CPU芯片的制造过程以及CPU工作原理

详见视频介绍 带你了解光刻机以及芯片生产制造过程

CPU芯片的制造过程

1.制造的第一步是设计电路图

2.下一步是生产晶片

1. 芯片的基板是由沙子制成的，这个基板叫做“硅晶圆”。
2. 在制造晶圆的过程中，要将硅提纯并熔化，再从中拉出柱状的单晶硅棒。
3. 其产物是完美的硅晶格，之后晶体管将安置在上面。
   
   

3.利用光刻技术将设计好的电路结构转印到晶圆上

1. 将感光遮罩均匀地涂在晶圆上。
2. 紫外线将电路结构烙印在感光遮罩上。
3. 被曝光的部分是水溶性的，会被冲洗掉。
4. 保留下来的部分可以保护晶圆表面不被刻蚀，晶圆表面未受保护的部分被刻蚀掉，于是在晶圆上产生了数十亿个微型开关——晶体管。
   
   

4.光刻机结束后，晶圆继续进行下一步——加入离子

1. 此时，晶体管的特性将被建立
2. 硅是一种半导体，其导电性可以借由精确控制注入的离子而改变。
   

5.把掺杂的原子射入到硅的结构中

• 一开始，这些原子在硅晶中均匀分布，在高温下，掺杂的原子变得具有可塑性，开始均匀散布

6.铜是下一道工序的重点。精细的接线将许多晶体管连接起来，形成集成电路

1. 首先用水冲一下，洗掉灰尘杂质。
2. 在铜被倒入电路沟槽之前，放上阻挡层，它有助于防止电路短路和保证电路的可靠性，然后将铜倒入沟槽中
3. 最后，把多余的铜销到沟槽的边缘，这样可以隔离相邻的接线以避免短路。
   
   

7.两个月后…测试，切片

1. 晶圆已准备就绪。
2. 在指甲盖大小的空间里，数公里长的导线连接许多晶体管，构成了大规模集成电路。
3. 检测芯片有没有达到标准
4. 晶圆切片
   

8.最后一步，封装

• 以最精细的切割器将芯片从晶圆上裁下，装置到板子上，然后用盖子密封.
  

小结

集成电路的实现方式，那就是在硅上制造出电路中所需的各种器件，然后用金属把它们按设计要求，进行连接。

电子显微镜下的cpu内部线路

CPU工作原理

一个有趣的模拟CPU的网站 CPU动态模拟
CPU原理视频讲解 CPU如何工作的

结合下面这幅电子显微镜下的CPU的铜线连接图，和上面的各种逻辑门，可以知道，在晶硅芯片上，通过光刻和铜填充，架起了交错纵横的通路，每一个晶体管都是一个开关，控制着路的通断。当然它们具体产生哪种门的作用是在设计的时候就已经规划好的，制作的时候用光刻机将电路逻辑蚀刻在晶硅上即可。

下面上传一张Pentium 4的die map，可以看到，不同的功能区都设计有一套逻辑电路。