Америкийн хагас дамжуулагч АНУ-ын дотоодын чип савлагаа руу нэг алхам хийж байна

Өнгөрсөн жил хагас дамжуулагчийн хомсдол өргөн тархсан нь олон хүн АНУ-д чип үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлэхийг уриалж, нийлүүлэлтийн гинжин хэлхээний уян хатан байдалд анхаарлаа хандуулахад хүргэсэн бөгөөд өнгөрсөн зургадугаар сард Сенатаас баталсан АНУ-ын Инноваци ба Өрсөлдөөний тухай хууль (USICA)-д 52 тэрбум долларын тусламж үзүүлэхийг санал болгожээ. дотоодын хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэл, ордны үйл ажиллагааг хүлээж байна. Олон хүмүүсийн гол анхаарал нь цахиурын чипний үйлдвэрлэлийн дотоодын эзлэх хувийг нэмэгдүүлэхэд чиглэж байгаа ч бид чипний савлагааг орхигдуулж болохгүй. Энэ нь чипүүдийг гэмтлээс хамгаалж, хэлхээг нь холбох замаар ашиглахад тохиромжтой болгох чухал үйл явц юм. гадаад ертөнц. Энэ нь нийлүүлэлтийн гинжин хэлхээний уян хатан байдал болон электроникийн ирээдүйн технологийн дэвшлийг тогтвортой байлгахад чухал ач холбогдолтой салбар юм. 

Хагас дамжуулагч чипийг ашиглах боломжтой болгохын тулд сав баглаа боодол нь чухал юм

Integrated circuit (IC) чипийг "fabs" гэж нэрлэгддэг олон тэрбум долларын үйлдвэрүүдэд цахиур хавтан дээр үйлдвэрлэдэг. Бие даасан чипс буюу "үхэх" нь давтагдах хэв маягаар үйлдвэрлэгдэж, вафель тус бүр дээр багцаар үйлдвэрлэгддэг (мөн өрөвсний багцаар). 300 мм-ийн хавтан (ойролцоогоор 12 инч диаметртэй) нь хамгийн орчин үеийн үйлдвэрүүдэд ихэвчлэн хэрэглэгддэг хэмжээтэй, олон зуун том микропроцессорын чип эсвэл хэдэн мянган жижиг хянагч чипүүдийг агуулж болно. Үйлдвэрлэлийн процессыг "шугамын урд төгсгөл" (FEOL) үе шатанд хувааж, цахиурын биед хэв маяг, сийлбэр хийх процессоор олон тэрбум микроскоп транзисторууд болон бусад төхөөрөмжийг бүтээж, дараа нь "шугамын арын төгсгөл" гэж ангилдаг. ” (BEOL) дотор нь бүх зүйлийг холбохын тулд төмөр ул мөрний тор тавьсан байна. Мөрүүд нь "виас" гэж нэрлэгддэг босоо сегментүүдээс бүрдэх бөгөөд энэ нь эргээд утсан утаснуудын хэвтээ давхаргыг холбодог. Хэрэв та чип дээр олон тэрбум транзистор байгаа бол (iPhone 13-ын A15 процессор нь 15 тэрбумтай) тэдгээрийг холбохын тулд танд олон тэрбум утас хэрэгтэй болно. Нас барсан хүн бүр сунах үед нийтдээ хэдэн километрийн утастай байж болох тул BEOL процесс нь нэлээд төвөгтэй гэж бид төсөөлж байна. Дизайнерууд үхрийн гадна талын давхарга дээр (заримдаа үхрийн арын болон урд талыг нь ашигладаг) чипийг гадаад ертөнцтэй холбоход ашигладаг микроскопийн дэвсгэр тавьдаг. 

Өрөөсийг боловсруулсны дараа чипс бүрийг тус тусад нь туршилтын машинаар "шинжилдэг" бөгөөд аль нь сайн болохыг олж мэдэх болно. Эдгээрийг хайчилж, багц болгон хийнэ. Багц нь чипийн физик хамгаалалтаас гадна чип дэх янз бүрийн хэлхээнд цахилгаан дохиог холбох хэрэгсэл болдог. Чипийг савласны дараа утас, компьютер, машин болон бусад төхөөрөмжийн электрон хэлхээний самбар дээр байрлуулж болно. Эдгээр багцын зарим нь машины хөдөлгүүрийн тасалгаа эсвэл гар утасны цамхаг гэх мэт эрс тэс орчинд зориулагдсан байх ёстой. Бусад нь дотоод авсаархан төхөөрөмжүүдэд ашиглахад маш жижиг хэмжээтэй байх ёстой. Ямар ч тохиолдолд сав баглаа боодлын загвар зохион бүтээгч нь хэвний ачаалал, ан цавыг багасгах, дулааны тэлэлт, энэ нь чипний найдвартай байдалд хэрхэн нөлөөлж болох зэргийг харгалзан үзэх шаардлагатай.

Цахиурын чипийг багц доторх утаснуудтай холбох хамгийн эртний технологи байсан утас холбох, бага температурт гагнуурын процесс. Энэ процесст маш нарийн утсыг (ихэвчлэн алт эсвэл хөнгөн цагаан, гэхдээ мөнгө, зэсийг бас ашигладаг) нэг төгсгөлд нь чип дээрх металл дэвсгэрт, нөгөө талдаа гадна талд нь хүргэдэг металл хүрээний терминалуудтай холбогддог. . Уг процессыг 1950-иад онд Bell Labs-т анхлан эхлүүлсэн бөгөөд жижиг утсыг даралтын дор чип дэвсгэрт өндөр температурт шахдаг байжээ. Үүнийг хийх анхны машинууд 1950-иад оны сүүлээр гарч ирсэн бөгөөд 1960-аад оны дунд үеэс хэт авианы холболтыг өөр арга болгон боловсруулсан.

Түүхээс харахад энэ ажил нь нэлээд хөдөлмөр их шаардсан учраас Зүүн өмнөд Азид хийгдсэн байдаг. Тэр цагаас хойш утас холбох ажлыг маш өндөр хурдтайгаар хийх автомат машинууд бүтээгдсэн. Бусад олон шинэ сав баглаа боодлын технологиуд, тэр дундаа "флип чип" гэх мэтчилэн боловсруулсан. Энэ процесст бичил харуурын металл баганыг чипний дэвсгэр дээр өрөвчин дээр байх үед нь нааж, дараа нь шалгасны дараа сайн хэвийг эргүүлж, таарсан дэвсгэрүүдээр багцалж байрлуулна. Дараа нь холболтыг хайлуулахын тулд гагнуурыг дахин урсгалаар хайлуулна. Энэ нь нэг дор олон мянган холболт хийх сайн арга юм, гэхдээ та бүх холболт сайн байгаа эсэхийг шалгахын тулд бүх зүйлийг анхааралтай хянах хэрэгтэй. 

Сүүлийн үед сав баглаа боодол илүү их анхаарал татаж байна. Энэ нь шинэ технологиудыг ашиглах боломжтой болсонтой холбоотой, гэхдээ чип хэрэглээг өдөөж буй шинэ программууд юм. Хамгийн гол нь систем доторх чипс (SiP) гэж нэрлэгддэг өөр өөр технологиор хийсэн олон чипийг нэг багцад оруулах хүсэл юм. Гэхдээ энэ нь янз бүрийн төрлийн төхөөрөмжүүдийг, тухайлбал радио чиптэй нэг багц дахь 5G антенн эсвэл мэдрэгчийг тооцоолох чиптэй нэгтгэдэг хиймэл оюун ухааны программуудыг нэгтгэх хүсэл эрмэлзэлээс үүдэлтэй юм. TSMC зэрэг том хагас дамжуулагч цутгах үйлдвэрүүд "чиплет" болон "савлах савлагаа" дээр ажиллаж байгаа бол Intel
INTC
2019 онд өөрийн Lakefield гар утасны процессордоо суулгагдсан олон талт харилцан холболт (EMIB) болон Foveros stacking технологийг нэвтрүүлсэн.

Ихэнх сав баглаа боодол нь "аутсорсинг, угсралт, туршилт" (OSAT) гэгддэг гуравдагч талын гэрээт үйлдвэрлэгчид хийдэг бөгөөд тэдний дэлхийн төв нь Азид байдаг. OSAT-ын хамгийн том ханган нийлүүлэгчид бол Тайваний ASE, Amkor Technology юм
AMKR
Аризонагийн Темп хотод төвтэй, Хятадын Jiangsu Changjiang Electronics Tech Company (JCET) (хэдэн жилийн өмнө Сингапурт төвтэй STATS ChipPac-ийг худалдаж авсан), Тайваний Siliconware Precision Industries Co., Ltd (SPIL) нь ASE-д худалдаж авсан. 2015. Олон тооны жижиг тоглогчид байдаг, ялангуяа Хятадад хэдэн жилийн өмнө OSAT-ийг стратегийн салбар гэж тодорхойлсон.

Сав баглаа боодол нь сүүлийн үед олны анхаарлыг татсан гол шалтгаан бол Вьетнам, Малайз улсад саяхан гарсан Ковид-19 дэгдэлт нь хагас дамжуулагч чипийн хангамжийн хямралыг улам дордуулж, үйлдвэрийг хаах эсвэл орон нутгийн засаг захиргаа хэдэн долоо хоногийн турш үйлдвэрлэлээ зогсоож, багасгасан зэрэгт ихээхэн хувь нэмэр оруулсан явдал юм. цаг. Хэдийгээр АНУ-ын засгийн газар дотоодын хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийг дэмжих татаасад хөрөнгө оруулалт хийсэн ч тэдгээр бэлэн чипүүдийн ихэнх нь үйлдвэр, ханган нийлүүлэгчдийн сүлжээ, ур чадварын үндэс суурьтай байдаг тул савлах зорилгоор Ази руу аялах болно. Тиймээс Intel нь Хилсборо, Орегон эсвэл Аризонагийн Чандлер хотод микропроцессорын чип үйлдвэрлэдэг боловч бэлэн өргүүрийг Малайз, Вьетнам эсвэл Хятадын Ченгду дахь үйлдвэрүүдэд туршиж, савлах зорилгоор илгээдэг.

Чип савлагааг АНУ-д байгуулж болох уу?

Хагас зуун жилийн өмнө ихэнх салбар Америкийн эргийг орхин явсан тул чипний савлагааг АНУ-д авчрахад ихээхэн бэрхшээл тулгарч байна. Дэлхийн сав баглаа боодлын үйлдвэрлэлийн Хойд Америкийн эзлэх хувь ердөө 3% орчим байна. Энэ нь үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмж, химийн бодис (баглаа боодолд ашигладаг субстрат болон бусад материал гэх мэт), хар тугалганы хүрээ, хамгийн чухал нь бизнесийн өндөр эзлэхүүнтэй туршлагатай чадварлаг ур чадварын бааз АНУ-д байгаагүй гэсэн үг юм. урт хугацаа. Intel саяхан Малайз дахь савлагаа, туршилтын шинэ үйлдвэрт 7 тэрбум долларын хөрөнгө оруулалт хийхээ зарласан ч Фоверос технологид зориулж Нью-Мексико дахь Рио Ранчо дахь үйл ажиллагаандаа 3.5 тэрбум долларын хөрөнгө оруулалт хийхээр төлөвлөж байгаагаа зарлав. Амкор Технологи мөн саяхан Ханой хотоос зүүн хойд зүгт орших Вьетнамын Бак Нин хотын хүчин чадлыг нэмэгдүүлэхээр төлөвлөж байгаагаа зарлав.

АНУ-ын хувьд энэ асуудлын нэг том хэсэг нь дэвшилтэт чип савлагаа нь үйлдвэрлэлийн маш их туршлага шаарддаг явдал юм. Та анх үйлдвэрлэж эхлэхэд сайн савласан чипсийн гарц бага байх магадлалтай бөгөөд та илүү ихийг хийх тусам үйл явцыг байнга сайжруулж, гарц сайжирна. Том чиптэй хэрэглэгчид энэ өгөөжийн муруйг олоход удаан хугацаа шаардагдах дотоодын шинэ ханган нийлүүлэгчдийг ашиглах эрсдэлд ороход бэлэн байдаггүй. Хэрэв та сав баглаа боодлын гарц багатай бол чипсээ хаях болно, тэгэхгүй бол сайн байх болно. Яагаад боломжийг ашиглах вэ? Тиймээс бид АНУ-д илүү дэвшилтэт чипс хийсэн ч савлахаар Алс Дорнод руу явах байх.

Бойсе, Айдахо мужид байрладаг American Semiconductor, Inc. өөр арга барилаар ажиллаж байна. Гүйцэтгэх захирал Даг Хаклер "амьдралд нийцсэн үйлдвэрлэлд тулгуурлан амьдрах чадвартай нөхөн сэргээлт"-ийг дэмждэг. Зөвхөн дэвшилтэт микропроцессорууд эсвэл 5G чипүүдэд ашигладаг шиг өндөр чанартай чип савлагаа хөөцөлдөхийн оронд түүний стратеги нь шинэ технологи ашиглах, эрэлт ихтэй байгаа хуучин чипүүдэд ашиглах явдал бөгөөд энэ нь компанид үйл явцаа дадлагажуулах боломжийг олгоно. сурах. Хуучин чипүүд нь бас хамаагүй хямд байдаг тул өгөөжийн алдагдал нь амь нас, үхлийн асуудал биш юм. Хаклер iPhone 85-ийн чипүүдийн 11% нь хуучин технологи, тухайлбал 40 нм ба түүнээс дээш урттай хагас дамжуулагч (энэ нь арван жилийн өмнө халуун технологи байсан) дээр үйлдвэрлэсэн технологийг ашигладаг болохыг онцолжээ. Үнэн хэрэгтээ, одоогийн байдлаар автомашины үйлдвэрлэлийг зовоож буй чипийн хомсдолын ихэнх хэсэг нь эдгээр хуучин чипүүдэд зориулагдсан байдаг. Үүний зэрэгцээ уг компани угсралтын үе шатуудад шинэ технологи, автоматжуулалтыг ашиглахыг хичээж, хэт нимгэн чиптэй савлагаатай полимер дээр хагас дамжуулагч (SoP) процессыг ашиглан хэвийг дүүргэсэн вафельд наалддаг. арын полимер, дараа нь дулаан дамжуулах соронзон хальс дээр байрлуулсан. Ердийн автомат шалгагчаар туршсаны дараа чипсийг соронзон хальсны зөөгч дээр шоо болгон хувааж, өндөр хурдтай автомат угсрах зориулалттай ороомог эсвэл бусад формат руу шилжүүлдэг. Хаклер энэ сав баглаа боодол нь их хэмжээний чип хэрэглэдэг, гэхдээ цахиур үйлдвэрлэх тал дээр тийм ч өндөр шаардлага тавьдаггүй хоёр сегмент болох Internet-of-Things (IoT) төхөөрөмж болон өмсдөг төхөөрөмж үйлдвэрлэгчдийн сонирхлыг татах ёстой гэж үзэж байна.

Хаклерын арга барилын сэтгэл татам зүйл бол хоёр зүйл юм. Нэгдүгээрт, түүний үйлдвэрлэлийн шугамаар эзлэхүүнийг татах эрэлт хэрэгцээний ач холбогдлыг хүлээн зөвшөөрөх нь тэд ургацыг сайжруулах талаар маш их туршлага олж авах боломжийг олгоно. Хоёрдугаарт, тэд шинэ технологи ашиглаж байгаа бөгөөд технологийн шилжилтийг давах нь ихэвчлэн албан тушаалын хүмүүсийг огцруулах боломж болдог. Шинээр элсэгчдэд одоо байгаа үйл явц, байгууламжтай холбоотой ачаа тээш байдаггүй. 

American Semiconductor-д явах зам маш их байгаа ч ийм арга барил нь дотоодын ур чадварыг хөгжүүлэх бөгөөд чип савлагааг АНУ-д авчрах бодит алхам болно Дотоодын чадавхийг хурдан бий болгоно гэж найдаж болохгүй, гэхдээ энэ нь тийм ч муу газар биш юм. эхлэх.