英特爾(Intel)是PC芯片領(lǐng)域的巨頭，也是強(qiáng)大的芯片生產(chǎn)商。目前最先進(jìn)的制程工藝為10nm SuperFin（可以理解為10nm+）。如今，英特爾正試圖恢復(fù)其在芯片制造技術(shù)方面的長(zhǎng)期領(lǐng)先地位，押注200億美元，希望能幫助緩解芯片短缺局面。三年時(shí)間內(nèi)，英特爾將在其位于亞利桑那州錢德勒的芯片制造中心建造兩家工廠，不僅如此，它還有更大規(guī)模的擴(kuò)張計(jì)劃，將在俄亥俄州的新奧爾巴尼和德國(guó)的馬格德堡建立新工廠。

      為了解一顆芯片的誕生過(guò)程，讓我們一起走進(jìn)英特爾的晶圓廠去看看。

      芯片有什么作用？芯片或集成電路在20世紀(jì)50年代末開(kāi)始取代體積龐大的單個(gè)晶體管。許多這些微小的部件是在一塊硅上生產(chǎn)的，并連接在一起工作。產(chǎn)生的芯片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、放大無(wú)線電信號(hào)和執(zhí)行其他操作。英特爾以各種微處理器而聞名，它們執(zhí)行計(jì)算機(jī)的大部分計(jì)算功能。

      英特爾晶圓廠內(nèi)部

      其中一臺(tái)機(jī)器用于在制造芯片時(shí)從硅晶片上蝕刻材料。▲

      除了建造廠房和購(gòu)置機(jī)器外，公司還必須花費(fèi)巨資開(kāi)發(fā)復(fù)雜的加工步驟，用平板大小的硅片來(lái)制造芯片——這就是為什么這些工廠被稱為“晶圓廠”。

      巨大的機(jī)器在每個(gè)晶圓上設(shè)計(jì)芯片，然后沉積和蝕刻材料層來(lái)制造晶體管并將它們連接起來(lái)。在這些系統(tǒng)中，在自動(dòng)高架軌道上的特殊吊艙中，一次最多可運(yùn)送25片晶圓。

      加工一塊晶圓需要數(shù)千個(gè)步驟，長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月。近年來(lái)，臺(tái)積電已經(jīng)為產(chǎn)量設(shè)定了節(jié)奏，運(yùn)營(yíng)著擁有四條或四條以上生產(chǎn)線的“千兆工廠”(gigafabs)。市場(chǎng)研究公司TechInsights的副董事長(zhǎng)Dan Hutcheson估計(jì)，每個(gè)工廠每月可以加工10萬(wàn)片以上的晶圓。他估計(jì)，英特爾在亞利桑那州的兩家計(jì)劃投資100億美元的工廠每個(gè)月的生產(chǎn)能力約為4萬(wàn)個(gè)晶圓。

      芯片封裝是芯片成品至關(guān)重要的一步，封裝是為了保護(hù)電路芯片免受周圍環(huán)境的影響，包括來(lái)自物理、化學(xué)方面的影響。以引線框架形式封裝為例的完整封裝工程需要經(jīng)歷晶圓減?。瓌澠N片－銀膠烘烤－等離子清洗－鍵合－塑封－后固化－電鍍－打標(biāo)－切筋成型分離－測(cè)試－編帶/裝管/裝盤(pán)等多個(gè)步驟。

      加工后，晶圓被切成單獨(dú)的薄片。這些被測(cè)試和包裹在塑料包裝連接到電路板或系統(tǒng)的一部分。▲

      這一步已經(jīng)成為一個(gè)新的競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)場(chǎng)，因?yàn)橐丫w管做得更小就更加困難。現(xiàn)在，各家公司正在將多個(gè)芯片堆疊起來(lái)，或者將它們并排放置在一個(gè)包裝中，將它們連接起來(lái)，就像一塊硅片一樣。

      如今，將少量芯片封裝在一起已成為一種常規(guī)做法，而英特爾(Intel)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種先進(jìn)的產(chǎn)品，利用新技術(shù)將47個(gè)獨(dú)立芯片捆綁在一起。

      大型管道將氣體從園區(qū)的處理機(jī)器中排出。▲

      一塊肉眼看不見(jiàn)的灰塵可以毀掉一個(gè)人。因此，晶圓廠必須比醫(yī)院手術(shù)室更清潔，需要復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)過(guò)濾空氣、調(diào)節(jié)溫度和濕度。此外，晶圓廠還不能受到任何振動(dòng)的影響，因?yàn)檫@些振動(dòng)可能導(dǎo)致昂貴設(shè)備發(fā)生故障。因此，完美的潔凈室建在巨大的混凝土板上，安裝在特殊的減震器上。

      同樣，移動(dòng)大量液體和氣體也是一件重要的事。英特爾的頂級(jí)工廠大約有70英尺（２１米）高，有巨大的風(fēng)扇幫助空氣循環(huán)到正下方的潔凈室。在潔凈室的下面是成千上萬(wàn)的泵、變壓器、動(dòng)力柜、公用事業(yè)管道和與生產(chǎn)設(shè)備連接的冷水機(jī)。

      晶圓廠對(duì)水的需求

      晶圓廠是水密集型業(yè)務(wù)，這是因?yàn)樵谏a(chǎn)過(guò)程的許多階段都需要水來(lái)清潔晶圓。

      英特爾希爾斯伯勒工廠的一座塔從水中去除氣體?！?