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嵌入式背景知识-芯片

2022-07-07 07:29:00 m0_59949484

CPU芯片的制造过程:

1.CPU芯片制造的原材料是地壳中存在最多的二氧化硅,由二氧化硅到芯片经历了以下几个过程:
二氧化硅——>多晶硅——>晶圆——>芯片
2.晶圆的制造流程:
晶圆:晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆;在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之IC产品。晶圆的原始材料是硅,而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达99.999999999%
晶圆的制造流程
(1)脱氧提纯
沙子/石英经过脱氧提纯以后得到含硅量25%的SiO2二氧化硅。氧化硅经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并蒸馏后,得到纯度高99%以上的晶体硅。晶体硅的纯度要求非常高,这也是造出晶圆昂贵的原因。大家知道钻石是什么吗?钻石就是碳元素经过脱氧以及其他因素形成的元素排列独特且纯度高达99.64%以上的晶体。大家想想,晶圆比人造钻石便宜多了,感觉还是很划算的。
(2)制造晶棒
晶体硅经过高温成型,采用旋转拉伸的方法做成圆形的晶棒。
(3)晶片分片
将晶棒横向切成厚度基本一致的晶圆片,Wafer
(4) Wafer抛光
进行晶圆外观的打磨抛光
(5)Wafer镀膜
通过高温,或者其他方式,使晶圆上产生一层SiO2二氧化硅。SiO2二氧化硅为绝缘材料,但有杂质和特殊处理的SiO2二氧化硅有一点给的导电性。这里SiO2二氧化硅的作用是为了光的传导。就像用SiO2二氧化硅做光导纤维一个道理。这是为了后面光刻。
(6)上光刻胶
光刻胶和以前照相的胶片一个道理。Wafer上光刻胶,要求薄而平整。
(7)光刻(极紫光刻EVO)
将设计好的晶圆电路掩模,放置于光刻的紫外线下,下面再放置Wafer。在光刻的瞬间,在Wafer被光刻的部分的光刻胶融化,被刻上了电路图。去除光刻胶,光刻胶上的图案要与掩模上的图案一致。再次光刻。一个晶圆的电路要经过多次光刻。随着极紫光刻新技术出现,晶圆的光刻变得更精确,也更有效率,甚至可以一次完成全部光刻了。
(8)离子注射
在真空的环境下经过离子注射,将光刻的晶圆电路里注入导电材料。一般在一次光刻后就离子注射。二次光刻后,再离子注射。但一次全部光刻,就可以直接进行离子注射了。
(9)电镀
基本上晶圆完成了,接下来要在晶圆上电镀一层硫酸铜。铜离子会从正极走向负极。
(10)抛光
打磨抛光Wafer表面,整个Wafer就已经制造成功了。
(11)晶圆切片
将Wafer切成,单个晶圆Die
(12)测试
主要分三类:功能测试、性能测试、抗老化测试。具体有如:接触测试、功耗测试、输入漏电测试、输出电平测试、动态参数测试、模拟信号参数测试等等。有坏的晶圆就报废,此为黑片;有一些测试没过,但不影响使用的分为白片,可以流出;而全部通过测试的为正片。
(13)包装入盒
先给Wafer覆膜,再将其插入黑盒子中。
(14)发往封测
Die(裸片)经过封测,就成了我们电子数码产品上的芯片。

3.CPU构成
CPU是一块超大规模的集成电路,嵌入式的开发实质是对CPU进行操作以实现相应的功能。
CPU由三部分组成:

控制单元
控制单元是整个CPU的指挥控制中心,由指令寄存器、指令译码器和操作控制器OC(Operation Controller)等,对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序,依次从存储器中取出各条指令,放在指令寄存器IR中,通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作,然后通过操作控制器OC,按确定的时序,向相应的部件发出微操作控制信号。操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。

运算单元
是运算器的核心。可以执行算术运算(包括加减乘数等基本运算及其附加运算)和逻辑运算(包括移位、逻辑测试或两个值比较)。相对控制单元而言,运算器接受控制单元的命令而进行动作,即运算单元所进行的全部操作都是由控制单元发出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件。

存储单元
包括CPU片内缓存和寄存器组,是CPU中暂时存放数据的地方,里面保存着那些等待处理的数据,或已经处理过的数据,CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。采用寄存器,可以减少CPU访问内存的次数,从而提高了CPU的工作速度。但因为受到芯片面积和集成度所限,寄存器组的容量不可能很大。寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的,分别寄存相应的数据。而通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途,通用寄存器的数目因微处理器而异。这个是我们以后要介绍这个重点,这里先提一下。

4.寄存器是CPU的重要组成部分之一,寄存器的功能是存储二进制代码,它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码,故存放n位二进制代码的寄存器,需用n个触发器来构成。
嵌入式编程需要对寄存器进行配置,才能实现相应的功能。

参考链接:
http://m.elecfans.com/article/677109.html
https://www.sohu.com/a/233312100_100180344http://m.elecfans.com/article/734970.html



作者:sml_tj
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来源:简书
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