Kilka lat temu Intel przedstawił krok po kroku proces produkcji mikroprocesorów: od piasku po produkt końcowy. W rzeczywistości proces wytwarzania elementów półprzewodnikowych wygląda naprawdę dziwnie.

Krok 1. Piasek

Krzem, który stanowi w sumie około 25 procent wszystkich pierwiastków chemicznych w skorupie ziemskiej, jest drugim najbardziej rozpowszechnionym po tlenie. Piasek ma wysoki procent dwutlenku krzemu (SiO 2), który jest głównym składnikiem nie tylko do produkcji procesorów Intela, ale również do produkcji półprzewodników w ogóle.

Krzem roztopiony

Substancja jest oczyszczana przez kilka etapów, dopóki nie zostanie uwolniony półprzewodnik półprzewodnika używany w półprzewodnikach. Ostatecznie ma postać monokrystalicznych wlewków o średnicy około 300 milimetrów (12 cali). Wcześniej wlewki miały średnicę 200 mm (8 cali), aw dalekim 1970 - jeszcze mniej - 50 mm (2 cale).


Przy danym poziomie produkcji procesorów po oczyszczeniu czystość kryształu jest jednym atomem zanieczyszczenia na miliard atomów krzemu. Waga wlewka wynosi 100 kilogramów.

Krok 3. Krojenie wlewka

Wlewek tnie się bardzo cienką piłką na poszczególnych fragmentach, zwanych podłożami. Każdy z nich jest następnie polerowany w celu uzyskania pozbawionej defektów powierzchni o gładkiej jak lustro powierzchni. Będzie to na tej gładkiej powierzchni będą następnie stosowane drobne druty miedziane.

Ekspozycja warstwy fotorezystancyjnej

Co obraca się wysokoPrędkość podłoża jest wypełniona płynem fotolitograficznym (te same materiały są używane na tradycyjnym zdjęciu). Po obróceniu na całej powierzchni podłoża tworzy się cienka i jednorodna warstwa oporowa.


Laser ultrafioletowy przechodzący przez maskę i soczewkę wpływa na powierzchnię podłoża, tworząc na nim małe, lekkie lampy UV. Obiektyw sprawia, że ​​ostry obraz jest 4 razy mniejszy niż maska. Wszędzie tam, gdzie linie ultrafioletowe wpływają na warstwę oporową, pojawia się reakcja chemiczna, która powoduje, że te obszary stają się rozpuszczalne.

Etap 5. Trawienie

Rozpuszczalny materiał fotorezystu jest następnie całkowicie rozpuszczany przy użyciu rozpuszczalnika chemicznego. Tak więc, chemiczny środek trawiący jest stosowany do częściowego rozpuszczania lub trawienia niewielkiej ilości wypolerowanego materiału półprzewodnikowego (podłoża). Pozostały materiał fotomaski jest usuwany przez podobny proces płukania, otwierania (wystawiania) wytrawionej powierzchni podłoża.

Tworzenie warstw

Dodatkowe fotomaski (materiały światłoczułe), które są również myte i eksponowane, są dodawane w celu utworzenia drobnych drutów miedzianych, które ostatecznie będą przesyłać energię elektryczną do /z różnych złączy. Następnie przeprowadza się proces domieszkowania jonowego w celu dodania zanieczyszczeń i zabezpieczenia złogów jonów miedzi z siarczanu miedzi podczas procesu galwanizacji. Na różnych etapach tych procesów produkcyjnych procesorów dodawane są dodatkowe materiały, które są wytrawiane ipolerowane. Ten proces powtarza się 6 razy dla utworzenia 6 warstw. Końcowy produkt wygląda jak siatka z wielu mikroskopijnych miedzianych pasków, przewodzących prąd. Niektóre z nich są połączone z innymi, a niektóre znajdują się w pewnej odległości od innych. Ale wszystkie z nich są wykorzystywane do realizacji jednego celu - do transmisji elektronów. Innymi słowy, są one zaprojektowane w celu zapewnienia tzw „użytecznej pracy” (takie jak dodawanie dwóch liczb tak szybko, jak to możliwe, co jest model podstawowy obliczania tych dni).
Wielopoziomowe przetwarzanie powtarza się na każdym małym małym obszarze powierzchni podłoża, na którym będą wytwarzane wióry. Obejmuje te obszary, które są częściowo zlokalizowane poza podłożem.

Etap 7. Testy

Gdy tylko pokrywa wszystkie warstwy metalu i utworzeniu wszystkich tranzystorów pochodzi następnego etapu procesorów produkcyjnych „Intel” - badania. Urządzenie z wieloma kołkami znajduje się na górze chipa. Jest on przymocowany do zestawu mikroskopijnych drutów. Każdy taki słupek ma połączenie elektryczne z chipem. Aby odtworzyć pracę układu, przekazywana jest mu sekwencja sygnałów testowych. Podczas testowania sprawdzane nie tylko tradycyjne umiejętności informatycznych, ale także prowadzi wewnętrzną diagnozy z wartościami napięcia determinacja Łączone sekwencji i innych funkcji. Odpowiedź chipa w postaci wyniku testu jest przechowywana w bazie danych specjalnie przeznaczonej dla tego obszaru substratu. Ten proces powtarza siędla każdego obszaru substratu.

Cięcie płytek

Do cięcia płytek używana jest bardzo mała piła z diamentową końcówką. Baza danych, wypełniona w poprzednim kroku, służy do określenia, które żetony są odcięte od podłoża, zapisane i odrzucone.

Krok 9. W przypadku wyjścia

Wszystkie blachy robocze są umieszczone w fizycznych obudowach. Pomimo faktu, że płytki zostały wstępnie przetestowane i w odniesieniu do nich zdecydowano, że działają one poprawnie, nie oznacza to, że są one dobrymi procesorami. Proces tworzenia obudowy oznacza umieszczenie kryształu krzemu w materiale podłoża na stykach lub szeregu zacisków żarówki podłączonych miniaturowym złotym okablowaniem. Tablica zacisków kulowych znajduje się z tyłu obudowy. Wymiennik ciepła jest zainstalowany w górnej części obudowy. To jest metalowa obudowa. Po zakończeniu tego procesu CPU wygląda jak gotowy produkt przeznaczony do konsumpcji. Uwaga: Metalowy radiator jest kluczowym elementem nowoczesnych szybkich urządzeń półprzewodnikowych. Wcześniej były to materiały ceramiczne wytwarzające ciepło i nie stosowano chłodzenia wymuszonego. Było to potrzebne w przypadku niektórych modeli 8086 i 80286 oraz modeli zaczynających się od 80386. Poprzednie generacje procesorów miały o wiele mniej tranzystorów.

Na przykład procesor 8086 miał 29 000 tranzystorów, podczas gdy nowoczesne procesory centralne mają setki milionów tranzystorów. Tak małe, według obecnych standardów, ilośćtranzystory nie wytwarzają wystarczającej ilości ciepła, aby wymagać aktywnego chłodzenia. Aby oddzielić dane procesorów od potrzebujących w tego typu systemach chłodzenia, później na ceramicznych żetonach umieściliśmy markę "Need a heat sink". Nowoczesne procesory generują wystarczającą ilość ciepła, by stopić się w ciągu kilku sekund. Tylko obecność odprowadzania ciepła połączona z dużym grzejnikiem i wentylatorem, umożliwiając ich działanie przez długi czas.

Sortowanie według właściwości

Na tym etapie produkcji procesor wygląda na kupiony w sklepie. Jednak aby ukończyć proces jego produkcji, wymagany jest jeszcze jeden etap. To się nazywa sortowanie. Na tym etapie mierzone są rzeczywiste charakterystyki poszczególnych procesorów. Mierzone parametry, takie jak napięcie, częstotliwość, wydajność, rozpraszanie ciepła i inne cechy. Najlepsze żetony są deponowane jako produkty wyższej klasy. Sprzedawane są nie tylko jako najszybsze komponenty, ale także jako modele o niskim i bardzo niskim napięciu. Chipsy, które nie należą do grupy najlepszych procesorów, są często sprzedawane jako procesory o niższych częstotliwościach zegara. Co więcej, czterordzeniowe procesory niższej klasy mogą być sprzedawane jako dwurdzeniowe lub potrójne.

Wydajność procesora

W procesie sortowania wyznaczane są końcowe wartości prędkości, napięcia i charakterystyki cieplnej. Na przykład na standardowym podłożu tylko 5% wyprodukowanych układów może działać przy 32 GHz. W tym samym czasie 50% żetonów możefunkcja na częstotliwości 28 GHz. Producenci procesorów nieustannie odkrywają powody, dla których większość produkowanych procesorów pracuje z częstotliwością 28 GHz zamiast wymaganego 32 GHz. Czasami można wprowadzić zmiany w celu zwiększenia wydajności procesora.

Opłacalność produkcji

Opłacalność działalności w zakresie produkcji procesorów i większości elementów półprzewodnikowych mieści się w przedziale 33-50%. Oznacza to, że przynajmniej 1/3 do 1/2 płytek na każdym podłożu to pracownicy, a firma w tym przypadku jest opłacalna. W firmie Intel zysk operacyjny wynoszący 45 nm dla podłoża 300 mm wynosi 95%. Oznacza to, że jeśli 500 płyt krzemowych może być wykonanych z jednego podłoża, 475 z nich będzie działać, a tylko 25 zostanie wyrzuconych. Im więcej płyt można uzyskać na jednej podstawie, tym większy zysk firma będzie miała.

Wykorzystane technologie Intel w dzisiejszych czasach

Historia wykorzystania nowych technologii Intel do masowej produkcji procesorów:

1999-180 nm;

2001 - 130 nm;

2003 - 90 nm;

2005 - 65 nm;

2007 - 45 nm;

2009 - 32 nm;

2011 r. - 22 nm;

2014 - 14 nm;

2019 - 10 nm (planowane).

Na początku 2018 r. Intel ogłosił przeniesienie masowej produkcji procesorów 10-nm do 2019 r. Powód tego - przy dużym koszcie produkcji. W tej chwili firma nadal dostarcza procesory 10-nanometrowe w małych ilościach. Charakteryzujemy technologie wytwarzania procesorów Intela pod względem wartości. Moje miasto rodzinnezarządzanie firmą wyjaśnia długi cykl produkcyjny i wykorzystanie dużej liczby masek. Podstawą technologii 10 nm jest głęboka ultrafioletowa litografia (DUV) przy użyciu laserów pracujących przy długości fali 193 nm. W przypadku procesu 7 nanometrów stosowana będzie ekstremalna litografia ultrafioletowa (EUV) z wykorzystaniem laserów pracujących przy długości fali 135 nm. Dzięki takiej długości fali możliwe będzie uniknięcie stosowania multipowerów, szeroko stosowanych w procesie 10 nm. Inżynierowie firmy uważają, że konieczne jest polerowanie technologii DUV zamiast przeskakiwania bezpośrednio do procesu 7-nm. Tak więc, podczas gdy procesory korzystające z technologii 10 nm zostaną przerwane.

Perspektywy produkcji mikroprocesorów AMD

AMD jest obecnie jedynym konkurentem firmy Intel na rynku procesorów. Z powodu błędów Intela związanych z technologią 10-nm AMD nieco poprawiło swoją pozycję na rynku. W firmie Intel masowa produkcja przy użyciu procesu 10 nm była bardzo późna. Firma AMD używa swoich chipów firm trzecich do produkcji. A teraz jest sytuacja, w której AMD używa wszystkich technologii procesorów 7-nanometrowych, które nie ustępują głównemu konkurentowi. Główne partie trzecie urządzenia półprzewodnikowe wykorzystujące nowe technologie złożonej logiki jest tajwański Semiconductor a (TSMC), spółka USGlobalFoundaries i koreańska firma Samsung Foundry. AMD planuje używać TSMC wyłącznie do nowej generacji mikroprocesorów. Będzie to dotyczyło nowej technologii procesorowej. Firma wydała już szereg produktów wykorzystujących proces 7-nm, w tym 7-nm procesor graficzny. Pierwszy planowany jest na rok 2019. W ciągu 2 lat planowane jest rozpoczęcie masowej produkcji chipów 5-nm. GlobalFundaries odmówił opracowania procesu 7 nm, aby skoncentrować swoje wysiłki na rozwoju procesu 14/12 nm dla klientów zorientowanych na rynek. AMD inwestuje w GlobalFoundaries dodatkowe inwestycje w produkcję procesorów AMD obecnej generacji Ryzen, EPYC i Radeon. ​​

Produkcja mikroprocesorów w Rosji

Główna produkcja mikroelektroniki znajduje się w miastach Zelenograd ("Micron", "Angstrom") i Moskwie ("Crocus"). Właściwie produkcja mikroelektroniczna jest również na Białorusi - firma "Integral", która wykorzystuje proces technologiczny 035 mikronów. Procesory produkcyjne w Rosji są zaangażowane w firmę "MTSST" i "Baikal Electronics". Najnowszy rozwój „MTSST - procesor.”. Elbrus-8C „8-core mikroprocesor z taktowaniem 11-13 GHz Wydajność procesora hihaflops Rosyjskiej jest 250 (operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę) Przedstawiciele firmy twierdził, że liczba procesorów wskaźniki mogą. aby konkurować nawet z liderem w branży - procesory Intel.Elbrus będą nadal modelować Elbrus-16 na 15 GHz (cyfrowy indeks w nazwie wskazuje liczbę rdzeni).produkcja tych mikroprocesorów będzie prowadzona na Tajwanie. To powinno pomóc obniżyć cenę. Jak wiadomo, cena produktów firmy jest pochmurna. Jednocześnie cechy komponentów są znacznie gorsze od wiodących firm w tym sektorze gospodarki. Podczas gdy takie procesory będą używane tylko w organizacjach państwowych i do celów obronnych. Jako technologia procesorowa linia ta będzie zastosowana technologia procesowa 28 nm. "Baikal Electronics" produkuje procesory przeznaczone do użytku w przemyśle. W szczególności odnosi się to do modelu "Baikal T1". Jego zakres zastosowania - routery, systemy CNC i sprzęt biurowy. Firma nie poprzestaje na tym i już opracowuje procesor dla komputerów osobistych - "Baikal". Informacja o jego charakterystyce jest nadal nieco. Wiadomo, że będzie miał 8-rdzeniowy procesor z obsługą do 8 rdzeni graficznych. Zaletą tego mikroprocesora będzie jego efektywność energetyczna.