第一千一百一十二章 建立在一堆沙子上的事業
梓琪和童小芸對於生產cpu的工藝都非常感興趣，纏著范無病帶她們去參觀一下。
「其實也沒有什麼好看的，不過你們既然想看，那就去一趟兒好了。」范無病經不住她們的糾纏，於是就答應了下來。
當然，去看cpu的製造過程，同去看種大白菜是不同的，范無病提前跟廠裡面打了招呼，讓他們安排一個方便的時間。
在王榮昌這裡呆了兩天之後，范無病就帶著梓琪和童小芸去了范氏的晶元製造基地，去參觀cpu的製造過程。
范氏的晶元製造基地，前後總投資超過了十億美元，由五千名工人歷時兩年多建造完成，期間一共使用了三萬噸鋼材和差不多十萬立方米的混凝土，鋪設了一百多萬米長的線纜和二十萬米長的管道。
這個製造基地的佔地總面積約二十萬平方米，相當於將近三十個標準足球場，其中一級無塵室面積達到了四萬平方米。在這種大型無塵室里，每立方英尺空間內不小於零點五微米的塵埃數目不允許超過一粒，比醫院手術室還要乾淨一百倍。
為了保持無塵環境投入了很高成本，不過，並非所有的車間都需要這種無塵的環境。有趣的是，地面並非是我們平常所了解的硬地板，而是採用的一種類似於狀的設計，但是非常的堅固，目的是保持空氣的流通。房間的空氣，每四分鐘就要完全的更換一次。
經過了非常嚴格而繁瑣的除塵以及其他環節之後，范無病和梓琪、童小芸在廠方工程師的陪同下，進入了其中的一個無塵車間，在這裡工作人員必須穿防塵服，免得讓晶圓遭受污染。
他們遠遠地看過去的時候，就發現遠處的技術人員懷裡抱著一種盒子走來走去，據工程師介紹，這種盒子一般叫lot，裡面裝的就是晶圓。那些技術人員要做的，就是把這個lot安裝在一個機器或者是叫處理工具當中。
基於成本方面的考慮，只有lot入口是在無塵房間中，而其他部分是在低於無塵等級的chase當中。
在工程師的提醒下，梓琪她們特意留意了一下剛才提到的chase」車間的地板，同時也注意到處理那些晶圓片的機器，也就是處理剛才技術人員抱著的lot。
整個工廠的無塵房間和機器數量是非常的可觀的，因為製造一個cpu晶圓片的工藝過程是非常的複雜的。
一個pentium4cpu要使用二十六道光刻掩膜工序，每一個工序又需要很多的處理步驟，再加上攙雜以及金屬鍍層等，最後一個cpu製造工序就有上百道。
很多車間中需要使用紫外線照射，這是必不可少的，但是在無塵車間中通常要使用白光，而范無病他們剛參觀的那個無塵車間使用的則是橙色光，這又與其他的無塵車間使用的不同，據工程師解釋，這是因為這裡是晶圓加工的初步工序，而原因是cpu的某一層對白光非常敏感。
工作人員不能直接的接觸晶圓片，而是要放在那叫lot的黑色方盒子中，每個盒子能放二十五張晶圓片。這種lot採用的是鋁質材料做金屬層，顏色是黑的。
當工作人員把lot放到處理機器當中的時候，機器將會逐個的提取這二十五張晶圓片，處理完畢后再放回到lot中。
從一個無塵房間到另一個無塵房間，lot都是按照預定軌跡自動的被傳送的。天花板上面有一條自動軌道，那個軌道就是用來傳送lot的。
在某些條件下，lot是被直接的輸送到相應的機器當中，不需要人工的干預。在每台機器上都有一個屏幕，方面技術人員觀察目前機器工作情況以及晶圓片處理到了哪種程度上。
在這裡，最後的成品並非是電腦用戶最終使用的cpu，晶圓片當中包含了很多的晶元，這些晶圓要被送到如其他裝配及測試工廠，在那裡晶圓片將被切割，將個體晶元從上面分離下來，測試、貼標並出貨，最後才到了電腦用戶手上。
在看到晶圓棒的時候，童小芸問了一個很奇怪的問題，「為什麼要做成圓的，而不做成方的呢？在切割的時候，圓形的邊角都會浪費掉吧？」
旁邊兒的工程師立刻解釋道，「因為在硅提純的時候，原材料硅將被熔化，並放進一個巨大的石英熔爐，這時向熔爐里放入一顆晶種，以便硅晶體圍著這顆晶種生長，直到形成一個幾近完美的單晶硅。這種製作方法根據物理法則來說，最後成型的就是一個圓柱體，不能成為方的，把圓柱體切片，就成圓形了，不能想做什麼形狀就做什麼形狀。」
童小芸聽了之後連連點頭，范無病就笑道，「其實我也不大清楚，不過我不好意思問出來罷了。」
所謂的切割晶圓，也就是用機器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規格的硅晶片，並將其劃分成多個細小的區域，每個區域都將成為一個cpu的內核。
接下來就是影印，就是在經過熱處理得到的硅氧化物層上面塗敷一種光阻物質，紫外線通過印製著cpu複雜電路結構圖樣的模板照射硅基片，被紫外線照射的地方光阻物質溶解。
再有就是蝕刻，用溶劑將被紫外線照射過的光阻物清除，然後再採用化學處理方式，把沒有覆蓋光阻物質部分的硅氧化物層蝕刻掉，然後把所有光阻物質清除，就得到了有溝槽的硅基片。
接著就是要分層了，為加工新的一層電路，再次生長硅氧化物，然後沉積一層多晶硅，塗敷光阻物質，重複影印、蝕刻過程，得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結構。
然後是離子注入，通過離子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區域的導電狀態，形成門電路。接下來的步驟就是不斷重複以上的過程。一個完整的cpu內核包含大約二十層，層間留出窗口，填充金屬以保持各層間電路的連接。完成最後的測試工作后，切割矽片成單個cpu核心並進行封裝，一個cpu便製造出來了。
到了最後就是封裝，這是指安裝半導體集成電路中晶元用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護晶元和增強導熱性能的作用。
晶元的封裝技術已經歷了好幾代，技術指標一代比一代先進，包括改晶元面積與封裝面積之比越來越接近一比一，使用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，引腳數增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性大大提高，使用起來更加方便等等。
「目前絕大多數cpu都採用了一種翻轉內核的封裝形式，也就是說平時我們所看到的cpu內核其實是這顆硅晶元的底部，它是翻轉后封裝在陶瓷電路基板上的，這樣的好處是能夠使pu核心的另一面，也就是被蓋在陶瓷電路基板下面的那面要和外界的電路相連接。」工程師對三個人介紹道，「現在的cpu都有以千萬計算的晶體管，它們都要連到外面的電路上，而連接的方法則是將每若干個晶體管焊上一根導線連到外電路上。例如我們製造的cpu的引線數量為五千條，用於伺服器的六十四位處理器則達到了七千五百條。」
眾人聽得連連讚嘆不已，事實上要在這麼小的晶元上要安放這麼多的焊點，這些焊點必須非常的小，設計起來也要非常的小心。
由於所有的計算都要在很小的晶元上進行，所以cpu內核會散發出大量的熱，核心內部溫度可以達到上百度，而表面溫度也會有數十度，一旦溫度過高，就會造成cpu運行不正常甚至燒毀，因此很多電腦書籍或者雜誌都會常常強調對cpu散熱的重要性。
「cpu的成本究竟有多少錢？」梓琪問范無病道。
「這個問題，比較複雜一些——」范無病聽了之後也比較撓頭。
倒不是說怕說出來之後令大家感到眼紅，而是因為製造cpu的成本計算起來確實比較複雜，並不是一句話就能夠說明問題的。
首先一個價格因素，就是設計團隊的薪資待遇問題，這是一個很大的投入，畢竟想要設計製造cpu，就必須要有一支實力很強大技術水平很高的設計團隊，沒有這個作為基礎，顯然是辦不成大事兒的。
其次就是晶圓製造成本的問題，一般而言，晶圓的直徑越大，則可以分割出來的cpu核心就越多，這樣一次性製造的成本就會降低，利潤就會升高，在同樣的功耗下做出的半成品就越多，顯然意味著成本的下降。
以目前的八英寸晶圓來看，一張晶圓不過才能夠切割一百多塊兒cpu核心，而如果是換了十二英寸晶圓來切割，那就可以至少切割出來兩百八十片。
當然了，如果是提升了光刻技術，精度再不斷提高之後，就可以縮小cpu核心的體積，使得單位面積上可以分割出來的數量更多一些。
一片十二寸晶圓的價格大概是七八千美元，以范氏投資集團目前的最新技術來看，已經試驗成功的技術可以在十二英寸晶圓上切割出六百多片cpu核心來，這樣的話，成本就會下降很多，再加上其他方面的費用，預計單片成本會降到三百塊人民幣之內，而這可是范氏最新的功能最強的cpu核心技術。
「其實處理器的利潤也不是很高，因為成本太大，一個工廠投資都是幾十億美元，再加上人工稅收和營運開支，利潤一般在兩成左右就不錯了，如果經營不好虧損也有可能。」范無病有些感慨地說了一句。
其實還有一點范無病沒有說出來，那就是一片十二寸的晶圓的價格七八千美元，那是國際市場的價格，事實上范氏的成本要遠低於這個價格，同時現在范氏最新的研究技術正在將cpu核心體積繼續減小，估計一旦成功之後，一片十二英寸晶圓上可以切割出兩千片以上的cpu核心來，那樣的話，成本下降就非常厲害了。
當然了，這些事情，既然還沒有辦成，那麼也就沒有刻意拿出來炫耀的必要了，畢竟現在的外界，仍然是認為范氏投資集團的晶圓廠只能夠加工八英寸晶圓，而在事實上，范氏已經有了製造十二英寸晶圓生產線的技術儲備，並且已經在生產線的建設當中。
根據范氏的研發團隊的最新目標，他們已經在向十八英寸晶圓製造技術發起了挑戰。
從這一點上來將，范無病說自己的企業利潤不高，只有兩成，倒是也不是謊話，因為目前大部分的盈利都被范無病投進了技術研發和生產線建設當中去了。
「以前總是聽人說，cpu就是一堆沙子製造出來的，成本基本上為零，今天參觀了這裡，才知道原來是這麼複雜的一個製造過程——」童小芸有些感慨地說道。
「這種話我也聽過。」范無病點頭表示道，「cpu的成本是一堆沙子，軟體的成本就是一張光碟，如果這個國家中大多數人都抱著這樣的想法，那麼就很容易理解為什麼創意產業一片凋零了。」
不說微軟一個很虛無的東西要賣好幾千塊，當初windows出世的時候，幾千個高級程序員蹲在那裡整整寫了三年，這工資那裡來？這些人吃什麼？出來以後用戶不買賬，這風險誰擔？