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电脑处理器CPU是如何从普通的沙子转变而来的

这个时候正是intel第六代酷睿处理器上市的时候,趁着这股热潮,小海给大家也搜罗了下资料,CPU是怎么从沙子变成运算能力这么强的电子元件的。不得不敬佩人类智慧和工艺,简直已成精。

沙漠里都是沙子

沙漠里都是沙子

说到沙子哪最多,沙漠。倒也不是说CPU厂非要建到沙漠边上,还能治理环境。沙子哪都有,主要能用的成分(石英)二氧化硅。往下看,说实话造一颗CPU真挺不容易的。沙子虽多,怎奈路途艰辛。

从沙子到CPU只需要十步,看似简单的十步走,实则人类的巨大进步

1、从沙子到单晶硅。

沙子中的石英经过提炼和一些工艺,会做成单晶硅棒

单晶硅棒

单晶硅棒

单晶硅棒实物就是这样的。CPU用的直径比这个大。外观看是金属,但是手感还像石头,半导体特性?为什么用单晶硅(有多晶硅),因为单晶纯度非常高而且分子结构稳定,抗热胀冷缩不变形。电子元件发热量都是很高的。

总结第一级段,从沙中石英提炼到单晶硅棒。

从沙子到单晶硅棒

从沙子到单晶硅棒

2、从单晶硅棒到晶圆。

晶圆

晶圆

晶圆

晶圆

这会知道为啥叫晶圆了吧。跟切薯片一样。晶圆经过抛光之后肯可以当镜子。其实前两步跟intel没多大关系。他会采购不止一家的原始晶圆。

第二步总结,晶棒切片。

晶棒切片成晶圆

晶棒切片成晶圆

3、在晶圆上光刻。

涂抹光刻胶

涂抹光刻胶

先在晶圆上涂光刻胶。旋转着涂,涂的均匀。

光刻

光刻

光刻,胶质层通过曝光和紫外线的作用下变得可溶,就是先把图纸刻在晶圆上。

刻在单一核心上的样子

刻在单一核心上的样子

第三步总结,涂胶,光刻,刻图纸到硅晶圆上。

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第三阶段合影

4、化学蚀刻,在晶圆上刻出结构,洗掉图纸。

上一步光刻之后,没用融掉的光刻胶(蓝色部分)反而在蚀刻阶段的保护胶(光刻胶不融于蚀刻用的化学物质)

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溶解光刻胶

使用化学物质,溶掉暴露的晶圆。光刻胶保护着非工区。

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蚀刻

蚀刻完成后,也会把光刻胶洗掉。检查原件状态是否跟图纸一致。

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清除光刻胶

第四步总结,化学蚀刻,清掉杂质。

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第四阶段合影

5、再次上胶刻蚀新结构,离子注入,清洗杂质。

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光刻胶

在离子注入阶段,经过加速和参杂其他原子的粒子流被注入到二次构建的特殊层。与其说注入不如说轰击,因为离子流速度跟光速一样。经过轰击改变这一区域硅的导电性。

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离子注入

最后清掉光刻胶。

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清除光刻胶

经过了以上5步,是不是已经有了这幅图的赶脚。

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一堆沙子的进化,这才走了一半。离修成正果还有五步,目前晶圆上每个核心的晶体管已初具规模。

6、铺设绝缘层和电镀铜。

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晶体管就绪

现在,需要在晶体管半成品上铺上绝缘材料(红色部分)在刻蚀出三个孔,用铜连接。晶体管之间和核心之间的通路,就是靠每个晶体管延伸出来这3个铜质引脚连接起来的。

电镀法在绝缘层上镀一层硫酸铜。电荷将操控铜离子均匀的附着在绝缘体表面。

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电镀

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铜层

第六步总结,晶体管已基本完工,电镀出导线。

7、抛光与布线。

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抛光

本步会打磨掉绝缘层以上多余的铜,只留晶体管的三个引脚。虽然看上去比较浪费。

晶体管之间架设立交桥一样的铜导线,连接晶体管与其他核心。

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金属层

看上去表面平滑的芯片,向这样的立体结构有20多层。所以整个CPU的图纸比北京市实地面积还大,一点也不夸张。

第七步总结,实际上到第七步整个芯片的制造过程已经差不多结束了。只不过是N多CPU都躺在一片晶圆上。

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第七阶段合影

8、一测,切片,丢弃不良品。

一测,会有一台专用探针接触CPU各个引脚,测试是能否通电。

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晶圆测试

测试完成之后,一整盘的CPU将被分割成单个个体。

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晶圆切片

分割之后,测试时标记未能通电的CPU将被丢弃。

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丢弃瑕疵内核

总结第八步,良品率这个概念在第八步有着直观的体现,随着工艺的成熟良品率会不断提高,从而摊薄成本。

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第八阶段合影

9、封装

从大晶圆上切下来的CPU,测试是正常产品后,将会发往封装环节。

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单个内核

封装环节就是把内核连接在基片上,基片下面就是我们能看见并且熟知的115X的针脚/触点。内核上面会跟散热+保护用的金属外壳连接。别看简单的金属盖裹着核心,这中间是用一般硅脂导热还是其他黑科技,直接关系到超频性能。

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封装

封装完成后,一颗CPU就呈现在各位面前了。

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处理器

第九步总结。从砂砾到CPU的进化已基本完成。当然实际的生产过程要复杂的多。

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第九阶段合影

10、二测,分拣,包装上市。

经历不少磨难,一颗性能卓越的CPU就要新鲜出炉了。出厂前最后一次测试至关重要。一测只是确定良品情况,二测要订本批次CPU的平均性能。

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等级测试

定完平均水平后,尖子生会单独挑出来。体质好的CPU会得一个K标(4790K的K)。普通些得就是大众水平喽,没有K。

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装箱

最后加上包装就可以上市了销售了。

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零售包装

第十步总结,人类智慧的结晶,从普通的沙子变成电脑CPU。直接加速了人类文明的进程。

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第十阶段合影

结尾彩蛋

通过小海这篇文章,简单介绍了CPU的生产制造过程。却也不能简单说,CPU就是从沙子里捡来的。CPU的制造代表着微电子,纳米工艺的顶尖技术。虽说美帝掌握核心科技,不过近年来国产CPU也在不断突破。希望有朝一日,国产CPU跟老美共同竞争。

文末彩蛋,当年intel生产工厂的老照片。工作人员简直是穿着宇航服在上班。车间里的空气净度都是10万级以上的。

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好的,文章就到这里,感谢你对软件海的关注。软件海将继续为你提供更实用的电脑、手机使用技巧分享,请大家继续支持小海。。

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吐槽区 7

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  1. #5

    好牛

    陈庚华律师1年前 (2015-10-19)
    • 谢谢光临,希望朋友常光临小站!

      小海1年前 (2015-10-27)
  2. #4

    希望小海给个电脑开机显示多少秒的小软件,要绿色的软件。看了小海的清理垃圾软件神器,装上了,卸了360,这下开机没速度提示有点小不习惯。

    人民币2年前 (2015-09-15)
  3. #3

    学到知识了,原来cpu是沙子做的。美帝真聪明。

    人民币2年前 (2015-09-15)
  4. #2

    我经常来看你新发表的文章,很不错,很实用

    小健2年前 (2015-09-14)
    • 谢谢朋友的支持,只是最近工作上的事比较多,可能网站更新的会比较慢,正在努力调整状态。

      小海2年前 (2015-09-14)
  5. #1

    cc

    1112年前 (2015-08-26)

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