III. Тестирование

13. Чтобы выдержать воздействия, которым подвергаются подложки в процессе нанесения слоев, кремниевые пластины изначально должны быть достаточно толстыми. Поэтому, прежде чем разрезать пластину на отдельные микропроцессоры, ее толщину с помощью специальных процессов уменьшают на 33% и удаляют загрязнения с обратной стороны.

14. Затем на обратную сторону "похудевшей" пластины наносят слой специального материала, который улучшает последующее крепление кристалла к корпусу. Кроме того, этот слой обеспечивает электрический контакт между задней поверхностью интегральной схемы и корпусом после сборки.

15. После этого пластины тестируют, чтобы проверить качество выполнения всех операций обработки. Чтобы определить, правильно ли работают процессоры, проверяют их отдельные компоненты. Если обнаруживаются неисправности, то данные о них анализируют, чтобы понять, на каком этапе обработки возник сбой.

16. Затем к каждому процессору подключают электрические зонды и подают питание. Процессоры тестируются компьютером, который определяет, удовлетворяют ли характеристики изготовленных процессоров заданным требованиям.

IV. Изготовление корпуса

17. После тестирования пластины отправляются в сборочное производство, где их разрезают на маленькие прямоугольники, каждый из которых содержит интегральную схему. Для разделения пластины используют специальную прецизионную пилу. Неработающие кристаллы отбраковываются.

18. Затем каждый кристалл помещают в индивидуальный корпус. Корпус защищает кристалл от внешних воздействий и обеспечивает его электрическое соединение с платой, на которую он будет впоследствии установлен. Крошечные шарики припоя, расположенные в определенных точках кристалла, припаивают к электрическим выводам корпуса. Теперь электрические сигналы могут поступать с платы на кристалл и обратно.

В будущих процессорах компания Intel применит технологию BBUL, которая позволит создавать принципиально новые корпуса с меньшим тепловыделением и емкостью между ножками CPU.

19. После установки кристалла в корпус процессор снова тестируют, чтобы определить, работоспособен ли он. Неисправные процессоры отбраковывают, а исправные подвергают нагрузочным испытаниям: воздействию различных температурных и влажностных режимов, а также электростатических разрядов. После каждого нагрузочного испытания процессор тестируют для определения его функционального состояния.

20. Затем процессоры сортируют в зависимости от их поведения при различных тактовых частотах и напряжениях питания.

V. Доставка

21. Процессоры, прошедшие тестирование, поступают на выходной контроль, задача которого – подтвердить, что результаты всех предыдущих тестов были корректными, а параметры интегральной схемы соответствуют установленным стандартам или даже превосходят их. Все процессоры, прошедшие выходной контроль, маркируют и упаковывают для доставки заказчикам.

14.4 Перспективы производства сбис

Для создания высокоэффективных вычислительных систем важно интегрировать на кристалле как можно больше функций по обработке и хранению данных, а также интерфейс с пользователем и другими вычислительными системами.

Стремление к интеграции обусловлено рядом факторов. Во-первых, при однокристальной реализации пропускная способность интерфейсов между подсистемами обработки и хранения не ограничивается количеством выводов корпуса кристалла. Во-вторых, упрощается системная плата, уменьшается объём монтажных работ, уменьшается стоимость. В-третьих, снижаются требования к количеству выводов корпуса кристалла. В-четвёртых, реализуется потенциал миллионов транзисторов, которые размещаются на кристалле. Их можно использовать как для построения проблемно-ориентированных блоков, так и для параллельных систем, состоящих из совокупности одинаковых блоков.

При уменьшении геометрических размеров элементов транзисторов улучшаются все параметры схем: возрастает быстродействие, уменьшается удельное в пересчете на один транзистор потребление энергии, возрастает надежность. National Nano Device Laboratories, одна из ведущих лабораторий в области полупроводниковой индустрии на Тайване, официально объявила о создании первой в мире микросхемы с использованием техпроцесса 16 нм. Тем не менее, по словам генерального директора NNDL Йанг Фулянг (Yang Fu-liang), в данном случае речь идет лишь о лабораторных образцах, и первые коммерческие продукты на базе таких микросхем появятся очень не скоро.

По прогнозам компаний-производителей, дальнейшее развитие технологии производства микропроцессоров будет идти в направлении увеличения плотности транзисторов на кристалле, повышения степени внутреннего параллелизма, использования новых типов трехмерных транзисторов с тремя затворами, роста числа слоев металлизации, повышения тактовой частоты, уменьшением напряжения питания и удельной потребляемой электрической и выделяемой тепловой энергии.

На пути дальнейшей миниатюризации кроме физических ограничений имеются и экономические. Для каждого следующего поколения микросхем стоимость технологии удваивается. Возрастают сроки изготовления микропроцессоров до года. Во многом уже сейчас уровень технологии, используемой в массовом производстве, определяется экономическими соображениями. Увеличение числа слоев металлизации экспоненциально повышает процент брака при производстве, увеличение площади кристалла микропроцессора также приводит к снижению выхода годных кристаллов.

Перспективными направлениями развития микропроцессоров являются нанотехнология и фотоника. Нанотехнологии – это технологии манипуляции отдельными атомами и молекулами, в результате которых создаются структуры сложных спецификаций. Разделами нанотехнологий являются молекулярная электроника, квазимеханика на основе нанотрубок, квантовые компьютеры. Фотоника – это технология излучения, передачи, регистрации света при помощи волоконной оптики и оптоэлектроники.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое «закон Мура»?

2. Зачем уменьшать размеры транзисторов на кристалле?

3. Каковы негативные факторы уменьшения размеров транзисторов?

4. Какие токи утечки существуют в транзисторе?

5. Из какого материала делается затвор транзистора?

6. Из какого материала делается металлизация микросхемы?

7. Что располагается между затвором и каналом МОП-транзистора?

8. Что такое КМОП-ячейка?

9. Какова суть технологии напряжённого кремния в КМОП-ячейке?

10. Каковы этапы производства сверхбольших интегральных схем?

11. Что такое фоторезист?

12. Что собой представляет фотошаблон?

13. Что такое процесс легирования?

14. Какова роль сухого травления?

15. Какие вещества используются для донорной или акцепторной примесей?

16. Каковы перспективные направления развития микропроцессоров?