快乐知识：CPU是如何制作成的？

如果按价格/重量来计算，CPU要比黄金还贵得多。几乎所有的人都知道CPU主要是以硅为为原料制成的。而硅是地球上多得无法计数的元素了（如果我高中的化学知识没有记错硅应该是排名第二的）是什么魔力使这种最不值钱的东西变成炙手可热的宝物的呢？是科学。是科学才有这点石成金的法力。

一、CPU的设计

1.CPU的结构设计

在英文中，CPU的设计称之为Architecture Design。意思是结构设计。所谓结构设计就是构造我们平常谈论的超标量(SuperScalar)，流水线(Pipeline)，分支预测(BranchPred ction)这一类的东西。CPU最底层是晶体管(Transistor)，由晶体管再组成最基本的逻辑电路——与门(AND Gate)，或门(OR Gate)，非门NOT Gate)等等由这些基本的逻辑电路再进一步组成基本的功能体，如寄存器(Register)，正反触发器(Flip－Flop)解码器Decoder)等等。有了这些一个个具有一定功能的模块后，就可以考虑CPU的结构问题了。 比如CPU内采用几条BUS，多少个寄存器，多少CACHE，几级的流水线，同时并发多少指令 怎样进行分支预测、指令预取Prefetch)和推测执行(Speculative Excution)。现在的CPU的晶体管数已经突破了1000万，其设计都是在专用的计算机辅助设计软件下进行的。

2.印刷电路掩模的制造（Mask Preparation）

当设计工作结束后，紧接着就是进行印刷电路掩模(Glass Photo Mask)的制造。

由于现在的CPU都采用了多层电路设计(一般为4－6层)，所以对于每一层都要独立的

制造其掩模。每一层掩模实际就是这一层电路设计图的缩微电负片为了进行大批量的生产

实际的一片掩模都含有上百个完全相同的缩微电路图(这就象印邮票一样，一版印下去就

是几十张)。当这样的掩模制作好后，就可以开始批量生产

二、CPU的生产

1.硅的提纯。

通常制造CPU的硅从石英岩中提炼。经过数次的提纯和其它工艺处理，得到了纯净的

硅晶体(PureSilicon Crystal)。这些纯净硅被熔解加工成柱状(Cylinder)，称为硅锭

2.晶片的制造(Wafer)

提纯得到的硅锭下一步将要被切割成为4/1000英寸的薄片(约0.1毫米)，称为晶片(Wafer)

这一步工作以及以后的工作)必须在超净室内进行。所谓超净就是要比手术室还要干净

1000倍。工作人员都穿着叫做兔宝宝(Bunny Suit)”的专用服装。之所以这样是因为即使

一个小小的灰尘也可能造成整个芯片制造的失败。晶片经过刨光除屑等表面处理后，

将被放到一种专用的设备中(Diffusion Oven)，在这里晶片的表面将要被“镀”上一层绝

缘薄膜。这层薄膜就是随后进行电路刻蚀的基底。

3.电路印刷

当第二步工作结束后，晶片表面要被涂上一层明胶一样的感光乳剂，称为感光保护膜。涂

有这种感光保护的晶片在掩模的覆盖下进行紫外线照射由于掩模的作用，使晶片表面的感

光涂层部分感光而发生光化学反应。感光的部分变硬，不感光的部分仍然维持原样。感

光完成之后，晶片表面用化学溶剂进行冲洗。没有感光的部分将被冲洗掉(Etching)，从

而形成一些微小的细槽，这些细槽就是我们设计的电路图。

4.CPU晶片的产生(Die)

到第三步工作结束后，一层电路的印制就算完成。之后重复进行“镀膜”，涂感光剂，紫

外线照射，化学 剂蚀刻的步骤。有几层电路就要重复几次？当电路印制完成后，晶片上

就是一个一个的CPU雏形了(就象一张印张上的整齐排列着的邮票一样)。

下一步的工作可想而知，一定是切割了。晶片上的一个个小CPU雏形被激光刀切割了下来

这样的一个个小CPU雏形叫做模(Die)。你知道一个Die有多大吗？只有30平方毫米到300 平

也就是5，6个毫米见方到17个毫米见方。比如300MHz的PentiumII面积为203平方毫米

5.CPU封装

到第四步结束后，离CPU诞生就只差一步了——封装。封装就是在Die上联结引出一些金属

知道也没有用啊，现在只能INTEL玩啊

精彩!言简意赅,其实也完全可以叫做:集成电路是如何制成的

多谢楼主,终于明白了芯片是如何制成的了

不错

现在很多厂家都可以做
连有些学校都有这样的代工工厂

不错

谢谢资源共享！

是不是一般的BGA的生产过程都是这样的？

BGA只是不同的封装，几乎是最后一步。

顶

[quote user="summertree"]

现在很多厂家都可以做
连有些学校都有这样的代工工厂

谢谢搂住精辟的概括

在蚀刻后好象还要放到高温金属蒸汽中进行搀杂吧,不然整个硅片还是一片纯硅......

了解了解!谢谢LZ!

了解了解!谢谢LZ!

我们刚学，呵呵。谢谢

长见识了

可惜中国连这样的工厂都没有自己的

又长见识了哦

"提纯得到的硅锭下一步将要被切割成为4/1000英寸的薄片(约0.1毫米)，称为晶片(Wafer)"一般硅片是0.6或者0.8毫米厚,流片后还要减薄到0.2或者0.25毫米才能封装.INTEL玩的好高级啊,减薄也不需要了.

终于搞明白了，谢谢楼主的介绍

了解了一些

哈哈，我以为是什么真正的制造步骤呢

科技正TM发达，最基础的是不是 数字电路跟模拟电路？

[quote]原帖由 chaoswind 于 2006-9-18 16:27 发表

BGA只是不同的封装，几乎是最后一步。

了解一下了

多谢楼主,终于明白了芯片是如何制成的了

有所了解了

长见识了，如果有到晶园厂那更好

知道原理，工艺不行，就算做出来价格下不来，也是无解啊

不对呀！很多封装芯片都和顶级CPU生产流程差不多的。只是技术水准和工艺水准的差距。