电子芯片里面那么多的晶体管是怎么安装生产的?谢谢
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发布时间：2022-04-23 23:00
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时间：2023-10-12 23:54
芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节，其中晶片制作过程尤为的复杂。首先是芯片设计，根据设计的需求，生成的“图样”
1、芯片的原料晶圆
晶圆的成分是硅，硅是由石英沙所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%），接着是将这些纯硅制成硅晶棒，成为制造集成电路的石英半导体的材料，将其切片就是芯片制作具体所需要的晶圆。晶圆越薄，生产的成本越低，但对工艺就要求的越高。
2、晶圆涂膜
晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力，其材料为光阻的一种。
3、晶圆光刻显影、蚀刻
在晶圆（或衬底）表面涂上一层光刻胶并烘干。烘干后的晶圆被传送到光刻机里面。光线透过一个掩模把掩模上的图形投影在晶圆表面的光刻胶上，实现曝光，激发光化学反应。对曝光后的晶圆进行第二次烘烤，即所谓的曝光后烘烤，后烘烤是的光化学反应更充分。
最后，把显影液喷洒到晶圆表面的光刻胶上，对曝光图形显影。显影后，掩模上的图形就被存留在了光刻胶上。涂胶、烘烤和显影都是在匀胶显影机中完成的，曝光是在光刻机中完成的。匀胶显影机和光刻机一般都是联机作业的，晶圆通过机械手在各单元和机器之间传送。
整个曝光显影系统是封闭的，晶圆不直接暴露在周围环境中，以减少环境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响。
该过程使用了对紫外光敏感的化学物质，即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蚀剂，使得其遇紫外光就会溶解。
这时可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了，而这效果正是我们所要的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。
4、掺加杂质
将晶圆中植入离子，生成相应的P、N类半导体。具体工艺为从硅片上暴露的区域开始，放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式，使每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层，但复杂的芯片通常有很多层，这时候将该流程不断的重复，不同层可通过开启窗口联接起来。
这一点类似多层PCB板的制作原理。 更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层，这时候通过重复光刻以及上面流程来实现，形成一个立体的结构。
5、晶圆测试
经过上面的几道工艺之后，晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。一般每个芯片的拥有的晶粒数量是庞大的，组织一次针测试模式是非常复杂的过程，这要求了在生产的时候尽量是同等芯片规格构造的型号的大批量的生产。
数量越大相对成本就会越低，这也是为什么主流芯片器件造价低的一个因素。
6、封装
将制造完成晶圆固定，绑定引脚，按照需求去制作成各种不同的封装形式，这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等等。这里主要是由用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。
7、测试、包装
经过上述工艺流程以后，芯片制作就已经全部完成了，这一步骤是将芯片进行测试、剔除不良品，以及包装。
扩展资料
集成电路（IC）芯片在封装工序之后，必须要经过严格地检测才能保证产品的质量，芯片外观检测是一项必不可少的重要环节，它直接影响到IC产品的质量及后续生产环节的顺利进行。外观检测的方法有三种：
1、传统的手工检测方法，主要靠目测，手工分检，可靠性不高，检测效率较低，劳动强度大，检测缺陷有疏漏，无法适应大批量生产制造；
2、基于激光测量技术的检测方法，该方法对设备的硬件要求较高，成本相应较高，设备故障率高，维护较为困难；
3、基于机器视觉的检测方法，这种方法由于检测系统硬件易于集成和实现、检测速度快、检测精度高，而且使用维护较为简便，因此，在芯片外观检测领域的应用也越来越普遍，是IC芯片外观检测的一种发展趋势。
参考资料来源：百度百科-IC芯片
参考资料来源：百度百科-芯片
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时间：2023-10-12 23:54
芯片制造的整个过程包括芯片设计、芯片制造、封装制造、测试等。芯片制造过程特别复杂。首先是芯片设计，根据设计要求，生成“图案”
1、晶片材料
硅片的成分是硅，硅由石英砂精制而成。硅片经硅元素（99．999％）提纯后制成硅棒，成为制造集成电路的石英半导体材料。芯片是芯片制造所需的特定晶片。晶圆越薄，生产成本就越低，但对工艺的要求就越高。
2、晶圆涂层
硅片涂层具有抗氧化、耐温的特点，其材料是一种光刻胶。
3、晶圆光刻技术的发展与蚀刻
在晶片（或基板）表面涂上一层光刻胶并干燥。干燥的晶片被转移到光刻机上。通过掩模，光将掩模上的图案投射到晶圆表面的光刻胶上，实现曝光和化学发光反应。曝光后的晶圆进行二次烘烤，即所谓曝光后烘烤，烘烤后的光化学反应更为充分。
最后，显影剂被喷在晶圆表面的光刻胶上以形成曝光图案。显影后，掩模上的图案保留在光刻胶上。糊化、烘焙和显影都是在均质显影剂中完成的，曝光是在平版印刷机中完成的。均化显影机和光刻机一般都是在线操作，晶片通过机械手在各单元和机器之间传送。
整个曝光显影系统是封闭的，晶片不直接暴露在周围环境中，以减少环境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响。
这个过程使用对紫外线敏感的化学物质，当暴露在紫外线下时会变软。通过控制阴影对象的位置可以得到芯片的形状。硅片上涂有光刻胶，使其在紫外光下溶解。
这时，防晒霜的第一部分可以在紫外线直射下溶解，然后用溶剂洗掉。所以其他的形状和阴影是一样的，这个效果正是我们想要的。这样，我们可以得到我们需要的二氧化硅层。
4、掺杂杂质
相应的P和N半导体是通过向晶圆中注入离子而形成的。具体工艺是从硅片上的裸露区域开始，将其放入化学离子混合物中。这个过程将改变掺杂区的传导模式，使每个晶体管都能打开、关闭或携带数据。一个简单的芯片只能使用一层，但一个复杂的芯片通常有许多层。此时，该过程连续重复，通过打开窗口可以连接不同的层。
这与多层PCB的制造原理类似。更复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层，这可以通过重复光刻和上述过程来实现，以形成三维结构。
5、晶圆试验
经过上述处理后，晶圆上形成点阵状晶粒。用针法测试了各晶粒的电学性能。一般来说，每个芯片都有大量的晶粒，组织一次pin测试模式是一个非常复杂的过程，这就要求尽可能批量生产相同规格型号的芯片。
数量越大，相对成本就越低，这也是主流芯片设备成本低的一个因素。
6、封装
同一片芯片芯可以有不同的封装形式，其原因是晶片固定，引脚*，根据需要制作不同的封装形式。例如：dip、QFP、PLCC、QFN等，这主要取决于用户的应用习惯、应用环境、市场形态等外围因素。
7、测试、包装
经过上述过程，芯片生产已经完成。这一步是测试芯片，去除有缺陷的产品，并包装。
扩展资料：
芯片封装工艺完成后，必须进行严格的测试，以保证产品质量。芯片外观检测是集成电路生产中必不可少的重要环节，直接影响到集成电路产品的质量和后续生产环节的顺利进行。外观检查有三种方法：
1、传统的手工检测方法主要依靠目视检测，手工检测可靠性低，检测效率低，劳动强度高，检测缺陷有遗漏，无法适应批量生产和制造；
2、该方法基于激光测量技术的检测方法，硬件要求高，成本高，故障率高，维护困难；
3、基于机器视觉的检测方法，由于检测系统硬件易于集成和实现，检测速度快，检测精度高，使用维护相对简单，因此在芯片外观检测领域的应用越来越普遍，这是集成电路芯片外观检测的发展趋势。
参考资料来源：百度百科-IC芯片
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时间：2023-10-12 23:55
基本材料
多数人都知道，现代的CPU是使用硅材料制成的。硅是一种非金属元素，从化学的角度来看，由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处，所以具有半导体的性质，适合于制造各种微小的晶体管，是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。从某种意义上说，沙滩上的沙子的主要成分也是硅（二氧化硅），而生产CPU所使用的硅材料，实际上就是从沙子里面提取出来的。当然，CPU的制造过程中还要使用到一些其它的材料，这也就是为什么我们不会看到Intel或者AMD只是把成吨的沙子拉往他们的制造厂。同时，制造CPU对硅材料的纯度要求极高，虽然来源于廉价的沙子，但是由于材料提纯工艺的复杂，我们还是无法将一百克高纯硅和一吨沙子的价格相提并论。
制造CPU的另一种基本材料是金属。金属被用于制造CPU内部连接各个元件的电路。铝是常用的金属材料之一，因为它廉价，而且性能不差。而现今主流的CPU大都使用了铜来代替铝，因为铝的电迁移性太大，已经无法满足当前飞速发展的CPU制造工艺的需要。所谓电迁移，是指金属的个别原子在特定条件下（例如高电压）从原有的地方迁出。
很显然，如果不断有原子从连接元件的金属微电路上迁出，电路很快就会变得千疮百孔，直到断路。这也就是为什么超频者尝试对Northwood Pentium 4的电压进行大幅度提升时，这块悲命的CPU经常在“突发性Northwood死亡综合症（Sudden Northwood Death Syndrome，SNDS）”中休克甚至牺牲的原因。SNDS使得Intel第一次将铜互连（Copper Interconnect）技术应用到CPU的生产工艺中。铜互连技术能够明显的减少电迁移现象，同时还能比铝工艺制造的电路更小，这也是在纳米级制造工艺中不可忽视的一个问题。
不仅仅如此，铜比铝的电阻还要小得多。种种优势让铜互连工艺迅速取代了铝的位置，成为CPU制造的主流之选。除了硅和一定的金属材料之外，还有很多复杂的化学材料也参加了CPU的制造工作。
准备工作
解决制造CPU的材料的问题之后，我们开始进入准备工作。在准备工作的过程中，一些原料将要被加工，以便使其电气性能达到制造CPU的要求。其一就是硅。首先，它将被通过化学的方法提纯，纯到几乎没有任何杂质。同时它还得被转化成硅晶体，从本质上和海滩上的沙子划清界限。
在这个过程中，原材料硅将被熔化，并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种，以便硅晶体围着这颗晶种生长，直到形成一个几近完美的单晶硅。如果你在高中时把硫酸铜结晶实验做的很好，或者看到过单晶冰糖是怎么制造的，相信这个过程不难理解。同时你需要理解的是，很多固体物质都具有晶体结构，例如食盐。CPU制造过程中的硅也是这样。小心而缓慢的搅拌硅的熔浆，硅晶体包围着晶种向同一个方向生长。最终，一块硅锭产生了。
现在的硅锭的直径大都是200毫米，而CPU厂商正在准备制造300毫米直径的硅锭。在确保质量不变的前提下制造更大的硅锭难度显然更大，但CPU厂商的投资解决了这个技术难题。建造一个生产300毫米直径硅锭的制造厂大约需要35亿美元，Intel将用其产出的硅材料制造更加复杂的CPU。而建造一个相似的生产200毫米直径硅锭的制造厂只要15亿美元。作为第一个吃螃蟹的人，Intel显然需要付出更大的代价。花两倍多的钱建造这样一个制造厂似乎很划不来，但从下文可以看出，这个投资是值得的。硅锭的制造方法还有很多，上面介绍的只是其中一种，叫做CZ制造法。
硅锭造出来了，并被整型成一个完美的圆柱体，接下来将被切割成片状，称为晶圆。晶圆才被真正用于CPU的制造。一般来说，晶圆切得越薄，相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。接下来晶圆将被磨光，并被检查是否有变形或者其它问题。在这里，质量检查直接决定着CPU的最终良品率，是极为重要的。
没有问题的晶圆将被掺入适当的其它材料，用以在上面制造出各种晶体管。掺入的材料沉积在硅原子之间的缝隙中。目前普遍使用的晶体管制造技术叫做CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconctors，互补式金属氧化物半导体）技术，相信这个词你经常见到。简单的解释一下，CMOS中的C（Complementary）是指两种不同的MOS电路“N”电路和“P”电路之间的关系：它们是互补的。
在电子学中，“N”和“P”分别是Negative和Positive的缩写，用于表示极性。可以简单的这么理解，在“N”型的基片上可以安装“P”井制造“P”型的晶体管，而在“P”型基片上则可以安装“N”井制造“N”型晶体管。在多数情况下，制造厂向晶圆里掺入相关材料以制造“P”基片，因为在“P”基片上能够制造出具有更优良的性能，并且能有效的节省空间的“N”型晶体管；而这个过程中，制造厂会尽量避免产生“P”型晶体管。
接下来这块晶圆将被送入一个高温熔炉，当然这次我们不能再让它熔化了。通过密切监控熔炉内的温度、压力和加热时间，晶圆的表面将被氧化成一层特定厚度的二氧化硅（SiO2），作为晶体管门电路的一部分—基片。如果你学过逻辑电路之类的，你一定会很清楚门电路这个概念。通过门电路，输入一定的电平将得到一定的输出电平，输出电平根据门电路的不同而有所差异。电平的高低被形象的用0和1表示，这也就是计算机使用二进制的原因。在Intel使用90纳米工艺制造的CPU中，这层门电路只有5个原子那么厚。
准备工作的最后一步是在晶圆上涂上一层光敏抗蚀膜，它具有光敏性，并且感光的部分能够被特定的化学物质清洗掉，以此与没有曝光的部分分离。
完成门电路
这是CPU制造过程中最复杂的一个环节，这次使用到的是光微刻技术。可以这么说，光微刻技术把对光的应用推向了极限。CPU制造商将会把晶圆上覆盖的光敏抗蚀膜的特定区域曝光，并改变它们的化学性质。而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰，必须制作遮罩来遮蔽这些区域。想必你已经在Photoshop之类的软件里面认识到了遮罩这个概念，在这里也大同小异。
在这里，即使使用波长很短的紫外光并使用很大的镜头，也就是说，进行最好的聚焦，遮罩的边缘依然会受到影响，可以简单的想象成边缘变模糊了。请注意我们现在讨论的尺度，每一个遮罩都复杂到不可想象，如果要描述它，至少得用10GB的数据，而制造一块CPU，至少要用到20个这样的遮罩。对于任意一个遮罩，请尝试想象一下北京市的地图，包括它的郊区；然后将它缩小到一块一平方厘米的小纸片上。最后，别忘了把每块地图都连接起来，当然，我说的不是用一条线连连那么简单。
当遮罩制作完成后，它们将被覆盖在晶圆上，短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上，使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩，使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜，以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。
当剩余的光敏抗蚀膜也被去除之后，晶圆上留下了起伏不平的二氧化硅山脉，当然你不可能看见它们。接下来添加另一层二氧化硅，并加上了一层多晶硅，然后再覆盖一层光敏抗蚀膜。多晶硅是上面提到的门电路的另一部分，而以前这是用金属制造而成的（即CMOS里的M：Metal）。光敏抗蚀膜再次被盖上决定这些多晶硅去留的遮罩，接受光的洗礼。然后，曝光的硅将被原子轰击，以制造出N井或P井，结合上面制造的基片，门电路就完成了。
重复
可能你会以为经过上面复杂的步骤，一块CPU就已经差不多制造完成了。实际上，到这个时候，CPU的完成度还不到五分之一。接下来的步骤与上面所说的一样复杂，那就是再次添加二氧化硅层，再次蚀刻，再次添加……重复多遍，形成一个3D的结构，这才是最终的CPU的核心。每几层中间都要填上金属作为导体。Intel的Pentium 4处理器有7层，而AMD的Athlon 64则达到了9层。层数决定于设计时CPU的布局，以及通过的电流大小。
测试、测试和测试
在经过几个星期的从最初的晶圆到一层层硅、金属和其它材料的CPU核心的制造过程之后，该是看看制造出来的这个怪物的时候了。这一步将测试晶圆的电气性能，以检查是否出了什么差错，以及这些差错出现在哪个步骤（如果可能的话）。接下来，晶圆上的每个CPU核心都将被分开（不是切开）测试。
通过测试的晶圆将被切分成若干单独的CPU核心，上面的测试里找到的无效的核心将被放在一边。接下来核心将被封装，安装在基板上。然后，多数主流的CPU将在核心上安装一块集成散热反变形片（Integrated Heat Spreader，IHS）。每块CPU将被进行完全测试，以检验其全部功能。某些CPU能够在较高的频率下运行，所以被标上了较高的频率；而有些CPU因为种种原因运行频率较低，所以被标上了较低的频率。最后，个别CPU可能存在某些功能上的缺陷，如果问题出在缓存上（缓存占CPU核心面积的一半以上），制造商仍然可以屏蔽掉它的部分缓存，这意味着这块CPU依然能够出售，只是它可能是Celeron，可能是Sempron，或者是其它的了。
当CPU被放进包装盒之前，一般还要进行最后一次测试，以确保之前的工作准确无误。根据前面确定的最高运行频率不同，它们被放进不同的包装，销往世界各地。
读完这些，相信你已经对CPU的制造流程有了一些比较深入的认识。CPU的制造，可以说是集多方面尖端科学技术之大成，CPU本身也就那么点大，如果把里面的材料分开拿出来卖，恐怕卖不了几个钱。然而CPU的制造成本是非常惊人的，从这里或许我们可以理解，为什么这东西卖这么贵了。
下面介绍一下测试步骤中的CPU划分方法
在测试、测试和测试这个环节很重要,你的处理器是6300还是6400就会在这个环节被划分，而6300天生并不是6300，而是在测试之后，发现处理器不能稳定的在6400标准下工作，只能在6300标准下稳定工作，于是对处理器定义，锁频，定义ID，封装，印上6300，AMD我比较熟，用AMD的例子比较好举，同样核心的处理器都是一个生产线下来的，如果稳定工作在2.8GHz，1M*2的缓存下，就被定义为5600+，如果缓存有瑕疵，切割有问题的那一半，成为5400+，如果缓存没问题而频率只能在2.6G通过测试，那么就是5200+，如果缓存有瑕疵，就切割成为5000+…………一直把它测到3800+，如果还不稳定，要么想办法变成速龙64单核或者单核闪龙，或者就是出现过的ES版的双核闪龙，如果出现批量不能工作在3800+条件下，而工作在3600+条件下，那么3600+就上市了，如果出现批量能工作在3G，1M*2条件下，那么6000+就上市了，这就是为什么处理器总是中等型号的先上市，高端和底端的后上市，当然后期工厂可能会节约成本专门开出底端的流水线，专门生产底端处理器，赛扬，闪龙的各种型号就相继上市，而高端的流水线因为个别处理器不稳定转变为底端处理器，例如将速龙64缓存切割就变为闪龙64（这种情况很少，比如03年的时候将速龙切割成为新毒龙）
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时间：2023-10-12 23:55
分立式晶体管其实就是内部一个小半导体晶片，然后微焊接上导线，最后引出再加上外壳导线完成的，晶体管的实际部分是非常微小的半导体晶片。
类似的，电子芯片内核心的也是一块半导体晶圆，通过半导体蚀刻工艺在晶圆上生成众多的晶体管单位，然后再通过微点焊金丝的方式将各个引脚电路引出至芯片封装的管脚，而后封装起来。现在很多CPU或者显卡所说的某某纳米工艺其实就是指的在这里的蚀刻精度，精度越高集成程度也就可以做到越高。
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时间：2023-10-12 23:56
