用(yong)(yong)的(de)(de)(de)是(shi)波長很短(duan)的(de)(de)(de)紫外(wai)光(guang)并(bing)配(pei)合很大的(de)(de)(de)鏡頭(tou)。短(duan)波長的(de)(de)(de)光(guang)將透過這些石英遮(zhe)罩的(de)(de)(de)孔照(zhao)在(zai)光(guang)敏抗蝕膜(mo)上(shang)，使之曝光(guang)。接下來停止光(guang)照(zhao)并(bing)移除遮(zhe)罩，使用(yong)(yong)特定的(de)(de)(de)化學溶(rong)液(ye)清洗掉被曝光(guang)的(de)(de)(de)光(guang)敏抗蝕膜(mo)，以及在(zai)下面(mian)緊貼著抗蝕膜(mo)的(de)(de)(de)一層硅。

然后，曝(pu)光(guang)的硅將被原子轟擊，使(shi)得(de)暴露的硅基(ji)片局(ju)部摻雜，從(cong)而(er)改變(bian)這些區域(yu)的導(dao)電狀態，以制(zhi)造出N井(jing)或P井，結合上面制造的基片，CPU的門電(dian)路就(jiu)完成了。

5、重復、分層

為(wei)加工新的一層(ceng)電路(lu)，再(zai)次(ci)生長硅氧(yang)化物，然后沉積一層(ceng)多(duo)(duo)晶硅，涂敷光阻(zu)物質，重復影印、蝕刻過程(cheng)，得到含多(duo)(duo)晶硅和(he)硅氧(yang)化物的溝槽結構。重復多(duo)(duo)遍，形成一個3D的結構，這才是最終的CPU的(de)核心(xin)。每幾層中間都要填(tian)上(shang)金(jin)屬作為導(dao)體。Intel的(de)Pentium 4處理器有(you)7層，而AMD的Athlon 64則(ze)達到了9層。層數(shu)決定于設計時CPU的布局，以及(ji)通過的電流大小(xiao)。

6、封裝

這時的CPU是一(yi)(yi)塊塊晶圓，它還不能直接被(bei)用戶使用，必須將它封入一(yi)(yi)個陶瓷的或(huo)塑料的封殼中(zhong)，這(zhe)樣它就可以很(hen)容易地裝(zhuang)在一(yi)(yi)塊電路板上了(le)。封裝(zhuang)結(jie)構(gou)各有不同，但越(yue)高(gao)級(ji)的CPU封裝也(ye)越(yue)復雜(za)，新的(de)封裝往(wang)往(wang)能帶(dai)來芯片電氣性(xing)能和穩定(ding)性(xing)的(de)提升(sheng)(sheng)，并能間(jian)接地為主頻的(de)提升(sheng)(sheng)提供堅實可靠(kao)的(de)基礎。

7、多次測試

測試是一個CPU制(zhi)造的重(zhong)要(yao)環(huan)節，也是一塊CPU出(chu)廠前必要的(de)(de)(de)考驗(yan)。這一步(bu)將測試晶(jing)圓的(de)(de)(de)電氣(qi)性能(neng)，以檢查是否出(chu)了什么差(cha)錯，以及這些差(cha)錯出(chu)現在哪個(ge)(ge)步(bu)驟（如果可能(neng)的(de)(de)(de)話）。接(jie)下來，晶(jing)圓上的(de)(de)(de)每個(ge)(ge)CPU核心都將被(bei)分開測試。

由于(yu)SRAM（靜態隨(sui)機存儲器，CPU中緩存的基本組成(cheng)）結構復雜、密度(du)高，所以緩存是CPU中容易出問題的部分，對緩存的測(ce)試也(ye)是CPU測(ce)試(shi)中的(de)重要(yao)部分。

每塊CPU將被(bei)進行完全測試，以檢驗(yan)其全部功能。某些CPU能夠在較高(gao)的頻率下運行，所以被標上(shang)了較高(gao)的頻率；而有(you)些CPU因(yin)為種種原因(yin)運行頻(pin)率(lv)較(jiao)低，所以被標(biao)上(shang)了較(jiao)低的頻(pin)率(lv)。最后，個別CPU可(ke)能(neng)(neng)存(cun)在某些功能(neng)(neng)上的缺陷(xian)，如(ru)果問題出(chu)在緩(huan)存(cun)上，制造商仍然可(ke)以屏(ping)蔽掉它的部分(fen)緩(huan)存(cun)，這意味著這塊CPU依(yi)然能夠出售，只(zhi)是(shi)它可能是(shi)Celeron等低端產品。

當(dang)CPU被(bei)放(fang)進包(bao)裝(zhuang)盒之前，一(yi)般還要進行(xing)最(zui)后一(yi)次測試，以確保之前的(de)工作準確無誤。根據前面確定(ding)的(de)最(zui)高運行(xing)頻率和緩存(cun)的(de)不(bu)同(tong)，它們被(bei)放(fang)進不(bu)同(tong)的(de)包(bao)裝(zhuang)，銷往世(shi)界各地。