Produkcja chipów
Jeśli zapytasz, z jakiego surowca jest chip, każdy z łatwością odpowie - to krzem. To nie jest fałsz, ale skąd pochodzi krzem? W rzeczywistości jest to najmniej niezwykły piasek. To' trudno sobie wyobrazić. Kosztowna, skomplikowana konstrukcja, potężny i tajemniczy chip pochodzi z piasku, który jest w zasadzie bezwartościowy. Oczywiście pomiędzy nimi musi być skomplikowany proces produkcyjny.
Podstawowe surowce do produkcji wiórów
Jeśli zapytasz, z jakiego surowca jest chip, każdy z łatwością odpowie - to krzem. To nie jest fałsz, ale skąd pochodzi krzem? W rzeczywistości jest to najmniej niezwykły piasek. To' trudno sobie wyobrazić. Kosztowna, skomplikowana konstrukcja, potężny i tajemniczy chip pochodzi z piasku, który jest w zasadzie bezwartościowy. Oczywiście pomiędzy nimi musi być skomplikowany proces produkcyjny. Jednak nie jest to tylko garść piasku, który można wykorzystać jako surowiec. Należy go starannie wyselekcjonować, aby wydobyć z niego najczystsze surowce krzemowe. Wyobraź sobie, że do produkcji wiórów użyto najtańszych surowców z wystarczającymi zapasami, jaka byłaby jakość gotowego produktu, czy nadal możesz używać procesora o wysokiej wydajności, takiego jak teraz?
Oprócz krzemu ważnym materiałem do produkcji wiórów jest metal. Jak dotąd aluminium stało się głównym materiałem metalowym do produkcji wewnętrznych części procesorów, podczas gdy miedź jest stopniowo eliminowana. Wynika to z kilku powodów. Przy obecnym napięciu roboczym chipa, charakterystyka elektromigracji aluminium jest znacznie lepsza niż miedzi. Tak zwany problem elektromigracji odnosi się do sytuacji, gdy duża liczba elektronów przepływa przez odcinek przewodnika, atomy substancji przewodnika są uderzane przez elektrony i opuszczają pierwotne położenie, pozostawiając puste miejsca. Przebywanie w innych lokalizacjach spowoduje zwarcie w innych miejscach i wpłynie na funkcje logiczne chipa, co spowoduje, że chip będzie bezużyteczny.
To jest powód, dla którego wiele Northwood Pentium 4 zostało zastąpionych SNDS (syndromem North Wood Storm). Kiedy entuzjaści po raz pierwszy przetaktowali Northwood Pentium 4, chcieli osiągnąć sukces. Kiedy napięcie chipa zostało znacznie zwiększone, poważne problemy z elektromigracją spowodowały sparaliżowanie chipa. To jest pierwsze doświadczenie Intel&# 39 z technologią połączeń miedzianych i wyraźnie wymaga pewnych ulepszeń. Ale z drugiej strony zastosowanie technologii połączeń miedzianych może zmniejszyć obszar chipa. Jednocześnie, ze względu na mniejszą rezystancję miedzianego przewodnika, przepływający przez niego prąd jest również szybszy.
Oprócz tych dwóch głównych materiałów w procesie projektowania chipów potrzebne są niektóre rodzaje surowców chemicznych. Odgrywają różne role i nie będą się tutaj powtarzać.
Etap przygotowawczy do produkcji chipów
Po zakończeniu zbiórki niezbędnych surowców część z nich wymaga wstępnej obróbki. Przetwarzanie krzemu, jako najważniejszego surowca, ma kluczowe znaczenie. Przede wszystkim surowce krzemowe muszą zostać oczyszczone chemicznie, a ten krok doprowadza je do poziomu surowca, który może być wykorzystany przez przemysł półprzewodników. Aby te surowce krzemowe spełniały potrzeby przetwarzania związane z wytwarzaniem układów scalonych, należy je również kształtować. Ten etap jest wykonywany przez stopienie surowców krzemowych, a następnie wlanie ciekłego krzemu do dużego wysokotemperaturowego pojemnika kwarcowego.
Następnie surowce są topione w wysokich temperaturach. Na lekcjach chemii w gimnazjum dowiedzieliśmy się, że wiele atomów wewnątrz ciała stałego ma strukturę krystaliczną, podobnie jak krzem. Aby sprostać wymaganiom wysokowydajnych procesorów, cały surowiec silikonowy musi być krzemem monokrystalicznym o wysokiej czystości. Następnie surowiec silikonowy jest wyjmowany z pojemnika wysokotemperaturowego przez rozciąganie obrotowe i wytwarzany jest cylindryczny wlewek krzemu. Sądząc po obecnie stosowanym procesie, średnica okrągłego przekroju wlewka krzemu wynosi 200 mm. Ale teraz Intel i niektóre inne firmy zaczęły używać wlewków krzemowych o średnicy 300 mm. Zwiększenie pola przekroju poprzecznego przy jednoczesnym zachowaniu różnych właściwości wlewka krzemowego jest dość trudne, ale dopóki firma jest skłonna zainwestować dużo pieniędzy w badania, nadal można to osiągnąć. Fabryka Intela&# 39 zajmująca się rozwojem i produkcją wlewków krzemowych o średnicy 300 mm kosztowała około 3,5 miliarda dolarów. Sukces nowej technologii umożliwił firmie Intel wytwarzanie układów scalonych o bardziej złożonych i wydajnych funkcjach. 200-milimetrowa fabryka wlewków krzemu również kosztowała 1,5 miliarda dolarów. Proces produkcji chipów rozpoczyna się od krojenia wlewków silikonowych.
Wlewek z monokrystalicznego krzemu
Po wykonaniu wlewka krzemu i upewnieniu się, że jest to absolutny cylinder, następnym krokiem jest przecięcie cylindrycznego wlewka krzemu. Im cieńszy plaster, tym mniej materiału jest używane i naturalnie można wyprodukować więcej wiórów procesora. Krojenie wymaga również lustrzanego wykończenia, aby powierzchnia była absolutnie gładka, a następnie sprawdź, czy nie ma zniekształceń lub innych problemów. Ten etap kontroli jakości jest szczególnie ważny, bezpośrednio określa jakość gotowego chipa.
Nowe plastry muszą być domieszkowane pewnymi substancjami, aby uczynić z nich rzeczywiste materiały półprzewodnikowe, a następnie zapisywane są na nich obwody tranzystorowe reprezentujące różne funkcje logiczne. Atomy materiału domieszkowanego wchodzą w szczeliny między atomami krzemu, a siły atomowe działają na siebie tak, że surowce krzemowe mają właściwości półprzewodników. Obecnie produkcja półprzewodników' jest bardziej procesem CMOS (uzupełniający półprzewodnik z tlenku metalu). Termin komplementarny odnosi się do interakcji między tranzystorami MOS typu N a tranzystorami MOS typu P w półprzewodnikach. N i P reprezentują odpowiednio elektrodę ujemną i elektrodę dodatnią w procesie elektronicznym. W większości przypadków plaster jest domieszkowany chemikaliami, aby utworzyć podłoże typu P. Zapisany na nim obwód logiczny musi być zaprojektowany tak, aby odpowiadał charakterystyce obwodu nMOS. Ten typ tranzystora ma większe wykorzystanie przestrzeni i jest bardziej energooszczędny. Jednocześnie w większości przypadków wygląd tranzystorów pMOS musi być jak najbardziej ograniczony, ponieważ na późniejszych etapach procesu produkcyjnego w podłoże typu P trzeba wszczepiać materiały typu N, a to proces doprowadzi do powstania rurek pMOS.
Po zakończeniu prac związanych z wprowadzaniem chemikaliów, standardowe krojenie jest zakończone. Następnie każdy plasterek umieszcza się w piecu wysokotemperaturowym i ogrzewa, a na powierzchni plastra wytwarza się warstewkę dwutlenku krzemu, kontrolując czas ogrzewania. Dzięki ścisłemu monitorowaniu temperatury, składu powietrza i czasu ogrzewania można kontrolować grubość warstwy krzemionki. W 90-nanometrowym procesie produkcyjnym Intel&# 39 szerokość tlenku bramki jest tak mała, jak zdumiewająca grubość 5 atomów. Ten obwód bramki warstwy jest również częścią obwodu bramki tranzystora. Rolą obwodu bramki tranzystora jest sterowanie przepływem elektronów między nimi. Poprzez kontrolę napięcia bramki przepływ elektronów jest ściśle kontrolowany, niezależnie od wielkości napięcia portu wejściowego i wyjściowego. Ostatnim procesem przygotowania jest pokrycie światłoczułej warstwy na warstwie dwutlenku krzemu. Ta warstwa materiału jest używana do innych zastosowań kontrolnych w tej samej warstwie. Ta warstwa materiału ma dobrą światłoczułość po wyschnięciu, a po zakończeniu procesu fotolitografii można ją rozpuścić i usunąć metodami chemicznymi.
Fototrawienie
To bardzo skomplikowany krok w obecnym procesie produkcji chipów. Dlaczego to mówisz? Proces fototrawienia polega na wykorzystaniu pewnej długości fali światła do wytrawienia odpowiedniego nacięcia w warstwie światłoczułej, zmieniając w ten sposób właściwości chemiczne tamtego materiału. Ta technologia ma niezwykle surowe wymagania dotyczące długości fali używanego światła, co wymaga użycia krótkich promieni ultrafioletowych i soczewek o dużej krzywiźnie. Plamy na waflu wpływają również na proces wytrawiania. Każdy etap wytrawiania to złożony i delikatny proces. Ilość danych potrzebnych do zaprojektowania każdego etapu procesu można mierzyć w jednostkach po 10 GB, a etapy wytrawiania wymagane do wyprodukowania każdego procesora to ponad 20 kroków (każda warstwa jest wytrawiona). Co więcej, jeśli wytrawione rysunki każdej warstwy są wielokrotnie powiększane, może to być nawet bardziej skomplikowane niż mapa całego Nowego Jorku wraz z podmiejskim zasięgiem. Wyobraź sobie redukcję całej mapy Nowego Jorku do rzeczywistego obszarutylko 100 milimetrów kwadratowych. Na chipie możesz sobie wyobrazić, jak skomplikowana jest struktura tego chipa.
Kiedy wszystkie te wytrawianie są zakończone, opłatek jest odwracany. Światło o krótkiej fali jest naświetlane na światłoczułą warstwę płytki przez wydrążone wycięcie na kwarcowym szablonie, a następnie światło i szablon są usuwane. Materiał warstwy światłoczułej odsłonięty na zewnątrz jest usuwany metodami chemicznymi, a dwutlenek krzemu jest natychmiast wytwarzany w wolnej pozycji.
Doping
Po usunięciu pozostałego materiału warstwy światłoczułej pozostaje warstwa dwutlenku krzemu wypełnionego wykopu i odsłonięta warstwa krzemu pod warstwą. Po tym kroku kończy się kolejna warstwa dwutlenku krzemu. Następnie dodaje się kolejną warstwę polikrzemu z warstwą światłoczułą. Polikrzem to inny rodzaj obwodu bramki. Ze względu na zastosowanie tutaj surowców metalowych (stąd nazwa półprzewodniki z tlenków metali), polikrzem pozwala na założenie bramek zanim napięcie w porcie kolejki tranzystora stanie się aktywne. Warstwa światłoczuła jest również wytrawiana przez światło o krótkiej długości fali przez maskę. Po kolejnym wytrawianiu wszystkie wymagane obwody bramek zostały w zasadzie uformowane. Następnie odsłonięta warstwa krzemu jest bombardowana chemicznie jonami. Celem jest tutaj utworzenie kanału N lub kanału P. Ten proces domieszkowania tworzy wszystkie tranzystory i połączenie obwodu między nimi. Żaden tranzystor nie ma wejścia i wyjścia, a oba końce nazywane są portami.
Powtórz ten proces
Od tego kroku będziesz kontynuować dodawanie warstw, dodawanie warstwy dwutlenku krzemu, a następnie raz litografii. Powtórz te kroki, a następnie pojawi się wielowarstwowa trójwymiarowa architektura, która jest stanem embrionalnym procesora, którego obecnie używasz. Pomiędzy każdą warstwą zastosowano technologię powlekania metalu, aby wykonać przewodzące połączenie między warstwami. Obecnie procesor P4&# 39 wykorzystuje 7 warstw metalowych połączeń, podczas gdy Athlon64 wykorzystuje 9 warstw. Liczba zastosowanych warstw zależy od początkowego projektu układu i nie odzwierciedla bezpośrednio różnicy w wydajności produktu końcowego.
W ciągu następnych kilku tygodni płytki będą testowane jeden po drugim, w tym testowanie właściwości elektrycznych płytki, aby sprawdzić, czy występują błędy logiczne, a jeśli tak, to w której warstwie i tak dalej. Następnie każdy moduł chipa w płytce, w którym występuje problem, będzie testowany indywidualnie w celu ustalenia, czy chip ma specjalne potrzeby przetwarzania.
Następnie cała płytka jest cięta na poszczególne jednostki chipów procesora. W pierwszym teście jednostki, które nie przeszły testu, zostaną porzucone. Te odcięte jednostki chipowe zostaną zapakowane w określony sposób, aby można je było bezproblemowo umieścić na płycie głównej o określonej specyfikacji interfejsu. Większość procesorów Intel i AMD jest pokryta radiatorem. Po ukończeniu gotowego produktu procesora wymagany jest również pełen zakres testów działania chipa. Ta część będzie produkować różne gatunki produktów, niektóre chipy działają ze stosunkowo wysoką częstotliwością, więc nazwa i liczba produktów o wysokiej częstotliwości są etykietowane, a chipy o stosunkowo niskich częstotliwościach roboczych są modyfikowane w celu oznaczenia innych modeli o niskiej częstotliwości. To jest procesor o różnej pozycji na rynku. Niektóre procesory mogą mieć pewne wady w działaniu chipa. Na przykład ma wady w funkcji cache (ta wada wystarczy, aby sparaliżować większość chipów), wtedy będą one chronione przed jakąś pojemnością pamięci podręcznej, zmniejszając wydajność i oczywiście obniżając cenę produktu. To jest Celeron i pochodzenie Sempron.
Po zakończeniu procesu pakowania chipa wiele produktów musi przejść kolejny test, aby upewnić się, że nie pominięto poprzedniego procesu produkcyjnego, a produkt jest w pełni zgodny ze specyfikacjami bez odchyleń.
Artykuł i zdjęcia z internetu, jeśli wystąpią jakiekolwiek naruszenia, najpierw skontaktuj się z nami, aby usunąć.
NeoDen zapewnia pełne rozwiązania dla linii montażowych SMT, w tym piec SMTreflow, maszynę do lutowania falowego, maszynę typu pick and place, drukarkę pasty lutowniczej, ładowarkę PCB, urządzenie wyładowcze PCB, frezarkę, maszynę SMT AOI, maszynę SMT SPI, maszynę SMT X-Ray, wyposażenie linii montażowej SMT, Sprzęt do produkcji PCB Części zamienne SMT itp. Wszelkiego rodzaju maszyny SMT, których możesz potrzebować, skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji:
Hangzhou NeoDen Technology Co., Ltd.
Sieć:www.neodentech.com
E-mail:info@neodentech.com