Sản xuất chip
Nếu bạn hỏi nguyên liệu thô của chip là gì, mọi người sẽ dễ dàng đưa ra câu trả lời - đó là silicon. Điều này không sai, nhưng silicon đến từ đâu? Trong thực tế, nó là cát không đáng kể nhất. Thật khó để tưởng tượng. Cấu trúc phức tạp, đắt tiền, mạnh mẽ và bí ẩn đến từ cát về cơ bản là vô giá trị. Tất nhiên, phải có một quy trình sản xuất phức tạp ở giữa.
Nguyên liệu cơ bản để sản xuất chip
Nếu bạn hỏi nguyên liệu thô của chip là gì, mọi người sẽ dễ dàng đưa ra câu trả lời - đó là silicon. Điều này không sai, nhưng silicon đến từ đâu? Trong thực tế, nó là cát không đáng kể nhất. Thật khó để tưởng tượng. Cấu trúc phức tạp, đắt tiền, mạnh mẽ và bí ẩn đến từ cát về cơ bản là vô giá trị. Tất nhiên, phải có một quy trình sản xuất phức tạp ở giữa. Tuy nhiên, nó không chỉ là một nắm cát có thể được sử dụng làm nguyên liệu thô. Nó phải được lựa chọn cẩn thận để chiết xuất các nguyên liệu silicon tinh khiết nhất từ nó. Hãy tưởng tượng nếu các nguyên liệu thô rẻ nhất có đủ dự trữ được sử dụng để sản xuất chip, chất lượng của thành phẩm sẽ như thế nào, bạn vẫn có thể sử dụng bộ xử lý hiệu suất cao như bây giờ không?
Ngoài silicon, một vật liệu quan trọng để sản xuất chip là kim loại. Cho đến nay, nhôm đã trở thành vật liệu kim loại chính để chế tạo các bộ phận bên trong của bộ xử lý, trong khi đồng đang dần bị loại bỏ. Điều này là do một số lý do. Ở điện áp hoạt động của chip hiện tại, các đặc tính điện từ của nhôm tốt hơn đáng kể so với đồng. Cái gọi là vấn đề điện từ đề cập đến khi một số lượng lớn các electron chảy qua một phần của dây dẫn, các nguyên tử của chất dẫn bị tác động bởi các electron và rời khỏi vị trí ban đầu, để lại chỗ trống. Ở lại các vị trí khác sẽ gây đoản mạch ở những nơi khác và ảnh hưởng đến chức năng logic của chip, điều này sẽ khiến chip không thể sử dụng được.
Đây là lý do tại sao nhiều Northwood Pentium 4 được thay thế bằng SNDS (Hội chứng bão gỗ phía Bắc). Khi những người đam mê lần đầu tiên ép xung Northwood Pentium 4, họ rất mong muốn đạt được thành công. Khi điện áp chip tăng lên rất nhiều, các sự cố điện từ nghiêm trọng đã khiến chip bị tê liệt. Đây là trải nghiệm đầu tiên của Intel&với công nghệ kết nối đồng và rõ ràng nó cần một số cải tiến. Nhưng mặt khác, việc sử dụng công nghệ kết nối đồng có thể làm giảm diện tích chip. Đồng thời, do điện trở của dây dẫn đồng thấp hơn, dòng điện đi qua nó cũng nhanh hơn.
Ngoài hai vật liệu chính này, một số loại nguyên liệu hóa học là cần thiết trong quá trình thiết kế chip. Họ đóng vai trò khác nhau và sẽ không được lặp lại ở đây.
Giai đoạn chuẩn bị sản xuất chip
Sau khi hoàn thành việc thu thập các nguyên liệu thô cần thiết, một số nguyên liệu thô này cần được xử lý trước. Là nguyên liệu thô quan trọng nhất, việc xử lý silicon là rất quan trọng. Trước hết, nguyên liệu silicon phải được tinh chế hóa học, và bước này đưa chúng đến một mức nguyên liệu thô có thể được sử dụng bởi ngành công nghiệp bán dẫn. Để các nguyên liệu silicon này đáp ứng nhu cầu xử lý sản xuất mạch tích hợp, chúng cũng phải được định hình. Bước này được thực hiện bằng cách nấu chảy nguyên liệu silicon và sau đó đổ silicon lỏng vào một thùng chứa thạch anh nhiệt độ cao lớn.
Sau đó, các nguyên liệu thô được nấu chảy ở nhiệt độ cao. Chúng tôi đã học trong lớp hóa học ở trường cấp hai rằng nhiều nguyên tử bên trong vật rắn có cấu trúc tinh thể, cũng như silicon. Để đáp ứng các yêu cầu của bộ xử lý hiệu suất cao, toàn bộ nguyên liệu silicon phải là silicon nguyên chất và tinh thể cao. Sau đó, nguyên liệu silicon được lấy ra từ thùng chứa nhiệt độ cao bằng cách kéo dài quay và một thỏi silicon hình trụ được sản xuất. Đánh giá từ quá trình hiện đang sử dụng, đường kính của mặt cắt ngang hình tròn của thỏi silicon là 200 mm. Nhưng bây giờ Intel và một số công ty khác đã bắt đầu sử dụng các thỏi silicon đường kính 300 mm. Việc tăng diện tích mặt cắt ngang khá khó khăn trong khi vẫn giữ được các đặc tính khác nhau của phôi silicon, nhưng miễn là công ty sẵn sàng đầu tư nhiều tiền để nghiên cứu, nó vẫn có thể đạt được. Nhà máy của Intel&# 39 để phát triển và sản xuất các thỏi silicon 300 mm có giá khoảng 3,5 tỷ đô la Mỹ. Thành công của công nghệ mới cho phép Intel sản xuất các mạch tích hợp với các chức năng phức tạp và mạnh mẽ hơn. Nhà máy phôi silicon 200 mm cũng có giá 1,5 tỷ USD. Quá trình sản xuất chip bắt đầu bằng việc cắt các thỏi silicon.
Thỏi silic đơn tinh thể
Sau khi tạo thỏi silicon và đảm bảo rằng nó là một hình trụ tuyệt đối, bước tiếp theo là cắt thỏi silicon hình trụ. Lát càng mỏng, càng ít vật liệu được sử dụng và có thể sản xuất nhiều chip xử lý hơn. Cắt lát cũng yêu cầu hoàn thiện gương để đảm bảo rằng bề mặt hoàn toàn mịn, và sau đó kiểm tra biến dạng hoặc các vấn đề khác. Bước kiểm tra chất lượng này đặc biệt quan trọng, nó trực tiếp quyết định chất lượng của chip thành phẩm.
Các lát cắt mới phải được pha tạp với một số chất để biến chúng thành vật liệu bán dẫn thực sự, và sau đó các mạch bán dẫn đại diện cho các chức năng logic khác nhau được ghi vào chúng. Các nguyên tử pha tạp đi vào khoảng trống giữa các nguyên tử silicon và các lực nguyên tử tác dụng lên nhau để các nguyên liệu silicon có đặc tính của chất bán dẫn. Ngày nay, việc sản xuất chất bán dẫn của&# 39 là một quá trình CMOS (chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung). Thuật ngữ bổ sung dùng để chỉ sự tương tác giữa các bóng bán dẫn MOS loại N và bóng bán dẫn MOS loại P trong chất bán dẫn. N và P đại diện cho điện cực âm và điện cực dương tương ứng trong quy trình điện tử. Trong hầu hết các trường hợp, lát cắt được pha tạp hóa chất để tạo thành chất nền loại P. Mạch logic được viết nguệch ngoạc trên đó phải được thiết kế để tuân theo các đặc tính của mạch nMOS. Loại bóng bán dẫn này có mức sử dụng không gian cao hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Đồng thời, trong hầu hết các trường hợp, sự xuất hiện của bóng bán dẫn pMOS phải được hạn chế càng nhiều càng tốt, bởi vì, trong các giai đoạn sau của quy trình sản xuất, vật liệu loại N cần được cấy vào đế loại P, và điều này quá trình sẽ dẫn đến sự hình thành các ống pMOS.
Sau khi hoàn thành công việc kết hợp hóa chất, cắt lát tiêu chuẩn được hoàn thành. Sau đó, mỗi lát được đặt trong lò nhiệt độ cao và được gia nhiệt, và một màng silicon dioxide được tạo ra trên bề mặt lát bằng cách kiểm soát thời gian gia nhiệt. Bằng cách theo dõi chặt chẽ nhiệt độ, thành phần không khí và thời gian gia nhiệt, độ dày của lớp silica có thể được kiểm soát. Trong quy trình sản xuất 90 nanomet của Intel GG, chiều rộng ôxit cổng nhỏ bằng 5 nguyên tử dày đáng kinh ngạc. Mạch cổng lớp này cũng là một phần của mạch cổng bóng bán dẫn. Vai trò của mạch cổng bóng bán dẫn là kiểm soát dòng điện tử giữa chúng. Thông qua việc kiểm soát điện áp cổng, dòng điện tử được kiểm soát chặt chẽ, bất kể kích thước của điện áp cổng đầu vào và đầu ra. Quá trình cuối cùng của việc chuẩn bị là phủ một lớp cảm quang lên trên lớp silicon dioxide. Lớp vật liệu này được sử dụng cho các ứng dụng điều khiển khác trong cùng một lớp. Lớp vật liệu này có độ nhạy sáng tốt khi được sấy khô, và sau khi quá trình quang khắc kết thúc, nó có thể được hòa tan và loại bỏ bằng phương pháp hóa học.
Chụp ảnh
Đây là một bước rất phức tạp trong quy trình sản xuất chip hiện tại. tại sao bạn nói như vậy? Quá trình quang hóa là sử dụng một bước sóng ánh sáng nhất định để khắc điểm tương ứng trong lớp cảm quang, từ đó thay đổi tính chất hóa học của vật liệu ở đó. Công nghệ này có những yêu cầu cực kỳ nghiêm ngặt về bước sóng của ánh sáng được sử dụng, đòi hỏi phải sử dụng tia cực tím bước sóng ngắn và ống kính có độ cong lớn. Quá trình ăn mòn cũng bị ảnh hưởng bởi vết bẩn trên wafer. Mỗi bước khắc là một quá trình phức tạp và tinh tế. Lượng dữ liệu cần thiết để thiết kế từng bước của quy trình có thể được đo bằng đơn vị 10 GB và các bước khắc cần thiết để sản xuất mỗi bộ xử lý là hơn 20 bước (mỗi lớp được khắc). Hơn nữa, nếu bản vẽ khắc của mỗi lớp được phóng to nhiều lần, nó có thể còn phức tạp hơn bản đồ của toàn bộ Thành phố New York cộng với phạm vi ngoại ô. Hãy tưởng tượng giảm toàn bộ bản đồ New York xuống một khu vực thực tế củachỉ 100 mm vuông. Trên chip, sau đó bạn có thể tưởng tượng cấu trúc của con chip này phức tạp như thế nào.
Khi tất cả các bản khắc này được hoàn thành, wafer được lật lại. Ánh sáng bước sóng ngắn được chiếu vào lớp cảm quang của wafer thông qua phần rãnh rỗng trên mẫu thạch anh, và sau đó ánh sáng và mẫu được loại bỏ. Vật liệu lớp nhạy sáng tiếp xúc bên ngoài được loại bỏ bằng phương pháp hóa học và silicon dioxide ngay lập tức được tạo ra dưới vị trí trống.
Doping
Sau khi vật liệu lớp cảm quang còn lại được loại bỏ, phần còn lại là lớp silicon dioxide của rãnh đầy và lớp silicon lộ ra bên dưới lớp. Sau bước này, một lớp silicon dioxide khác được hoàn thành. Sau đó, một lớp polysilicon khác với lớp cảm quang được thêm vào. Polysilicon là một loại mạch cổng khác. Do sử dụng nguyên liệu kim loại (do đó có tên là chất bán dẫn oxit kim loại) ở đây, polysilicon cho phép các cổng được thiết lập trước khi điện áp ở cổng xếp hàng bóng bán dẫn hoạt động. Lớp cảm quang cũng được khắc bởi ánh sáng bước sóng ngắn qua mặt nạ. Sau khi khắc khác, tất cả các mạch cổng yêu cầu đã được hình thành về cơ bản. Sau đó, lớp silicon tiếp xúc bị bắn phá hóa học với các ion. Mục đích ở đây là tạo kênh N hoặc kênh P. Quá trình pha tạp này tạo ra tất cả các bóng bán dẫn và kết nối mạch giữa chúng. Không có bóng bán dẫn nào có đầu vào và đầu ra, và hai đầu được gọi là cổng.
Lặp lại quá trình này
Từ bước này, bạn sẽ tiếp tục thêm các lớp, thêm một lớp silicon dioxide, và sau đó in thạch bản một lần. Lặp lại các bước này và sau đó có kiến trúc ba chiều nhiều lớp, đó là trạng thái phôi của bộ xử lý bạn hiện đang sử dụng. Giữa mỗi lớp, công nghệ phủ kim loại được sử dụng để tiến hành kết nối dẫn giữa các lớp. Ngày nay, bộ xử lý P4 của&sử dụng 7 lớp kết nối kim loại, trong khi Athlon64 sử dụng 9 lớp. Số lượng lớp được sử dụng phụ thuộc vào thiết kế bố trí ban đầu và không thể hiện trực tiếp sự khác biệt về hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.
Trong vài tuần tới, các tấm wafer sẽ được kiểm tra từng cái một, bao gồm kiểm tra các đặc tính điện của wafer để xem có lỗi logic hay không, và nếu vậy, trên lớp nào, v.v. Sau đó, mỗi đơn vị chip trên wafer có vấn đề sẽ được kiểm tra riêng để xác định xem chip có nhu cầu xử lý đặc biệt hay không.
Sau đó, toàn bộ wafer được cắt thành các đơn vị chip xử lý riêng lẻ. Trong thử nghiệm ban đầu, những đơn vị thất bại trong thử nghiệm sẽ bị bỏ rơi. Các đơn vị chip bị cắt sẽ được đóng gói theo một cách nhất định để có thể dễ dàng chèn vào bo mạch chủ của một đặc tả giao diện nhất định. Hầu hết các bộ xử lý Intel và AMD đều được phủ một lớp tản nhiệt. Sau khi hoàn thành sản phẩm của bộ xử lý, một loạt các thử nghiệm chức năng chip cũng được yêu cầu. Phần này sẽ tạo ra các loại sản phẩm khác nhau, một số chip hoạt động ở tần số tương đối cao, vì vậy tên và số lượng sản phẩm tần số cao được dán nhãn và những chip có tần số hoạt động tương đối thấp được sửa đổi thành nhãn, các mẫu tần số thấp khác. Đây là bộ xử lý định vị thị trường khác nhau. Và một số bộ xử lý có thể có một số thiếu sót trong chức năng chip. Ví dụ, nó có khiếm khuyết trong chức năng bộ đệm (lỗi này đủ để làm cho hầu hết các chip bị tê liệt), sau đó chúng sẽ được bảo vệ khỏi một số dung lượng bộ đệm, giảm hiệu suất và tất nhiên, làm giảm giá sản phẩm. Đây là Celeron Và nguồn gốc của Sempron.
Sau khi quá trình đóng gói chip hoàn thành, nhiều sản phẩm phải tiến hành một thử nghiệm khác để đảm bảo rằng không có thiếu sót nào trong quy trình sản xuất trước đó và sản phẩm tuân thủ đầy đủ các thông số kỹ thuật mà không bị sai lệch.
Bài viết và hình ảnh từ internet, nếu có vi phạm, trước tiên hãy liên hệ với chúng tôi để xóa.
NeoDen cung cấp các giải pháp lắp ráp afullSMT, bao gồm lò nướng SSTreflow, máy hàn sóng, máy chọn và đặt, máy in hàn, bộ nạp PCB, bộ nạp PCB, bộ đếm chip, máy SMT AOI, máy SMT SPI, máy X-Ray SMT, thiết bị dây chuyền lắp ráp SMT, Thiết bị sản xuất PCB Phụ tùng thay thế, vv bất kỳ loại máy móc nào bạn có thể cần, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin:
Công ty TNHH Công nghệ Hàng Châu NeoDen
E-mail:info@neodentech.com