Diez pasos del proceso de fabricación de CPU
(1) Purificación del silicio
El material utilizado para producir chips como las CPU es semiconductor. En esta etapa, el material principal es el silicio Si, que es un elemento no metálico. Desde un punto de vista químico, debido a que está ubicado en la unión del área de elementos metálicos y el área de elementos no metálicos en la tabla periódica de elementos, tiene propiedades semiconductoras y es adecuado para fabricar varios transistores pequeños. uno de los materiales más adecuados para la fabricación de circuitos integrados modernos a gran escala.
En el proceso de purificación del silicio, la materia prima, el silicio, se funde y se introduce en un enorme horno de cuarzo. En este momento, se coloca un cristal semilla en el horno para que el cristal de silicio crezca alrededor del cristal semilla hasta que se forme un silicio monocristalino casi perfecto. En el pasado, el diámetro de los lingotes de silicio era principalmente de 200 mm, mientras que los fabricantes de CPU están aumentando la producción de obleas de 300 mm.
(2) Cortar obleas
El lingote de silicio se fabrica y se le da forma de cilindro perfecto, que luego se cortará en láminas, llamadas obleas. En realidad, las obleas se utilizan en la fabricación de CPU. La llamada "oblea de corte" consiste en utilizar una máquina para cortar una oblea de silicio de especificaciones predeterminadas a partir de una varilla de silicio de un solo cristal y dividirla en múltiples áreas pequeñas, cada área se convertirá en el núcleo de una CPU (Die). En términos generales, cuanto más fina sea la oblea, más acabados se podrán fabricar con la misma cantidad de material de silicio.
(3) Fotolitografía
Se recubre un material fotorresistente sobre la capa de óxido de silicio tratada térmicamente y los rayos ultravioleta pasan a través de ella para imprimir los complejos circuitos de la CPU. el patrón estructural se irradia sobre el sustrato de silicio y el material fotorresistente se disuelve en las áreas expuestas a los rayos ultravioleta. Para evitar que las áreas que no necesitan estar expuestas sean perturbadas por la luz, se deben fabricar máscaras para bloquear estas áreas. Este es un proceso bastante complejo y cada máscara requiere 10 GB de datos para describir su complejidad.
(4) Grabado
Esta es una operación importante en el proceso de producción de CPU y una tecnología clave en la industria de CPU. La tecnología de grabado lleva la aplicación de la luz al límite. El grabado utiliza luz ultravioleta con una longitud de onda muy corta y una lente grande. La luz de longitud de onda corta brilla a través de los agujeros de estas máscaras de cuarzo sobre el fotorresistente, exponiéndolo. A continuación, se detiene la luz, se retira la máscara y se utiliza una solución química específica para limpiar la película fotorresistente expuesta y la capa de silicio directamente debajo de la película resistente.
El silicio expuesto luego será bombardeado con átomos, lo que provocará que el sustrato de silicio expuesto se dope localmente, cambiando así el estado conductor de estas áreas para crear pozos N o pozos P, combinados con el sustrato fabricado. Arriba, el circuito de compuerta de la CPU está completo.
(5) Repetir y estratificar
Para procesar una nueva capa de circuitos, vuelva a hacer crecer el óxido de silicio, luego deposite una capa de polisilicio, aplique material fotorresistente y repita el fotocopiado y durante el proceso. Mediante el proceso de grabado se obtiene una estructura en forma de zanja que contiene polisilicio y óxido de silicio. Repita muchas veces para formar una estructura 3D, que es el núcleo de la CPU final. Cada pocas capas se rellenan con metal como conductores. El procesador Pentium 4 de Intel tiene 7 capas, mientras que el Athlon 64 de AMD tiene 9 capas. El número de capas depende del diseño de la CPU durante el diseño y de la cantidad de corriente que pasa a través de ella.
(6) Embalaje
En este momento, la CPU es un trozo de oblea que el usuario no puede utilizar directamente. Debe sellarse en una carcasa de cerámica o plástico. De esta manera se puede montar fácilmente en una placa de circuito. Las estructuras de los paquetes varían, pero cuanto más avanzado es el paquete de la CPU, más complejo es. Los nuevos paquetes a menudo pueden mejorar el rendimiento eléctrico y la estabilidad del chip e indirectamente pueden proporcionar una base sólida y confiable para aumentar la frecuencia principal.
(7) Pruebas múltiples
Las pruebas son una parte importante de la fabricación de CPU y también son una prueba necesaria antes de que una CPU salga de fábrica. Este paso probará las propiedades eléctricas de la oblea para verificar si algo salió mal y, si es posible, en qué paso ocurrieron esos errores. A continuación, cada núcleo de CPU de la oblea se probará por separado.
Debido a la estructura compleja y la alta densidad de SRAM (memoria estática de acceso aleatorio, el componente básico del caché en la CPU), el caché es una parte de la CPU propensa a problemas y la prueba de El caché también es una parte importante de las pruebas de la CPU.
Cada CPU será probada completamente para verificar su completa funcionalidad.
Algunas CPU pueden funcionar a frecuencias más altas, por lo que están marcadas con frecuencias más altas, mientras que algunas CPU funcionan a frecuencias más bajas por diversas razones, por lo que están marcadas con frecuencias más bajas. Finalmente, las CPU individuales pueden tener algunos fallos funcionales. Si el problema radica en la caché, el fabricante aún puede bloquear parte de su caché, lo que significa que esta CPU aún se puede vender, pero puede que sea un producto de gama baja como Celeron. .
Cuando la CPU se coloca en la caja de embalaje, generalmente se realiza una prueba final para garantizar que el trabajo anterior sea preciso. Dependiendo de la frecuencia máxima de operación y el caché determinado previamente, se colocan en diferentes paquetes y se venden en todo el mundo.