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來源：半導體行業(yè)觀察 今日半導體整理發(fā)布 轉載請注明來源，否則視為侵權,！ 當您走在英特爾芯片工廠內的笨重機器中時,，您會同時感到矮小和巨大。之所以顯得矮小,，是因為這些被稱為晶圓廠的工廠占地幾十英畝,，規(guī)模龐大。之所以巨大,，是因為它們制造的處理器通常比你的小拇指指甲還小——它們上面的晶體管非常小，數(shù)千個晶體管可以在一根頭發(fā)的寬度上并排放置,。晶圓廠是自動化制造的頂峰,，是首席執(zhí)行官帕特·蓋辛格 (Pat Gelsinger) 重新奪回英特爾芯片制造領導地位計劃的核心，也是美國芯片行業(yè)和政治盟友從中國和其他亞洲國家手中奪回高科技制造業(yè)的核心,。但他們到底是什么樣子的呢,？真的有穿著兔子裝和機械臂的人，甩著像價值1萬美元的飛盤一樣的彩虹色圓盤嗎?今年秋天,，我參觀了位于鳳凰城郊區(qū) 700 英畝土地上的兩家英特爾晶圓廠,，以了解CNET 對美國制造業(yè)的看法。我了解到它們高度自動化,，極其昂貴,，并且是該州灰塵最少的地方,。從外面看，晶圓廠就像其他巨大的工業(yè)建筑,，周圍環(huán)繞著巨大的管道,、停車場和水凈化系統(tǒng)。但是路標是關于正在發(fā)生的事情的絕對贈品：Wafer Way,，Angstrom Avenue,，Cleanroom Corner，Transistor Terrace,，Processor Parkway,，Silicon Street。Tick-Tock Trail 稍微降低了樂趣——它以英特爾實現(xiàn)穩(wěn)定芯片進步的舊方法命名,。但是,，正如我在相關專題中所解釋的那樣，當英特爾幾年前慘敗時,，競爭對手臺積電 (TSMC) 和三星得以領先,。英特爾的 Fab 42在 2011 年開始建設時耗資 70 億美元，它與早期的 12,、22 和 32 號晶圓廠相連?，F(xiàn)在這些設施的成本為 100 億美元，不過英特爾希望美國在可能的立法中提供補貼將使價格降低約 30 億美元,。位于亞利桑那州錢德勒的英特爾 Fab 42
Fab 42 的英特爾路牌
英特爾 Fab 42 的天花板安裝芯片運輸
Fab 42 基礎設施晶圓廠配備了龐大的支持設備結構,，以處理諸如供電、凈化水和冷卻空氣之類的事情,。運行一個晶圓廠需要數(shù)百萬加侖的純水,。Ocotillo 園區(qū)每天可以處理超過 900 萬加侖的水，英特爾正在努力改進,，以便到 2030 年它返回到亞利桑那州南部干涸流域的水量超過其使用量,。 
Intel Fab 42蝕刻設備晶圓廠的工作是攝取稱為晶圓的無瑕硅晶體的圓形切片，經(jīng)過 500 個左右的持續(xù)三個月或更長時間的處理步驟后,，吐出成品微處理器,。每個芯片都有數(shù)十億個稱為晶體管的電子通斷開關，它們每秒鐘隨著芯片時鐘的節(jié)拍跳動數(shù)十億次,，處理數(shù)據(jù),，這樣你就可以給爸爸發(fā)短信或查看誰在按你的智能門鈴。晶圓廠的標志之一是它們是干凈的,。真的很干凈,。任何一粒灰塵或干燥的棉絨都會毀掉一個可以賣到數(shù)百美元的芯片,。芯片制造操作將晶圓與外界隔離開來,，整個晶圓廠都處于正氣壓下,，以防止污染物進入。為了從一臺機器轉移到另一臺機器,，稱為 FOUP 的塑料模塊——前開式統(tǒng)一吊艙——沿著天花板安裝的軌道在晶圓廠周圍攪拌成堆的晶圓,。這一切都由一個中央計算機系統(tǒng)管理，該系統(tǒng)知道哪些晶圓用于制造和測試,。黑色 FOUP 從頭頂呼嘯而過,，然后落在電纜上，通過每臺晶圓廠機器上的艙口排出或收集晶圓,。
英特爾芯片 FOUP位于亞利桑那州錢德勒的這片空地是英特爾開始建造 Fab 52 和 Fab 62 的地方,，這兩個芯片工廠每家耗資 100 億美元，預計將于 2024 年上線,。在今天的 12,000 個基礎上,，新的晶圓廠將增加約 3,000 個工作崗位用于英特爾在亞利桑那州的業(yè)務,。
它使我?guī)啄昵霸诘聡譅柗蛩贡ご蟊娖嚬S看到的數(shù)百個機器人看起來像笨拙、蹣跚的巨人。另一方面,，我可以看到正在制造的汽車,。大多數(shù)情況下,，晶圓被隱藏起來,，主要暴露在昂貴的測量設備中，以掃描缺陷,。需要更多的預防措施來預防人類,，因為我們脫落的頭發(fā)和粗糙的死皮細胞。人們必須將自己幾乎完全密封在英特爾于 1973 年開創(chuàng)的有時稱為兔子套裝的服裝中,。在使用新的英特爾 7 制造工藝制造芯片的 Fab 42 中,，我不得不戴兩副手套——外層只戴了很長時間足以穿好衣服，然后被丟棄,，因為它碰到了我的普通衣服,。在進入晶圓廠之前，我也不得不擦拭我的相機設備,，并使用一個特殊的乳膠潔凈室筆記本,，它的脫落比低過敏性拉布拉多犬還少。盡管您可能從英特爾 1997 年的超級Bowl 廣告中學到了什么,，但除非您喜歡皺巴巴的紙袋外觀，否則兔子套裝并不討人喜歡,。特殊的靴子會讓你帶電著陸——當你進入時通過測試驗證——所以你不會用你的靜電荷電擊任何東西,。發(fā)套、胡須套和 COVID-19 面具完成了我的轉變,，變成了幾乎完全匿名的兩足動物,，只能通過我的顏色編碼徽章識別,。不過，很多人已經(jīng)習慣了：英特爾在亞利桑那州有 12,000 名員工,，在俄勒岡州的工廠有 21,000 名員工,。晶圓廠中有許多芯片制造機器，但最負盛名的是涉及光刻工藝——字面意思是,，用光在石頭上書寫,。芯片是通過將紫外線照射到精心設計的掩模中來制造的，該掩?？梢赃x擇性地阻擋光線,。晶片預先涂有一種稱為光刻膠的光敏材料，在光線照射的地方發(fā)生化學變化,。光刻是一項棘手的業(yè)務,，因為芯片上的特征已經(jīng)縮小得如此之小，而且每隔幾年就會繼續(xù)縮小一點,。一種稱為多重圖案化的過程讓芯片設計人員可以使用多個照明步驟,，每個步驟都有自己的掩模，以創(chuàng)建一組比光波長允許的更精細的結構,。它是如此敏感,，以至于晶圓廠建在地質穩(wěn)定的土地上，而設備則靠在隔振支架上,。來自市場領導者 ASML 的最新光刻機每臺成本約為 1.5 億美元,，并用激光噴射微小的錫滴以產(chǎn)生超短波長的超高頻光。英特爾才剛剛開始使用這種極紫外光刻工藝,，落后于臺積電和三星,，但它是 Gelsinger 復出計劃的支柱之一。這種設備不斷上漲的費用是摩爾第二定律的一個原因,，即新晶圓廠的價格每四年翻一番,。英特爾的復蘇計劃包括耗資 200 億美元在目前正在建設的亞利桑那州新晶圓廠，以及數(shù)十億美元用于升級新墨西哥,、愛爾蘭和以色列的晶圓廠,，以及耗資 2000 億美元在美國和歐洲建立兩個全新的“大型晶圓廠”工廠。圖案化后,，晶圓被傳送到另一臺對晶圓進行化學處理的機器,。被照亮的光刻膠區(qū)域會被洗掉，暴露下面的材料,，然后通過另一種稱為蝕刻的化學過程將其去除,。然后用另一個化學過程去除剩余的保護性光刻膠，對另一組結構重復整個循環(huán)。晶圓廠一年 365 天,、一天 24 小時都在運行,。即便如此，將原始晶圓變成鑲嵌著數(shù)十,、數(shù)百甚至數(shù)千個矩形芯片的成品也需要大約三個月的時間,。我參觀的第二家工廠 CH4 專門從事接下來的工作，即包裝,。在過去,，這只是意味著將芯片連接到電路板外殼并確保它受到保護。現(xiàn)在,，它通常意味著將多個“小芯片”連接到一個更大的處理器中,。
用于芯片封裝的英特爾 CH-4 晶圓廠在英特爾的 CH4 中，這種不同類型的晶圓廠工作正在進行中,。它沒有光刻那么迷人：“我們是廉價人,。我們穿牛仔褲和 T 恤，”領導英特爾封裝開發(fā)工作的 Babak Sabi 說,。但它越來越重要,。封裝技術越來越先進，可實現(xiàn)多個小芯片之間的超快速通信鏈接,，現(xiàn)在讓芯片制造商可以將它們以節(jié)省空間的高帶寬 3D 排列方式堆疊在一起,。它允許設計人員通過將快速、昂貴的小芯片與不需要尖端性能的更慢,、更便宜的小芯片相結合來組裝處理器,。英特爾的 Ponte Vecchio 處理器是一個封裝杰作，它結合了 47 個獨立的有源硅元件,，水平連接和垂直堆疊,。該視圖僅顯示了 10 億晶體管處理器中的一半。
一架英特爾飛機從 CH4 每天兩次將俄勒岡州制造的小芯片運送到亞利桑那州,。它們以線軸的形式到達,，每個小芯片都密封在塑料套管中。每隔幾秒鐘,，一個機械臂就會取出一個新芯片,，然后小心地將它放在一個芯片上，該芯片仍然是晶圓上的同類芯片,。其他鍵合技術將單個芯片放在彼此的頂部,，甚至連接整個晶片。我看到的 Sapphire Lake 服務器芯片將于 2022 年發(fā)貨,，四個小芯片并排連接在一個封裝內,。展出的還有 2023 Meteor Lake PC 芯片的測試版本,，該芯片缺乏真正的處理電路，但可用于測試 3D 堆疊技術,。附近是巨大的 Ponte Vecchio 處理器，將 47 個有源硅元件組合成一個巨大的計算設備,。這些是阿貢國家實驗室 Aurora的大腦,，預計它在 2022 年啟動時將成為世界上最快的超級計算機。看到這些超復雜的計算能力從頭頂飛過,，然后進入包裝機,，真是令人著迷。但幾個小時后,，我脫下我的兔子服,，把手套扔進垃圾桶，然后回到亞利桑那溫暖的空氣中,。英特爾正在努力恢復其作為芯片行業(yè)領頭羊的地位,。然而，即使排在第三位,，它的晶圓廠也在嗡嗡作響,。 今日半導體整理發(fā)布 轉載請注明來源，否則視為侵權,！
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