CPU芯片的製造過程以及CPU工作原理

詳見視頻介紹 帶你瞭解光刻機以及芯片生產製造過程

CPU芯片的製造過程

1.製造的第一步是設計電路圖

2.下一步是生產晶片

1. 芯片的基板是由沙子製成的，這個基板叫做“硅晶圓”。
2. 在製造晶圓的過程中，要將硅提純並熔化，再從中拉出柱狀的單晶硅棒。
3. 其產物是完美的硅晶格，之後晶體管將安置在上面。
   
   

3.利用光刻技術將設計好的電路結構轉印到晶圓上

1. 將感光遮罩均勻地塗在晶圓上。
2. 紫外線將電路結構烙印在感光遮罩上。
3. 被曝光的部分是水溶性的，會被沖洗掉。
4. 保留下來的部分可以保護晶圓表面不被刻蝕，晶圓表面未受保護的部分被刻蝕掉，於是在晶圓上產生了數十億個微型開關——晶體管。
   
   

4.光刻機結束後，晶圓繼續進行下一步——加入離子

1. 此時，晶體管的特性將被建立
2. 硅是一種半導體，其導電性可以藉由精確控制注入的離子而改變。
   

5.把摻雜的原子射入到硅的結構中

• 一開始，這些原子在硅晶中均勻分佈，在高溫下，摻雜的原子變得具有可塑性，開始均勻散佈

6.銅是下一道工序的重點。精細的接線將許多晶體管連接起來，形成集成電路

1. 首先用水衝一下，洗掉灰塵雜質。
2. 在銅被倒入電路溝槽之前，放上阻擋層，它有助於防止電路短路和保證電路的可靠性，然後將銅倒入溝槽中
3. 最後，把多餘的銅銷到溝槽的邊緣，這樣可以隔離相鄰的接線以避免短路。
   
   

7.兩個月後…測試，切片

1. 晶圓已準備就緒。
2. 在指甲蓋大小的空間裏，數公里長的導線連接許多晶體管，構成了大規模集成電路。
3. 檢測芯片有沒有達到標準
4. 晶圓切片
   

8.最後一步，封裝

• 以最精細的切割器將芯片從晶圓上裁下，裝置到板子上，然後用蓋子密封.
  

小結

集成電路的實現方式，那就是在硅上製造出電路中所需的各種器件，然後用金屬把它們按設計要求，進行連接。

電子顯微鏡下的cpu內部線路

CPU工作原理

一個有趣的模擬CPU的網站 CPU動態模擬
CPU原理視頻講解 CPU如何工作的

結合下面這幅電子顯微鏡下的CPU的銅線連接圖，和上面的各種邏輯門，可以知道，在晶硅芯片上，通過光刻和銅填充，架起了交錯縱橫的通路，每一個晶體管都是一個開關，控制着路的通斷。當然它們具體產生哪種門的作用是在設計的時候就已經規劃好的，製作的時候用光刻機將電路邏輯蝕刻在晶硅上即可。

下面上傳一張Pentium 4的die map，可以看到，不同的功能區都設計有一套邏輯電路。