文/ Hyunjoo Jin, Stephen Nellis
旧金山:为了理解总统
乔•拜登(Joe Biden)苹果公司在应对困扰汽车制造商和其他行业的半导体短缺方面所面临的挑战,想想一家美国公司提供的芯片
现代美国汽车公司的新款电动汽车IONIQ 5。
这款芯片是安森半导体公司(On Semiconductor)设计的一款相机图像传感器,它的生产始于意大利的一家工厂,在那里,未经加工的硅片上印有复杂的电路。
这些晶圆首先被送往台湾进行包装和测试,然后被送往新加坡储存,然后被送往中国大陆组装成一个相机部件,最后被送到韩国的一家现代汽车零部件供应商,最后到达现代汽车的汽车厂。
这种图像传感器的短缺导致现代汽车(Hyundai Motor)在韩国的工厂闲置,使其成为最新一家受到全球供应问题影响的汽车制造商,这些问题严重影响了大多数汽车制造商的生产
通用汽车公司还有福特汽车公司
大众汽车.
图像传感器的曲折历程表明,芯片行业既要提高产能以解决当前的短缺问题,又要重振美国芯片制造业,将是多么复杂。查看图形,请单击https://tmsnrt.rs/3dW8nbN
美国总统拜登(Joe Biden)周一在华盛顿召集半导体行业高管讨论解决芯片危机的方案,这是提振国内芯片行业的最新举措。他还提出了500亿美元来支持芯片制造和研究,这是他2万亿美元基础设施计划的一部分,他说这将有助于美国赢得与中国的全球竞争。
其中大部分资金可能将用于建设价值数十亿美元的先进芯片工厂
英特尔,
三星台积电。但行业高管表示,解决更广泛的供应链问题至关重要,拜登政府面临着对供应链的哪些部分进行补贴的复杂选择。
安森美半导体高级副总裁David Somo对路透表示:“试图在一个特定地点重建从上游到下游的整个供应链是不可能的。”“这会非常昂贵。”
美国目前仅占全球半导体制造产能的12%左右,低于1990年的37%。行业数据显示,目前全球80%以上的芯片生产都在亚洲。
1000步,70条边界
生产一个计算机芯片可能涉及1000多个步骤、70个不同的边境口岸和一大批专业公司,其中大多数在亚洲,基本上不为公众所知。
这一过程从平板大小的硅片开始。在被称为“晶圆厂”的芯片工厂,电路被蚀刻到硅中,并通过一系列复杂的化学过程在其表面建立起来。
下一步——包装——很好地说明了供应链面临的挑战。
晶圆厂生产出来的晶圆片上有数百甚至数千个指甲大小的芯片。他们必须切成单独的芯片,并放入一个包装。
传统上,这意味着将每个芯片放在“引线框架”上,并将其焊接到电路板上。然后,整个组件将被包装在一个树脂盒中以保护它。
这一过程非常劳动密集,导致芯片公司几十年前就将其外包给台湾、马来西亚、菲律宾和中国大陆等地。
包装环节本身有自己的供应链:例如,韩国的Haesung DS为汽车芯片生产包装组件,然后出口到马来西亚或泰国,为英飞凌(Infineon)和恩智浦(NXP)等客户服务。这些公司,或者在某些情况下是分包商,然后为博世(Bosch)和大陆集团(Continental)等汽车供应商组装和包装芯片,后者再向汽车制造商提供最终产品。
"如果他们(拜登政府)想要在这方面取得成功,就必须帮助重建美国的封装行业,"加州芯片封装公司Promex执行长Dick Otte表示。
“否则就是浪费时间。这就像造了一辆车,却没有可以装上去的车身。”
但新的芯片封装工艺的劳动密集型要低得多,这让一些美国芯片制造商相信,它们可以从国外引进。
今年10月,总部位于明尼苏达州的芯片代工公司SkyWater Technology收购了佛罗里达州的一家工厂,计划在那里建造先进的封装生产线。
天水科技(SkyWater Technology)首席执行官托马斯·桑德曼(Thomas Sonderman)说,“整个行业都认为,这一切都需要在这里实现。”
更快的周转
南加州大学(University of Southern California)电气与计算机工程教授托尼·列维(Tony Levi)表示,重建美国封装行业不仅可以使芯片公司及其客户免受政治风险的影响,还可以帮助他们摆脱制造新芯片所涉及的长周期。
通过更多地在本土生产,美国芯片公司可以更频繁地生产更小规模的芯片,加快创新,并有可能更快地适应需求。
李维表示,英特尔、台积电、三星和GlobalFoundries都在亚利桑那州、德克萨斯州和纽约州拥有现有或计划中的工厂,这些地方将适合包装等供应链要素的集群。
李维说:“美国最擅长的是系统设计、产品设计和制造本身之间的密切合作。”
不过,拜登政府将如何平衡芯片行业众多子行业的需求仍有待观察。
许多公司,其中许多是海外公司,提供关键的铸造材料,包括晶圆和气体。用于先进芯片生产的精密工具大多是在美国制造的,但工厂组件却不是这样,比如在各个工艺步骤之间快速移动芯片的机器人系统。
除此之外,一些业内人士认为,美国不仅需要支持新的尖端晶圆厂,还需要支持旧技术。位于奥斯汀的硅设计公司silicon Labs的首席执行官泰森·塔特尔(Tyson Tuttle)指出,目前严重短缺的是更成熟的芯片。
“半导体行业的资本不匹配,”他说,太多的资金流向了最先进的技术。
TechSearch International总裁E. Jan Vardaman表示,芯片封装行业一直面临严重的价格压力,导致利润率低于芯片工厂和芯片设计公司。“从金融和经济学的角度来看,他们进行大规模投资是没有意义的。”
“简单地砸钱并不能解决问题。这是一个更复杂的问题。”