Америкалык жарым өткөргүч АКШнын ички чип таңгактоосуна карай кадам таштоодо

Өткөн жылдагы жарым өткөргүчтөрдүн кеңири жетишсиздиги көптөгөн адамдардын АКШда чип өндүрүшүн жогорулатууга чакырык менен камсыздоо чынжырынын туруктуулугуна көңүл бурушуна себеп болду, өткөн жылдын июнь айында Сенатта кабыл алынган АКШнын Инновациялар жана Атаандаштык Акты (USICA) жардамга 52 миллиард доллар сунуштайт. ата мекендик жарым өткөргүч өндүрүшү, жана House чараларды күтүп жатат. Көптөгөн адамдар үчүн негизги көңүл кремний чиптерин өндүрүүнүн ата мекендик үлүшүн көбөйтүүгө багытталганы менен, биз чиптердин таңгагын көз жаздымда калтырбашыбыз керек - бул чиптерди бузулуудан коргоо жана алардын схемаларын туташтыруу аркылуу колдонууга жарактуу кылуу үчүн аларды капсулдаштыруунун маанилүү процесси. сырткы дүйнө. Бул жеткирүү чынжырынын ийкемдүүлүгү үчүн, ошондой эле электроникадагы келечектеги технологиялык жетишкендиктерди колдоо үчүн маанилүү болгон аймак. 

Жарым өткөргүч микросхемаларды колдонууга жарактуу кылуу үчүн таңгактоо абдан маанилүү

Интегралдык микросхема (IC) чиптери "фаб" деп аталган миллиарддаган долларлык заводдордо кремний пластинкаларында өндүрүлөт. Жеке чиптер же "өлүү" ар бир пластинада (жана пластинкалардын партияларында) партияларда өндүрүлгөн кайталануучу үлгүдө чыгарылат. 300 мм пластинка (диаметри болжол менен 12 дюйм), адатта эң заманбап фабрикаларда колдонулган өлчөмү, жүздөгөн чоң микропроцессордук чиптерди же миңдеген кичинекей контроллер чиптерин алып жүрүшү мүмкүн. Өндүрүш процесси "линиянын алдыңкы аягы" (FEOL) фазасына бөлүнгөн, анын жүрүшүндө кремнийдин денесинде калыптандыруу жана оюу процесстери менен миллиарддаган микроскопиялык транзисторлор жана башка түзүлүштөр түзүлөт, андан кийин "линиянын арткы учу" ” (BEOL) бардыгын бириктирүү үчүн металл издеринен турган тор төшөлгөн. Издер "vias" деп аталган тик сегменттерден турат, алар өз кезегинде зымдардын горизонталдык катмарларын бириктирет. Эгер чипте миллиарддаган транзисторлор болсо (iPhone 13тун A15 процессорунда 15 миллиард бар), аларды туташтыруу үчүн сизге миллиарддаган зымдар керек. Ар бир индивидуалдык өлүк созулганда жалпысынан бир нече километр зымдарга ээ болушу мүмкүн, ошондуктан биз BEOL процесстери абдан татаал деп элестете алабыз. Калыптын эң сырткы катмарына (кээде алар өлчөмдүн артын да, алдыңкы бөлүгүн да колдонушат) дизайнерлер микроскопиялык прокладкаларды коюшат, алар чипти тышкы дүйнө менен туташтыруу үчүн колдонулат. 

Вафли иштетилгенден кийин, алардын кайсынысы жакшы экенин билүү үчүн ар бири тестирлөөчү машина менен өзүнчө "пробкаланат". Булар кесилип, пакеттерге салынат. Пакет чипти физикалык жактан коргоону, ошондой эле микросхемадагы ар кандай схемаларга электрдик сигналдарды туташтыруу үчүн каражатты камсыздайт. Чип таңгакталгандан кийин аны телефонуңуздагы, компьютериңиздеги, унааңыздагы же башка түзмөктөрүңүздөгү электрондук схемаларга жайгаштырууга болот. Бул пакеттердин айрымдары экстремалдык чөйрөлөр үчүн иштелип чыгышы керек, мисалы, унаанын кыймылдаткыч бөлүгүндө же уюлдук телефон мунарасында. Башкалары компакттуу түзүлүштөр үчүн колдонуу үчүн өтө кичинекей болушу керек. Баардык учурларда пакеттин дизайнери штамптын стрессин же крекингин азайтуу үчүн, же термикалык кеңейүүнү эсепке алуу жана бул чиптин ишенимдүүлүгүнө кандай таасир этиши үчүн колдонула турган материалдарды карап чыгышы керек.

Силикон чипти пакеттин ичиндеги өткөргүчтөргө туташтыруу үчүн колдонулган эң алгачкы технология болгон зым менен бириктирүү, төмөнкү температурадагы ширетүү процесси. Бул процессте өтө майда зымдар (күмүш жана жез да колдонулат, бирок көбүнчө алтын же алюминий) бир четинен чиптеги металл пласткаларга, экинчи жагынан сыртка алып баруучу металл рамкадагы терминалдарга байланат. . Процесс 1950-жылдары Bell Labs компаниясында пионер болуп, кичинекей зымдар жогорку чекит температурасында чиптин пластинкаларына басым астында басылган. Бул үчүн биринчи машиналар 1950-жылдардын аягында жеткиликтүү болуп калды, ал эми 1960-жылдардын ортосунда, ультра үн байланыш альтернатива ыкмасы катары иштелип чыккан.

Тарыхый жактан бул иш Түштүк-Чыгыш Азияда жасалган, анткени ал абдан көп эмгекти талап кылган. Ошондон бери зымдарды байлоону абдан жогорку ылдамдыкта аткаруу үчүн автоматташтырылган машиналар иштелип чыккан. Башка көптөгөн жаңы таңгактоо технологиялары да иштелип чыккан, анын ичинде "флип чип" деп аталган. Бул процессте микроскопиялык металл мамычалар чиптин пластинкаларына ал вафлиде турганда ("кагылган") жайгаштырылат, андан кийин сынап көргөндөн кийин жакшы өлчөм оодарылып, пакеттеги дал келген жаздыкчалар менен тегизделет. Андан кийин ширетүүчү байланыштарды бириктирүү үчүн кайра агып чыгуу процессинде эрийт. Бул бир эле учурда миңдеген байланыштарды жасоонун жакшы жолу, бирок бардык байланыштар жакшы экенине ынануу үчүн нерселерди кылдаттык менен көзөмөлдөшүңүз керек. 

Акыркы убакта таңгактарга көбүрөөк көңүл бурулду. Себеби жаңы технологиялар жеткиликтүү болуп, бирок ошондой эле чипти колдонууга түрткү болгон жаңы тиркемелер. Эң негизгиси, ар кандай технологиялар менен жасалган бир нече чиптерди бир пакетке чогултуу каалоосу, пакеттеги система (SiP) чиптери деп аталат. Бирок бул ошондой эле ар кандай түзүлүштөрдү, мисалы, радио чип менен бир пакеттеги 5G антеннасын же сенсорлорду эсептөө чиптери менен бириктирген жасалма интеллект тиркемелерин бириктирүү каалоосунан улам келип чыгат. TSMC сыяктуу чоң жарым өткөргүч куюучу заводдор "чиплеттер" жана "желдетүүчү таңгак" менен иштешет, ал эми Intel
INTC
2019-жылы Lakefield мобилдик процессоруна киргизилген көп өлчөмдүү интерконнект (EMIB) жана Foveros өлчөгүч технологиясы бар.

Көпчүлүк таңгактарды "аутсорсингдик монтаждоо жана сыноо" (OSAT) компаниялары деп аталган үчүнчү тараптын келишим өндүрүүчүлөрү жасашат жана алардын дүйнөсүнүн борбору Азияда. Ири OSAT камсыздоочулары Taiwan ASE, Amkor Technology болуп саналат
AMKR
штаб-квартирасы Аризона штатынын Темпе шаарында жайгашкан, Кытайдын Jiangsu Changjiang Electronics Tech Company (JCET) (бир нече жыл мурун Сингапурда жайгашкан STATS ChipPac сатып алган) жана Тайвандын Siliconware Precision Industries Co., Ltd. (SPIL), ASE тарабынан сатылып алынган. 2015. Башка көптөгөн майда оюнчулар бар, айрыкча Кытайда, алар бир нече жыл мурун OSATты стратегиялык тармак катары аныкташкан.

Акыркы убакта таңгактардын көңүлүн бурган негизги себеби, Вьетнамда жана Малайзияда жакында болгон Ковид-19 эпидемиясы жарым өткөргүч чиптери менен камсыздоо кризисинин начарлашына олуттуу салым кошту, заводдун жабылышы же жергиликтүү өз алдынча башкаруу органдары өндүрүштү бир нече жума бою кыскартып же кыскартууга мажбурлаган кызматкерлердин санын кыскартты. убакыт. Америка өкмөтү ата мекендик жарым өткөргүч өндүрүшүн өнүктүрүү үчүн субсидияларга инвестиция салган күндө да, ошол даяр чиптердин көбү дагы эле Азияга таңгактоо үчүн барышат, анткени ал жерде өнөр жай жана жеткирүүчүлөрдүн тармактары жана чеберчилик базасы жайгашкан. Ошентип, Intel Хилсбородо, Орегондо же Чандлерде, Аризонада микропроцессордук микропроцессордук чиптерди чыгарат, бирок ал даяр пластиналарды сыноо жана таңгактоо үчүн Малайзиядагы, Вьетнамдагы же Чэндудагы (Кытайдагы) фабрикаларга жөнөтөт.

АКШда чиптин таңгагын түзсө болобу?

Чип таңгагын АКШга алып келүүдө олуттуу кыйынчылыктар бар, анткени өнөр жайдын көбү жарым кылым мурун Американын жээктерин таштап кетишкен. Дүйнөлүк таңгак өндүрүүдө Түндүк Американын үлүшү 3% гана түзөт. Бул өндүрүш жабдууларын, химиялык заттарды (субстраттар жана пакеттерде колдонулган башка материалдар сыяктуу), коргошун рамкаларын жана эң негизгиси бизнестин жогорку көлөмдүү бөлүгү үчүн тажрыйбалуу таланттардын көндүм базасы үчүн жеткирүүчүлөрдүн тармактары АКШда болгон эмес дегенди билдирет. көп убакыт. Intel жаңы эле Малайзиядагы жаңы таңгактоочу жана сыноочу фабрикага 7 миллиард доллар инвестиция салганын жарыялады, бирок ошондой эле Фоверос технологиясы үчүн Нью-Мексикодогу Рио-Ранчодогу операцияларына 3.5 миллиард доллар инвестициялоо планын жарыялады. Амкор Технологиясы жакында эле Ханойдун түндүк-чыгышында Вьетнамдын Бак-Нин шаарында кубаттуулукту кеңейтүү планын жарыялады.

АКШ үчүн бул көйгөйдүн чоң бөлүгү - өнүккөн чиптин таңгактоосу ушунчалык көп өндүрүш тажрыйбасын талап кылат. Өндүрүштү биринчи жолу баштаганда, жакшы даяр пакеттелген чиптердин түшүмдүүлүгү төмөн болушу мүмкүн жана сиз көбүрөөк жасаган сайын процессти тынымсыз жакшыртасыз жана түшүмдүүлүк жакшырат. Чоң чиптин кардарлары, адатта, бул кирешелүүлүк ийри сызыгына келүү үчүн көп убакыт талап кылынышы мүмкүн болгон жаңы ата мекендик камсыздоочуларды колдонууну тобокелге салууну каалашпайт. Эгерде сизде таңгактоо түшүмдүүлүгү төмөн болсо, анда жакшы болмок чиптерди ыргытып жибересиз. Эмне үчүн мүмкүнчүлүк? Ошентип, биз АКШда өнүккөн чиптерди жасасак дагы, алар Ыраакы Чыгышка таңгактоо үчүн барышат.

Бойс, Айдахо штатында жайгашкан American Semiconductor, Inc. башкача мамиле кылууда. CEO Даг Хаклер "ишке жарамдуу өндүрүшкө негизделген жашоого жөндөмдүү кайра курууну" колдойт. Өркүндөтүлгөн микропроцессорлор же 5G чиптери үчүн колдонулгандай жогорку класстагы чип таңгактоосун гана куугандын ордуна, анын стратегиясы жаңы технологияны колдонуу жана аны суроо-талап көп болгон эски чиптерге колдонуу, бул компанияга процесстерин жана процесстерин практикалоого мүмкүндүк берет. үйрөн. Мурдагы чиптер дагы бир топ арзаныраак, андыктан түшүмдүүлүктү жоготуу өмүр менен өлүмдүн маселеси эмес. Хаклер iPhone 85деги чиптердин 11% эски технологияларды колдоноорун, мисалы 40 нм же андан улуу жарым өткөргүч түйүндөрүндө жасалганын (бул он жыл мурун ысык технология болгон) белгилейт. Чынында эле, учурда автоиндустрияны кыйнап жаткан чиптердин жетишсиздигинин көбү жана башкалар ушул эски чиптерге тиешелүү. Ошол эле учурда, компания жаңы технологияны жана автоматташтыруу процессин монтаждоо кадамдарына колдонууга аракет кылып жатат, ал полимердеги жарым өткөргүч (SoP) процессин колдонуп, өтө жука чиптин масштабдуу таңгагын сунуштайт, мында пластинка толтурулган пластинкага байланган. арткы полимер жана андан кийин жылуулук өткөрүүчү лентага жайгаштырылган. Кадимки автоматташтырылган тестерлер менен сынап көргөндөн кийин, чиптер лента алып жүрүүчүлөргө кесилет жана жогорку ылдамдыктагы автоматташтырылган чогултуу үчүн роликтерге же башка форматтарга өткөрүлүп берилет. Хаклердин пикири боюнча, бул таңгак Интернет-of-things (IoT) түзүлүштөрүн жана кийилүүчү жабдыктарды өндүрүүчүлөр үчүн жагымдуу болушу керек, эки сегмент чоң көлөмдөгү чиптерди керектей алат, бирок кремнийди жасоо жагынан талап кылынбайт.

Хаклердин ыкмасын кызыктыруучу нерсе эки нерсе. Биринчиден, анын өндүрүш линиясы аркылуу көлөмүн тартуу үчүн суроо-талаптын маанилүүлүгүн таануу, алар кирешелъълъгън жогорулатуу боюнча көп тажрыйба алууга кепилдик берет. Экинчиден, алар жаңы технологияны колдонуп жатышат жана технологиялык өткөөл мезгилдеги башкаруучуларды кетирүү мүмкүнчүлүгү. Жаңы келгендердин учурдагы процесстерге же объекттерге байланган жүктөрү жок. 

Америкалык жарым өткөргүчтүн дагы деле көп жолу бар, бирок бул сыяктуу ыкмалар ата мекендик көндүмдөрдү өрчүтөт жана чиптин таңгагын АКШга алып келүү үчүн практикалык кадам болуп саналат. Ата мекендик мүмкүнчүлүктү орнотуу тез болот деп күтпөңүз, бирок бул жаман жер эмес. баштоо.