Κατασκευή τσιπ
Εάν ρωτήσετε ποια είναι η πρώτη ύλη του τσιπ, όλοι θα δώσουν εύκολα την απάντηση - είναι πυρίτιο. Αυτό δεν είναι ψεύτικο, αλλά από πού προέρχεται το πυρίτιο; Στην πραγματικότητα, είναι η πιο αξιοσημείωτη άμμος. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς. Η ακριβή, περίπλοκη δομή, το ισχυρό και μυστηριώδες τσιπ προέρχονται από την άμμο που είναι βασικά άχρηστη. Φυσικά, πρέπει να υπάρχει μια περίπλοκη διαδικασία κατασκευής στο μεταξύ.
Βασικές πρώτες ύλες για την παραγωγή τσιπ
Εάν ρωτήσετε ποια είναι η πρώτη ύλη του τσιπ, όλοι θα δώσουν εύκολα την απάντηση - είναι πυρίτιο. Αυτό δεν είναι ψεύτικο, αλλά από πού προέρχεται το πυρίτιο; Στην πραγματικότητα, είναι η πιο αξιοσημείωτη άμμος. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς. Η ακριβή, περίπλοκη δομή, το ισχυρό και μυστηριώδες τσιπ προέρχονται από την άμμο που είναι βασικά άχρηστη. Φυσικά, πρέπει να υπάρχει μια περίπλοκη διαδικασία κατασκευής στο μεταξύ. Ωστόσο, δεν είναι μόνο μια χούφτα άμμος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτες ύλες. Πρέπει να επιλεγεί προσεκτικά για να εξαχθεί η καθαρότερη πρώτη ύλη πυριτίου από αυτήν. Φανταστείτε εάν οι φθηνότερες πρώτες ύλες με επαρκή αποθέματα χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή τσιπς, ποια θα ήταν η ποιότητα του τελικού προϊόντος, μπορείτε ακόμα να χρησιμοποιήσετε έναν επεξεργαστή υψηλής απόδοσης όπως τώρα;
Εκτός από το πυρίτιο, ένα σημαντικό υλικό για την κατασκευή τσιπς είναι το μέταλλο. Μέχρι στιγμής, το αλουμίνιο έχει γίνει το κύριο μεταλλικό υλικό για την κατασκευή εσωτερικών τμημάτων επεξεργαστών, ενώ ο χαλκός σταδιακά εξαλείφεται. Αυτό οφείλεται σε ορισμένους λόγους. Στην τρέχουσα τάση λειτουργίας τσιπ, τα χαρακτηριστικά ηλεκτρομεταφοράς του αλουμινίου είναι σημαντικά καλύτερα από το χαλκό. Το λεγόμενο πρόβλημα ηλεκτρομετακίνησης αναφέρεται όταν ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτρονίων ρέει μέσω ενός τμήματος αγωγού, τα άτομα της αγωγού ουσίας επηρεάζονται από τα ηλεκτρόνια και αφήνουν την αρχική τους θέση, αφήνοντας κενές θέσεις. Η παραμονή σε άλλες τοποθεσίες θα προκαλέσει βραχυκύκλωμα σε άλλα μέρη και θα επηρεάσει τη λογική λειτουργία του τσιπ, γεγονός που θα κάνει το τσιπ άχρηστο.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πολλά Northwood Pentium 4 αντικαθίστανται με SNDS (Σύνδρομο North Wood Storm). Όταν οι λάτρεις του Overwood ξεπέρασαν το Northwood Pentium 4, ήταν πρόθυμοι να πετύχουν επιτυχία. Όταν η τάση του τσιπ αυξήθηκε σημαντικά, σοβαρά προβλήματα ηλεκτρομεταφοράς προκάλεσαν το τσιπ παράλυτο. Αυτή είναι η πρώτη εμπειρία της Intel&# 39 με τεχνολογία χαλκού διασύνδεσης και χρειάζεται σαφώς κάποια βελτίωση. Αλλά από την άλλη πλευρά, η χρήση της τεχνολογίας διασύνδεσης χαλκού μπορεί να μειώσει την περιοχή των τσιπ. Ταυτόχρονα, λόγω της χαμηλότερης αντίστασης του αγωγού χαλκού, το ρεύμα που διέρχεται από αυτόν είναι επίσης ταχύτερο.
Εκτός από αυτά τα δύο κύρια υλικά, απαιτούνται ορισμένοι τύποι χημικών πρώτων υλών στη διαδικασία σχεδιασμού τσιπ. Παίζουν διαφορετικούς ρόλους και δεν θα επαναληφθούν εδώ.
Το στάδιο προετοιμασίας της κατασκευής τσιπ
Αφού ολοκληρωθεί η συλλογή των απαραίτητων πρώτων υλών, ορισμένες από αυτές τις πρώτες ύλες πρέπει να υποστούν προεπεξεργασία. Ως η πιο σημαντική πρώτη ύλη, η επεξεργασία του πυριτίου είναι ζωτικής σημασίας. Πρώτα απ 'όλα, οι πρώτες ύλες πυριτίου πρέπει να καθαριστούν χημικά και αυτό το βήμα τις φέρνει σε επίπεδο πρώτων υλών που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τη βιομηχανία ημιαγωγών. Προκειμένου αυτές οι πρώτες ύλες πυριτίου να καλύψουν τις ανάγκες επεξεργασίας της ολοκληρωμένης κατασκευής κυκλωμάτων, πρέπει επίσης να διαμορφωθούν. Αυτό το βήμα επιτυγχάνεται με τήξη των πρώτων υλών πυριτίου και στη συνέχεια έκχυση υγρού πυριτίου σε ένα μεγάλο δοχείο χαλαζία υψηλής θερμοκρασίας.
Στη συνέχεια, οι πρώτες ύλες λιώνουν σε υψηλές θερμοκρασίες. Μάθαμε στην τάξη χημείας του Γυμνασίου ότι πολλά άτομα μέσα σε ένα στερεό έχουν κρυσταλλική δομή, όπως και το πυρίτιο. Προκειμένου να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις των επεξεργαστών υψηλής απόδοσης, ολόκληρη η πρώτη ύλη πυριτίου πρέπει να είναι πολύ καθαρή και μονοκρυσταλλική πυριτίου. Στη συνέχεια, η πρώτη ύλη πυριτίου αφαιρείται από το δοχείο υψηλής θερμοκρασίας με περιστροφικό τέντωμα και παράγεται μια κυλινδρική πλινθώματα πυριτίου. Κρίνοντας από τη διαδικασία που χρησιμοποιείται αυτήν τη στιγμή, η διάμετρος της κυκλικής διατομής του πλινθώματος πυριτίου είναι 200 mm. Αλλά τώρα η Intel και ορισμένες άλλες εταιρείες έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούν πλινθώματα πυριτίου διαμέτρου 300 mm. Είναι αρκετά δύσκολο να αυξηθεί η διατομή διατηρώντας παράλληλα τα διάφορα χαρακτηριστικά του πλινθώματος πυριτίου, αλλά όσο η εταιρεία είναι πρόθυμη να επενδύσει πολλά χρήματα για να μελετήσει, μπορεί να επιτευχθεί. Το εργοστάσιο της Intel&# 39 για την ανάπτυξη και παραγωγή πλινθωμάτων πυριτίου 300 mm κοστίζει περίπου 3,5 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Η επιτυχία της νέας τεχνολογίας επιτρέπει στην Intel να κατασκευάζει ολοκληρωμένα κυκλώματα με πιο περίπλοκες και ισχυρές λειτουργίες. Το εργοστάσιο πλινθώματος πυριτίου 200 χιλιοστών κοστίζει επίσης 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια. Η διαδικασία κατασκευής τσιπ ξεκινά με τον τεμαχισμό πλινθωμάτων πυριτίου.
Πλίνθωση με μονό κρύσταλλο
Αφού φτιάξετε την πλινθώματα πυριτίου και βεβαιωθείτε ότι είναι ένας απόλυτος κύλινδρος, το επόμενο βήμα είναι να τεμαχίσετε την κυλινδρική πλινθώματα πυριτίου. Όσο πιο λεπτή είναι η φέτα, τόσο λιγότερο υλικό χρησιμοποιείται και φυσικά μπορούν να παραχθούν περισσότερα τσιπ επεξεργαστή. Ο τεμαχισμός απαιτεί επίσης φινίρισμα καθρέφτη για να διασφαλιστεί ότι η επιφάνεια είναι απολύτως λεία και, στη συνέχεια, ελέγξτε για παραμόρφωση ή άλλα προβλήματα. Αυτό το βήμα της ποιοτικής επιθεώρησης είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθορίζει άμεσα την ποιότητα του ολοκληρωμένου τσιπ.
Τα νέα τεμάχια πρέπει να προσβληθούν με ορισμένες ουσίες για να τα καταστήσουν σε πραγματικά υλικά ημιαγωγών, και στη συνέχεια γράφονται κυκλώματα τρανζίστορ που αντιπροσωπεύουν διάφορες λογικές λειτουργίες. Τα άτομα με πρόσμιξη υλικού εισέρχονται στα κενά μεταξύ των ατόμων πυριτίου και οι ατομικές δυνάμεις δρουν το ένα στο άλλο έτσι ώστε οι πρώτες ύλες πυριτίου να έχουν τα χαρακτηριστικά των ημιαγωγών. Σήμερα, η κατασκευή ημιαγωγών της&# είναι περισσότερο μια διαδικασία CMOS (συμπληρωματικό μεταλλικό οξείδιο-ημιαγωγός). Ο όρος συμπληρωματικός αναφέρεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ τρανζίστορ MOS τύπου Ν και τρανζίστορ MOS τύπου P σε ημιαγωγούς. Τα Ν και Ρ αντιπροσωπεύουν το αρνητικό ηλεκτρόδιο και το θετικό ηλεκτρόδιο αντίστοιχα στην ηλεκτρονική διαδικασία. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η φέτα προσβάλλεται με χημικά για να σχηματίσει υπόστρωμα τύπου Ρ. Το λογικό κύκλωμα που γράφεται σε αυτό πρέπει να είναι σχεδιασμένο ώστε να ακολουθεί τα χαρακτηριστικά του κυκλώματος nMOS. Αυτός ο τύπος τρανζίστορ έχει μεγαλύτερη χρήση χώρου και είναι πιο ενεργειακά αποδοτικός. Ταυτόχρονα, στις περισσότερες περιπτώσεις, η εμφάνιση τρανζίστορ pMOS πρέπει να περιορίζεται όσο το δυνατόν περισσότερο, διότι, στα μεταγενέστερα στάδια της διαδικασίας κατασκευής, τα υλικά τύπου Ν πρέπει να εμφυτευτούν στο υπόστρωμα τύπου Ρ και αυτό Η διαδικασία θα οδηγήσει στο σχηματισμό σωλήνων pMOS.
Μετά την ολοκλήρωση των εργασιών ενσωμάτωσης χημικών, ολοκληρώνεται η τυπική κοπή. Στη συνέχεια, κάθε φέτα τοποθετείται σε κλίβανο υψηλής θερμοκρασίας και θερμαίνεται και δημιουργείται μεμβράνη διοξειδίου του πυριτίου στην επιφάνεια της φέτας ελέγχοντας τον χρόνο θέρμανσης. Παρακολουθώντας στενά τη θερμοκρασία, τη σύνθεση του αέρα και το χρόνο θέρμανσης, το πάχος του στρώματος πυριτίας μπορεί να ελεγχθεί. Στη διαδικασία κατασκευής των 90 νανομέτρων της Intel&# 39, το πλάτος του οξειδίου της πύλης είναι τόσο μικρό όσο ένα εκπληκτικό πάχος 5 ατόμων. Αυτό το κύκλωμα πύλης στρώματος είναι επίσης μέρος του κυκλώματος πύλης τρανζίστορ. Ο ρόλος του κυκλώματος πύλης τρανζίστορ είναι ο έλεγχος της ροής των ηλεκτρονίων μεταξύ τους. Μέσω του ελέγχου της τάσης πύλης, η ροή ηλεκτρονίων ελέγχεται αυστηρά, ανεξάρτητα από το μέγεθος της τάσης εισόδου και εξόδου. Η τελική διαδικασία του παρασκευάσματος είναι να καλύψει ένα φωτοευαίσθητο στρώμα στο στρώμα διοξειδίου του πυριτίου. Αυτό το στρώμα υλικού χρησιμοποιείται για άλλες εφαρμογές ελέγχου στο ίδιο στρώμα. Αυτό το στρώμα υλικού έχει καλή φωτοευαισθησία όταν στεγνώσει και αφού τελειώσει η διαδικασία φωτολιθογραφίας, μπορεί να διαλυθεί και να αφαιρεθεί με χημικές μεθόδους.
Φωτογράφιση
Αυτό είναι ένα πολύ περίπλοκο βήμα στην τρέχουσα διαδικασία κατασκευής τσιπ. Γιατί το λες αυτό? Η διαδικασία φωτογράφησης είναι να χρησιμοποιήσετε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός για να χαράξετε την αντίστοιχη βαθμολογία στο φωτοευαίσθητο στρώμα, αλλάζοντας έτσι τις χημικές ιδιότητες του υλικού εκεί. Αυτή η τεχνολογία έχει εξαιρετικά αυστηρές απαιτήσεις σχετικά με το μήκος κύματος του χρησιμοποιούμενου φωτός, το οποίο απαιτεί τη χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας μικρού μήκους κύματος και μεγάλων φακών καμπυλότητας. Η διαδικασία χάραξης επηρεάζεται επίσης από λεκέδες στη γκοφρέτα. Κάθε βήμα της χάραξης είναι μια περίπλοκη και λεπτή διαδικασία. Η ποσότητα των δεδομένων που απαιτούνται για το σχεδιασμό κάθε σταδίου της διαδικασίας μπορεί να μετρηθεί σε μονάδες των 10 GB, και τα βήματα χάραξης που απαιτούνται για την κατασκευή κάθε επεξεργαστή είναι περισσότερα από 20 βήματα (κάθε στρώμα χαράσσεται). Επιπλέον, εάν τα χαραγμένα σχέδια κάθε στρώματος μεγεθύνονται πολλές φορές, μπορεί να είναι ακόμη πιο περίπλοκο από το χάρτη ολόκληρης της πόλης της Νέας Υόρκης και της προαστιακής περιοχής. Φανταστείτε να μειώσετε ολόκληρο τον χάρτη της Νέας Υόρκης σε μια πραγματική περιοχήμόνο 100 τετραγωνικά χιλιοστά. Στο chip, τότε μπορείτε να φανταστείτε πόσο περίπλοκη είναι η δομή αυτού του chip.
Όταν ολοκληρωθούν όλα αυτά τα χαρακτικά, η γκοφρέτα αναποδογυρίζεται. Το φως μικρού μήκους κύματος ακτινοβολείται στο φωτοευαίσθητο στρώμα της γκοφρέτας μέσω της κοίλης εγκοπής στο πρότυπο χαλαζία και στη συνέχεια αφαιρείται το φως και το πρότυπο. Το υλικό φωτοευαίσθητης στιβάδας που εκτίθεται έξω απομακρύνεται με χημικές μεθόδους και το διοξείδιο του πυριτίου παράγεται αμέσως κάτω από την κενή θέση.
Ντοπάρισμα
Αφού αφαιρεθεί το εναπομένον υλικό φωτοευαίσθητης στιβάδας, αυτό που απομένει είναι το στρώμα διοξειδίου του πυριτίου της γεμισμένης τάφρου και το εκτεθειμένο στρώμα πυριτίου κάτω από το στρώμα. Μετά από αυτό το βήμα, ολοκληρώνεται ένα άλλο στρώμα διοξειδίου του πυριτίου. Στη συνέχεια, προστίθεται ένα άλλο στρώμα πολυπυριτίου με ένα φωτοευαίσθητο στρώμα. Το Polysilicon είναι ένας άλλος τύπος κυκλώματος πύλης. Λόγω της χρήσης πρώτων υλών μετάλλων (εξ ου και το όνομα ημιαγωγών μεταλλικού οξειδίου) εδώ, το πολυπυρίτιο επιτρέπει την εγκατάσταση πυλών πριν ενεργοποιηθεί η τάση στη θύρα ουράς τρανζίστορ. Το φωτοευαίσθητο στρώμα χαράζεται επίσης από το φως μικρού μήκους κύματος μέσω της μάσκας. Μετά από άλλη χάραξη, όλα τα απαιτούμενα κυκλώματα πύλης έχουν βασικά σχηματιστεί. Στη συνέχεια, το εκτεθειμένο στρώμα πυριτίου βομβαρδίζεται χημικά με ιόντα. Ο σκοπός εδώ είναι να δημιουργήσετε ένα κανάλι Ν ή ένα κανάλι P. Αυτή η διαδικασία ντόπινγκ δημιουργεί όλα τα τρανζίστορ και τη σύνδεση κυκλώματος μεταξύ τους. Κανένα τρανζίστορ δεν έχει είσοδο και έξοδο και τα δύο άκρα ονομάζονται θύρες.
Επαναλάβετε αυτήν τη διαδικασία
Από αυτό το βήμα, θα συνεχίσετε να προσθέτετε στρώματα, να προσθέτετε ένα στρώμα διοξειδίου του πυριτίου και στη συνέχεια λιθογραφία μία φορά. Επαναλάβετε αυτά τα βήματα και, στη συνέχεια, υπάρχει μια τρισδιάστατη αρχιτεκτονική πολλαπλών επιπέδων, η οποία είναι η εμβρυϊκή κατάσταση του επεξεργαστή που χρησιμοποιείτε αυτήν τη στιγμή. Μεταξύ κάθε στρώματος, χρησιμοποιείται η τεχνολογία της μεταλλικής επικάλυψης για τη διεξαγωγή της αγώγιμης σύνδεσης μεταξύ των στρωμάτων. Σήμερα, ο επεξεργαστής P4 του&# 7 χρησιμοποιεί μεταλλικές συνδέσεις 7, ενώ το Athlon64 χρησιμοποιεί 9 επίπεδα. Ο αριθμός των επιπέδων που χρησιμοποιούνται εξαρτάται από τον αρχικό σχεδιασμό διάταξης και δεν αντιπροσωπεύει άμεσα τη διαφορά απόδοσης του τελικού προϊόντος.
Τις επόμενες εβδομάδες, οι γκοφρέτες θα δοκιμαστούν μία προς μία, συμπεριλαμβανομένης της δοκιμής των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών της γκοφρέτας για να διαπιστωθεί εάν υπάρχουν λογικά σφάλματα, και εάν ναι, σε ποιο επίπεδο και ούτω καθεξής. Μετά από αυτό, κάθε μονάδα τσιπ στη γκοφρέτα που έχει πρόβλημα θα δοκιμαστεί ξεχωριστά για να προσδιοριστεί εάν το τσιπ έχει ειδικές ανάγκες επεξεργασίας.
Στη συνέχεια, ολόκληρη η γκοφρέτα κόβεται σε μεμονωμένες μονάδες επεξεργαστή. Στην αρχική δοκιμή, αυτές οι μονάδες που απέτυχαν στη δοκιμή θα εγκαταλειφθούν. Αυτές οι μονάδες chip που έχουν αποκοπεί θα συσκευαστούν με έναν συγκεκριμένο τρόπο ώστε να μπορούν να εισαχθούν ομαλά στη μητρική πλακέτα μιας συγκεκριμένης προδιαγραφής διασύνδεσης. Οι περισσότεροι επεξεργαστές Intel και AMD καλύπτονται με ψύκτρα. Αφού ολοκληρωθεί το τελικό προϊόν του επεξεργαστή, απαιτείται επίσης ένα πλήρες φάσμα δοκιμών λειτουργίας chip. Αυτό το μέρος θα παράγει διαφορετικούς βαθμούς προϊόντων, μερικά τσιπ λειτουργούν σε σχετικά υψηλή συχνότητα, επομένως το όνομα και ο αριθμός των προϊόντων υψηλής συχνότητας επισημαίνονται και αυτά τα τσιπ με σχετικά χαμηλές συχνότητες λειτουργίας τροποποιούνται σε ετικέτα, άλλα μοντέλα χαμηλής συχνότητας. Αυτός είναι ο επεξεργαστής διαφορετικής θέσης στην αγορά. Και ορισμένοι επεξεργαστές μπορεί να έχουν κάποιες ελλείψεις στη λειτουργία chip. Για παράδειγμα, έχει ελαττώματα στη λειτουργία προσωρινής μνήμης (αυτό το ελάττωμα είναι αρκετό για να προκαλέσει την παράλυση των περισσότερων μαρκών), τότε θα προστατευθούν από κάποια χωρητικότητα προσωρινής μνήμης, μειώνοντας την απόδοση και, φυσικά, μειώνοντας την τιμή του προϊόντος. Αυτό είναι το Celeron και η προέλευση του Sempron.
Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας συσκευασίας του τσιπ, πολλά προϊόντα πρέπει να πραγματοποιήσουν άλλη δοκιμή για να διασφαλίσουν ότι δεν υπάρχει παράλειψη στην προηγούμενη διαδικασία κατασκευής και το προϊόν συμμορφώνεται πλήρως με τις προδιαγραφές χωρίς απόκλιση.
Άρθρο και φωτογραφίες από το Διαδίκτυο, εάν υπάρχει παράβαση επικοινωνήστε πρώτα μαζί μας για διαγραφή.
Η NeoDen παρέχει λύσεις σειράς συναρμολόγησης afullSMT, όπως φούρνοSMTreflow, μηχανή συγκόλλησης κυμάτων, μηχανή επιλογής και τοποθέτησης, εκτυπωτής πάστας συγκόλλησης, φορτωτής PCB, εκφορτωτής PCB, μετρητής τσιπ, μηχανή SMT AOI, μηχανή SMT SPI, μηχανή ακτίνων X SMT, εξοπλισμός γραμμής συναρμολόγησης SMT, Εξοπλισμός παραγωγής PCB Ανταλλακτικά SMT, κ.λπ. κάθε είδους μηχανήματα SMT που χρειάζεστε, επικοινωνήστε μαζί μας για περισσότερες πληροφορίες:
Hangzhou NeoDen Technology Co., Ltd.
Ιστός:www.neodentech.com
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ:info@neodentech.com