Ngành đào tạo kỹ thuật hóa học trong nước và trên thế giới...4 Phần II: Quá trình sản xuất bản mạch chip máy tính...7 I.. Trong bài báo cáo này chúng em tập trung tìm hiểu về quy trình c
Trang 1Mục lục 0
Lời mở đầu 1
Phần I: Giới thiệu chung về lĩnh vực kỹ thuật hóa học và ngành đào tạo kỹ thuật hóa học trong nước và trên thế giới 2
I Khái niệm và vai trò của ngành kỹ thuật hóa học 2
II Lịch sử hình thành của ngành kỹ thuật hóa học 3
III Ngành đào tạo kỹ thuật hóa học trong nước và trên thế giới 4
Phần II: Quá trình sản xuất bản mạch chip máy tính 7
I Giới thiệu về bản mạch chip máy tính 7
II Quy trình chế tạo chip 14
III Một số phương pháp, công nghệ sản xuất chip phổ biến 22
IV Sơ đồ khối quá trình sản xuất 25
V Các thiết bị chính sử dụng trong quy trình công nghệ 27
Tài liệu tham khảo 29
Trang 2LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của điện tử và công nghệ thông tin,hàng loạt các sản phẩm công nghệ cao đã ra đời Những thiết bị này đã góp phầnnâng cao đời sống cho con người và chúng có một ý nghĩa lớn trong cuộc cánhmạng công nghệ Các thiết bị đó chính là các bộ Chip và công nghệ chế tạo rachúng, chúng là thành quả của công nghệ bán dẫn tích hợp, mặc dù với vẻ bề ngoàinhỏ bé nhưng những con Chip, những bộ vi xử lý lại có một sức mạnh không hề
“nhỏ” chút nào Chúng có thể làm những việc mà con người ngần như khó có thểlàm làm được Chip và bộ vi xử lý chúng chính là trái tim và bộ óc của chiếc máytính cũng như trái tim và
bộ óc của con nguời vậy điều khiển mọi hoạt động, tiếp nhận mọi thông tin…để xử
lý rồi đưa ra cho chúng ta kết quả như mong đợi
Trong bài báo cáo này chúng em tập trung tìm hiểu về quy trình công nghệsản xuất nên một bản mạch chip vi tính hoàn chỉnh từ chất bán dẫn, đồng thời cũng
đề cập tới một vài phương pháp mới trong lĩnh vực này…
Nội dung báo cáo chia 2 phần:
Phần I: Giới thiệu chung về lĩnh vực kỹ thuật hóa học và ngành đào tạo
kỹ thuật hóa học trong nước và trên thế giới
Chia làm 3 ý lớn:
I Khái niệm và vai trò của ngành kỹ thuật hóa học
II Lịch sử hình thành của ngành kỹ thuật hóa học III Ngành đào tạo kỹ thuật hóa học trong nước và trên thế giới
Phần II: Quá trình sản xuất bản mạch chip máy tính
Chia làm 5 ý lớn :
I Giới thiệu về bản mạch chip máy tính
II Quy trình chế tạo chipIII Một số phương pháp, công nghệ sản xuất chip phổ biến
IV Sơ đồ khối quá trình sản xuất
V Các thiết bị chính sử dụng trong quy trình công nghệChúng em xin cảm ơn cô giáo Nguyễn Minh Tân, bộ môn QT- TB CN Hóa- Thực phẩm đã giúp đỡ chúng em hoàn thành bản đồ án này
Trang 3Phần I: Giới thiệu chung về lĩnh vực kỹ thuật hóa học và ngành đào tạo kỹ
thuật hóa học trong nước và trên thế giới
I Khái niệm và vai trò của ngành kỹ thuật hóa học [2]
1 Khái niệm
Kỹ thuật hóa học là một ngành có ảnh hưởng lớn tới nhiều lĩnh vực của côngnghệ Hiểu theo nghĩa rộng, người kỹ sư ngành Kỹ thuật hóa học đảm nhiệm việcthiết kế các quy trình với mục đích sản xuất, biến đổi và vận chuyển vật liệu Hoạtđộng này bắt đầu từ việc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, sau đó sử dụng cáccông nghệ đã có để sản xuất trên quy mô lớn
2 Vai trò
Với nhiều ứng dụng rộng rãi, kĩ thuật hóa học thực sự là một môn khoa họcđược nhiều nhà nghiên cứu quan tâm nhất trên thế giới Ngay cả trong cuộc sốngcủa chúng ta những sản phẩm của hóa học thường xuyên được chúng ta sử dụngdưới nhiều hình thức và phương thức khác nhau như công cụ sản suất, chế biếnthực phẩm, đồ gia dụng, các loại chất tẩy rửa, hóa chất bảo vệ thực vật… cho đếncác ngành kĩ thuật khác như kĩ thuật điện tử-viễn thông, y tế, xây dựng, giao thông-vận tải, xử lí môi trường… Chính vì vậy mà kĩ thuật hóa học được coi như mộttrung tâm đặt nền móng cho các ngành khác phát triển
Trong nước ta hiện nay, với vốn tài nguyên phong phú được thiên nhiên bantặng, ngành kĩ thuật hóa học ngày càng được quan tâm và phát triển như một ngànhmũi nhọn trong hệ thống xây dựng nền kinh tế của đất nước
Một số ứng cụ thể:Công nghệ kĩ thuật hóa học có rất nhiều ứng dụng trongtất cả các ngành khoa học khác, thúc đẩy các ngành khác phát triển cụ thể là
Trong sản xuất thực phẩm: các sản phẩm chính của công nghệ kĩ thuật hóa
học gồm một số nhà máy sản xuất gia vị làm tăng hương vị cho món ăn, phẩm màulàm tăng sức hấp dẫn của món ăn, và một số các chất bảo quản thực phẩm, thuốctrừ sâu cho rau quả …
Trong y tế: Công nghệ kĩ thuật hóa học cũng đóng một vai trò quan trọng
trong y tế gồm một số sản phẩm chính: etanol làm cồn sát trùng, sản xuất dược liệu,vật liệu chế tạo các thiết bị y tế tinh vi…
Trong giao thông vận tải: trong một nước để đánh giá được quy mô mà mức
độ phát triển của nước đó thông thường mức độ giao thông và cơ sở hạ tầng giaothông cũng được xem là một chỉ tiêu quan trọng Chính vì vậy ứng dụng của công
Trang 4nghệ hóa học cũng được áp dụng vào một số sản phẩm như: sản xuất xăng, dầu,nhựa đường, sản xuất nhiên liệu sinh học thân thiện với môi trường …
Công nghệ vũ trụ: để ra được ngoài khoảng không gian vũ trụ chúng ta cần
phải có rất nhiều những thiết bị đặc biệt giúp con người có thể ở trong không gianmột thời gian dài Lúc này, một số sản phẩm được con người ứng dụng trong kĩthuật hóa học là: các vật liệu bền có độ chịu nhiệt cao, quần áo du hành vũ trụ,nhiên liệu cháy…
Quân sự: Đối với các nước trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng thì
quân sự được coi là một lĩnh vực được đặc biệt quan tâm, nó giúp giữ vững và duytrì nền ổn định, hòa bình trên thế giới để từ đó con người có thể duy trì, phát triển
xã hội cũng như nền kinh tế Gồm một số các ứng dụng sau: vật liệu chống đạn như
áo giáp bằng sợi cacbon nhẹ siêu bền, kính chống đạn, chất nổ: C4,…
Đây đều là những lĩnh vực quan trọng nhất đối với mỗi quốc gia qua đó ta cóthể thấy tầm ảnh hưởng sâu rộng của công nghệ hóa học tới trưc tiếp đời sống conngười cũng như mỗi nước trên toàn thế giới…
II.Lịch sử hình thành của ngành kỹ thuật hóa học [3]
Lịch sử ngành hóa học có lẽ được hình thành cách đây khoảng 4000 năm khi người Ai Cập cổ đại lần đầu dùng kĩ thuật tổng hợp hóa học dạng "ướt".Đến thời kì
1000 năm trước Công nguyên một số nền văn minh đã dùng những kĩ thuật hóa họcvẫn còn giá trị nền tảng cho đến tận ngày nay, như: luyện thép từ quặng sắt, làm đồ gốm, lên men rượu bia, tạo ra màu để sơn và trang trí, chiết xuất tinh chất từ thực vật làm thuốc hay nước hoa, làm phô mai, nhuộm quần áo, thuộc da, chế biến mỡ thành xà bông, làm ra thủy tinh, chế tạo hợp kim chẳng hạn đồng
Cách tiếp cận đến bản chất của thế giới vật chất và những chuyển hóa trong
đó theo kiểu triết học thời cổ đại cũng như theo kiểu giả kim thuật đã không thành công, nhưng bằng cách làm thực nghiệm và ghi lại kết quả các nhà giả kim đã đặt nền móng cho phương pháp khoa học sau này Năm 1661 ông Robert Boyle bằng công trình The Sceptical Chymist đã tách biệt hẳn giả kim thuật và hóa học, mở ra thời kì mới cho hóa học hiện đại
Hóa học trở thành ngành khoa học theo nghĩa đầy đủ khi Antoine Lavoisier nêu ra định luật bảo toàn khối lượng, đòi hỏi các đại lượng hóa học phải được định lượng và đo lường cẩn thận Vì thế mà dù cả giả kim thuật lẫn hóa học đều quan tâm đến bản chất của vật chất và sự chuyển hóa của chúng nhưng chỉ có nhà hóa học, chứ không phải nhà giả kim, dùng phương pháp khoa học trong nghiên cứu
Trang 5Lịch sử hóa học thường được gắn với lịch sử nhiệt động học, nhất là từ công trình của Willard Gibbs.
Ngành kỹ thuật hóa học hình thành cách đây hơn 100 năm, đặc biệt phát triểnmạnh vào cuối thế kỷ 19 Trước khi cuộc cách mạng công nghiệp diễn ra ở Anh vàothế kỷ 18, hóa chất công nghiệp được sản xuất chủ yếu thong qua chế biến hàng
loạt.
Chế biến hàng loạt cũng tương tự như nấu ăn Các thành phần pha trộntrong một nhiệt độ hoặc sức ép nhất định, sau đó thử nghiệm và tinh chế để có đượcmột sản phẩm thương phẩm Quá trình đồng loạt ngày nay vẫn còn được áp dụngtrên các sản phẩm đắt tiền, chẳng hạn như nước hoa, hoặc xi-rô trái cây, thứ màngười ta vẫn có thể thu được lợi nhuận, mặc dù phương pháp ấy lạc hậu, tốc độchậm và kém hiệu quả Hầu hết các hóa chất hiện nay được sản xuất thông qua mộtquy trình hóa học liên tục Cách mạng công nghiệp xảy ra đã làm chuyển đổiphương pháp từ sản xuất hàng loạt sang sản xuất theo một quy trình liên tục
Cách mạng công nghiệp đã dẫn đến một sự leo thang chưa từng có nhu cầu,
cả về số lượng và chất lượng một số hóa chất như axit sulfuric và soda Điều này
có nghĩa là kích thước và hiệu quả hoạt động đã được mở rộng, bên cạnh đó một sốphương pháp mới dùng để thay thế phương pháp sản xuất hàng loạt phải đượcnghiên cứu và áp dụng Điều này đòi hỏi người kỹ sư không những chỉ biết điềukhiển máy móc , mà còn phải hiểu phản ứng hóa học và hiện tượng vận chuyển (cácchất tương tác với nhau để xảy ra phản ứng, các điều kiện xảy ra phản ứng, vv) Như vậy, kỹ thuật hoá học được sinh ra như là một quy luật riêng biệt, khác biệt với
cơ khí thủ công và hóa học công nghiệp khác
III Ngành đào tạo kỹ thuật hóa học trong nước và trên thế giới [4]
1.Mục tiêu đào tạo
Trang 6Người kỹ sư hóa học đòi hỏi phải có một sự hiểu biết đầy đủ về nguyên lýkhoa học và kĩ thuật của các quy trình công nghệ căn bản Điều này được phản ánhtrong các chương trình giảng dạy của các khoa kỹ sư hóa học trong đó bao gồmviệc nghiên cứu toán học và ứng dụng, sự cân bằng của năng lượng và vật liệu,nhiệt động lực học, cơ học chất lỏng, biến đổi năng lượng và khối lượng, côngnghệ tách, động học hóa học và thiết kế lò phản ứng Các khóa học này được xâydựng dựa trên các ngành khoa học như vật lý, hóa học và sinh học.
Chương trình khung giáo dục đại học ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học(CNKTHHH) trình độ đại học nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản
để phát triển toàn diện; có khả năng áp dụng những nguyên lý kỹ thuật cơ bản vàcác kỹ năng kỹ thuật để đảm đương công việc của người kỹ sư công nghệ
Sinh viên tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật hóa học sẽ đảm trách công táctại các nhà máy, xí nghiệp, làm việc tại các Viện, trường, các trung tâm ứng dụng
và triển khai công nghệ
1.2Mục tiêu cụ thể:
+ Phẩm chất: Kỹ sư Công nghệ kỹ thuật hóa học là người có phẩm chất đạođức và đủ sức khỏe tham gia xây dựng và bảo vệ tổ quốc
+ Kiến thức: Được trang bị đầy đủ kiến thức giáo dục đại cương, kiến thức
cơ sở ngành và kiến thức ngành, có kỹ năng thực hành cao về CNKTHH, đáp ứngnhu cầu của công nghiệp và xã hội
+ Kỹ năng: Sinh viên ngành Công nghệ KTHH có khả năng hiểu biết toàn bộquá trình sản xuất chính và các mối quan hệ kỹ thuật – công nghệ và thiết bị trongngành Công nghệ kỹ thuật hóa học Từ đó có thể hiểu biết sâu về một chuyên ngànhnào đó trong kỹ thuật công nghệ hóa học
Có khả năng chỉ đạo, tổ chức sản xuất và áp dụng các quy trình công nghệvào điều kiện sản xuất thực tế tại các cơ sở sản xuất thuộc công nghệ kỹ thuật hóahọc
Có khả năng tiếp cận, triển khai các công nghệ mới nhằm nâng cao năng suất
và chất lượng sản phẩm
Chương trình đào tạo cơ bản đối với các trường đại học trong nước
Danh mục các học phần bắt buộc
Kiến thức giáo dục đại cương:
1 Triết học Mác-Lênin 12 Xác suất – Thống kê
2 Kinh tế chính trị Mác – Lênin 13 Vật lý đại cương 1
Trang 73 Chủ nghĩa xã hội khoa học 14 Hóa học đại cương 1
4 Lịch sử Đảng Cộng sản Việt Nam 15 Nhập môn tin học
11 Toán cao cấp 3
Kiến thức giáo dục chuyên nghiệp
Kiến thức cơ sở của ngành
5 Kỹ thuật điện tử 13 Quá trình và thiết bị 1
7 Thí nghiệm hóa phân tích 15 Tin học trong hóa học
8 Hóa hữu cơ
Kiến thức ngành
2 Hóa học các hợp chất cao phân tử 6 Động học xúc tác
3 Hóa học dầu mỏ 7 Các phương pháp phân tích công cụ
Thực hành, thực tập
1 Thực tập nhận thức 6 TN điều chế các hợp chất vô cơ
3 Thực tập tốt nghiệp 8 TN CN vật liệu silicat
4 Thực tập các PPPT công cụ 9 Bài tập lớn công nghệ hóa dầu
5 Thực hành tin học trong hóa học
Trang 8Phần II: Quá trình sản xuất bản mạch chip máy tính
I.Giới thiệu về bản mạch chip máy tính [3]
1.Khái niệm
1.1 Khái niệm chip
Chip là một vi mạch điện tử tích hợp được cấu tạo để thực hiện một chức
năng cụ thể nào đó hoặc được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau
1.2 Chipset
Chipset là một nhóm các Chip làm việc như một đơn vị độc lập để thực hiện
một hay nhiều chức năng có liên quan đến nhau nào đó
+ Chip điều khiển nhập xuất thế hệ thứ 2 (ICH2 - I/O Controller Hub) hỗ trợ:
4 cổng USB + 6 Kênh âm thanh AC'97 + Giao tiếp mạng tích hợp 10/100 Mbps + 2kênh ATA-100 + Kênh giao tiếp CNR + Các cổng giao tiếp chuẩn 64-bit PCI
+ Chip điều khiển truy cập bộ nhớ (MCH - Memory Controller Hub) hỗ trợ :
2 khe cắm RDRAM cho phép tốc độ truyền dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ đạt tới 3.2Gigabytes/s Kênh truyền AGP 4X cũng được điều khiển bởi MCH cho phépchuyển giao dữ liệu trực tiếp giữa card màn hình và bộ nhớ với tốc độ lên tới 1Gigabytes/s
2 Cấu tạo
Bản mạch chip vi tính- hay còn gọi là chipset, là một nhóm các mạch tíchhợp (các chip) được thiết kế để làm việc cùng nhau và đi cùng nhau như một sảnphẩm đơn Trong máy tính, từ chipset thường dùng để nói đến các chip đặc biệt trên
bo mạch chủ hoặc trên các card mở rộng
Khi nói đến các máy tính cá nhân (PC) dựa trên hệ thống Intel Pentium, từchipset thường dùng để nói đến hai chip bo mạch chính: North Bridge (chip cầubắc) và South Bridge (chip cầu nam)
Trang 9Trong các máy tính gia đình, các máy trò chơi từ thập niên 1980 và thậpniên 1990, từ chipset được sử dụng để chỉ các chip xử lý âm thanh và hình ảnh
3.Chức năng và vị trí của chipset
3.1.Chức năng
Chipset chính là bo mạch chính, vì vậy bất cứ hai bo mạch nào có cùng loạichipset cũng sẽ giống hệt nhau về chứa năng Chipset có giao diện với bộ xử lý,phần điều khiển bộ nhớ, điều khiển bus, điều khiển I/O Tất cả các mạch trên bomạch chính chứa trong chipset
Trong PC chip liên kết bộ xử lý với tất cả mọi thứ khác Bộ xử lý không thểliên lạc với bộ nhớ, các adapter, thiết bị… mà không thông qua chipset Chipset làtrạm liên lạc chính và là hệ thần kinh trung ương của PC Nếu bạn cho rằng PC lànão bộ thì chipset chính là cột sống và hệ thần kinh trung ương
Trang 10Do chipset điều khiển giao diện hay các liên kết giữa bộ xử lý và tất cả các
bộ phận khác Như vậy chipset định nghĩa:
-Dung lượng RAM bo mạch chủ cần sử dụng
-Loại chip trên RAM
4 Cấu tạo và chức năng các bộ phận của chipset
4.1 Cấu trúc North / South Bridge
Chipset gồm hai thành phần: là North Bridge (chip câù bắc) và SouthBridge (chip cầu nam)
Trang 11-North Bridge là liên kết giữa bus bộ xử lý tốc độ cao (200/133/100/66
MHz) và các bus AGP (66 MHz), PCI (33 MHz) chậm hơn Phần này sẽ điều khiểncác giao tiếp với BXL, đồ họa và bộ nhớ
+Tên của cả chipset sẽ được đặt tên theo chip North Bridge, ví dụ chipset
440 BX có tên gọi bắt nguồn từ tên của chip North Bridge trong đó là 82443BX.North Bridge đôi khi còn được gọi laPAC(PIC/AGP Controller)
+Nó là thành phần duy nhất trong bo mạch chính ngoài bộ xử lý hoạtđộng với tốc độ của bú xử lý
+Phần lớn các chípet hiện đại dùng North Bridge dưói dạng một chipđơn
-South Bridge là cầu nối giữa bus PCI (33 MHz) và bus ISA còn chậm hơn
(8MHz) Bạn có thể tìm thấy tất cả những điều khiển giao tiếp thiết bị nhập/xuất ởđây
+Nó là thành phần hoạt động với tốc độ thấp hơn và luôn tồn tại dướidạng một chip đơn
4.2 Cấu trúc Hub
Các chip gần đây thuộc sê-ri 800 sử dụng cấu trúc hub, trong cấu trúc nàychip North Bridge trước đây gọi là hub điều khiển bộ nhớ, còn chip South Bridgetrước đây được gọi là hub điều khiển nhập/xuất
Chúng không được nôí với nhau qua bus PCI như trong thiết kếNorht/South Bridge mà được kết nối qua một giao diện hub 4x66MHz, nhanh gấphai lần PCI và không chia sẻ băng thông bus PCI
Giao diện hub này cũng cho phép các thiết bị được nối kết trực tiếp với ICH(South Bridge trước đây) có tốc độ nhận dữ liệu nhanh hơn, ví dụ như các giao diệnUSA 2.0,ATA-66 và ATA 100 mới tốc độ cao
Thiết kế giao diện hub cũng rất kinh tế, chỉ có độ rộng 8 bit Nó dùng ítchân cắm hơn so với giao diện PCI rộng 32 bit trong thiết kế North/South Bridge
Mặc dù chỉ truyền 8 bit đồng thời, giao diện hub thực hiện 4 lần truyền mộtchu kì và có tốc độ 66MHz, như vậy khả năng truyền là 266MB/giây, gấp đôi băngthông của PCI tuy rộng 32 bit nhưng chỉ truyền một lần trong một chu kì 33MHz,tức 133MB/giây
Trang 125 Lịch sử hình thành và phát triển của Chip
Sự hình thành và phát triển của chíp gắn liền với sự hình thành, phát triển củacông nghệ bán dẫn, sự phát hiện ra transistor và tính năng của nó, nên khi tìm hiểu
về vấn đề này ta sẽ tìm hiểu sự ra đời và phát triển của công nghệ bán dẫn:
- Năm 1947, J.Bardeen & W.Brattain (AT&T Bell., USA ) phát minh ra
“Point Contact Transistor” đây là một đột phá trong nỗ lực tìm ra thiết bị mới thaythế cho ống chân không Dòng điện vào ( Bên trái hình tam giác ) được truyền qualớp dẫn điện bề mặt bản Germanium và được khuếch đại thành dòng ra ( bên phảihình tam giác ) Sở dĩ thiết bị khuếch đại dòng điện này có tên là TRANSISTOR vì
nó là một loại điện trở ( Resistor) hay bán dẫn có khả năng truyền điện ( TRANfer)
thí nghiệm phát minh Transistor đầu tiên
- Năm 1950, W.Shockley ( AT&T Bell Lab, USA) phát minh ra transistorkiểu tiếp hợp Đây là mô hình đầu tiên của loại Bipolar transistor sau này
Trang 13Transistor kiểu tiếp hợp
- Năm 1958, J.Kilby ( Texas Instruments, Mỹ) phát minh ra mạch IC(Integrated circuit ) đầu tiên, mở đầu cho thời kỳ hoàng kim của vi điện tử Điểmquan trọng trong phát minh của Kilby là ở ý tưởng về việc tích hợp các thiết bị điện
tử (điện trở, transistor, condenser) lên trên bề mặt tấm silicon
- Năm 1959, J Hoerni và R Noyce ( Fairchild, Mỹ) thành công trong việc tạo
ra transistor trên một mặt phẳng silicon Hình dưới là transistor với cả 3 cực ( base,emitter, colector) cùng nằm trên một mặt phẳng
Trang 14Transistor với cả 3 cực ( base, emitter, colector)
- Năm 1961, cũng chính J Hoerni và R Noyce đã tạo ra mạch flip-flop ( với
4 transistor và 5 điện trở) trên mặt silicon
- Năm 1970, G.-E Smith và W.-S Boyle ( AT&T Bell Lab., USA) tạo ramạch CCD 8-bit