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主流CPU的生产工艺 

  CPU的制作过程显非常复杂。以下简要说明CPU的制作流程:

1.切割晶圆

  用机器从单晶硅上切割下一片事先确定规格的硅晶片,并将其划分成多个细小的区域,每个区域都将成为一个CPU的内核。

2.影印

  在经过热处理得到硅氧化物层上涂上一种光阻物质,紫外线能过印制着CPU复印电路结构图样的查模板照射基片,被紫外线照射的地方光阻物质溶解。

3.蚀刻

  用溶剂将紫外线照射过的光阻物xx,然后再采用化学处理方式,把没有覆盖光阻物质部分的硅化物氧化物层刻掉。然后把所有的光阻物xx,就得到了有沟的硅基片。

4.分层

  加工新的一层电路,再次生长硅氧化物,然后沉积一层多晶硅,涂敷光阻物质,重复影印、蚀刻过程,得到含晶硅和硅氧化物的沟槽结构。

5.离子注入

  通过离子的轰击,使得暴露的硅基片局部掺杂,从而改变这些区域的导电状态,形成门路。然后的步骤就是不断重复以上的过程。

  一个完整的CPU内核包含大约20层,层间留出窗口,填充金属以保持各层电路的连通。完成{zh1}的测试工作后,切割硅片成单个CPU核心并进行封装,一个CPU便制造出来了。

  

 封装形式

  封装-是指安装半导体集成电路中芯片用的外壳,它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用。

  芯片的封装技术已经历了好几代,从DIP、QFP、PGA、BGA、CSP、MCM,技术指标一代比一代先进,包括改芯片面积与封装面积之比越来越接近1,适用频率越来越高,耐温性能越来越好,引脚数增多,引脚间距减小,重量减小,可靠性提高,使用更加方便等等。

1.DIP封装(Dual In-line Package,双列直插封装)

  20世纪70年代流行的是DIP封装,DIP封装结构具有以下特点:

  1)适合PCB的穿孔安装

  2)比TO型封装电报易于对PCB布线

  3)操作方便。

  DIP封装结构形式有:

  多层陶瓷双列直插式DIP、单层陶瓷双列直插式DIP、引线框架式DIP(玻璃陶瓷封装接式,塑料包装结构式,陶瓷低熔玻璃封装式)等

 

2.载体封装

  20世纪80年代出现了芯片载体封装。其中有:

   陶瓷无引线芯片载体(LCCC,Leadless Ceramic Chip Carrier)

   塑料有引线芯片载体(PLCC,Plastic Leaded Chip Carrier)

   小尺寸封装(SOP,Small Outlne Package)

   塑料四边引出扁平封装(PQFP,Plasstic Quad Flat Package).

  

  以0.5mm焊区中心距、208根I/O引脚QFP(Quad flat Package,四边引出扁平封装)封装的CPU。

  QFP的特点:

  1)用SMT表面安装技术在PCB上安装布线

  2)封装外形尺寸小,寄生参数减小,适合高频应用。

  3)操作方便

  4)可靠性高

3.BGA封装 (Ball Grid Array Package,球栅阵列封装)

  20世纪90年代,随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用。新增了新的方式-球栅阵列封装。成了CPU、南北桥等VLSI芯片的选择。

  BGA的特点:

  1)I/O引脚数虽然增多,但引脚间距远大于QFP,从而提高了组装成品率。

  2)虽然它的功耗增加,但BGA能用可控塌陷芯片法焊接,简称C4焊接。

  3)厚度比QFP减小,信号传输延迟小,使用频率大大提高。

  4)寄生参数减小,信号传输延迟小,使用频率大大提高。

  5)组装可用共面焊接,可靠性高。

  6)BGA封装仍与QFP、PGA一样,占用基板面积过大。

 

4.面向未来的封装技术

  1994年9月,日本三菱电气三究出一种芯片面积/封装面积=1:1.1的封装结构。其封装外形尺寸只比裸芯片大一点点。命名为:“芯片尺寸封装”,简称CSP(Chip Size Package或Chip Scale Package)

  CSP封装具有的特点: 

  1)满足了LSI芯片出脚不断增加的需要

  2)解决了IC裸芯片不能进行交流参数测度和老化筛选的问题

  3)封装面积缩小到BGA的1/4甚到1/10,延迟时间大大缩小

  能否将高集成度、高性能、高可靠的CSP芯片或专用集成电路芯片在高密度多层互联基板上用表面安装技术(SMT)组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。因此产生多芯片组件MCM(Multi Chip Model)。

  MCM的特点有:

  1)封装延迟时间缩小,易于实现组件高速化。

  2)缩小整机/组件组装尺寸和重量,一般体保减小1/4,重量减轻1/3

  3)可造性大大提高。



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