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美国建厂困境:政府未发补贴,缺乏熟练工人

虽然拜登政府承诺给芯片厂提供补贴和优惠,但截至目前并未落实过一分钱。再加上,美国缺乏熟练的建筑工人。目前,多家芯片巨头在美建设晶圆厂的进度有受影响。

美国《芯片法案》正式签署已一年多,虽然拜登政府此前承诺给台积电或英特尔等芯片厂提供补贴和优惠,但截至目前并未向这些厂商落实过一分钱。Zrnesmc

再加上,美国缺乏熟练的建筑工人。去年7月,俄亥俄州哥伦布市建筑业委员会负责人表示,当地技术纯熟的建筑工人年薪已经涨到12.5万美元(约合人民币90万元),但还是招不够人。Zrnesmc

受以上因素的影响,多家芯片巨头推迟了在美晶圆厂的建设进度,台积电、英特尔、三星等都已宣布在美新工厂延期投产。Zrnesmc

  • 2022年1月,英特尔曾宣布将投资超过200亿美元,在哥伦布市附近建设两座芯片工厂,预计将于2025年投产,直到6月,英特尔宣布推迟在俄亥俄州建厂奠基仪式时间;
  • 2023年7月,台积电宣布推迟其亚利桑那第一座工厂的建设进度,将其投产时间从2024年延长至2025年;
  • 2023年12月,三星电子位于美国得克萨斯州泰勒的新半导体工厂的量产启动时间推迟到2025年,该厂最初的目标是2024年开始量产;
  • 2024年1月19日,台积电又宣布推迟其亚利桑那第二座工厂的投产,该工厂此前计划于2026年起生产3纳米芯片,现在将延至2027年或2028年。

实际上,即使美国政府如期下发补贴,且芯片巨头顺利完成建厂工作,新晶圆厂也会面临“缺乏芯片人才”的问题。SIA与牛津经济研究院发布的一份报告显示:预计到2030年,美国半导体行业将短缺6.7万名技术人才(包括制造工程师、软件工程师和计算机科学家等),约58%的新制造和设计岗位面临空缺的风险。Zrnesmc

近期,《国际电子商情》姊妹刊《EE Times》独家专访了SEMI基金会(SEMI旗下专注于劳动力发展计划的非营利机构)执行董事Shari Liss,她强调了充足的熟练工人对芯片建厂的重要性,还介绍了美国正在重启的学徒制。在文章的后半部分,《EE Times》还列举了其他受访人围绕美国建厂话题的精彩发言。Zrnesmc

以下为翻译内容Zrnesmc

据Liss透露,SEMI正与美国亚利桑那州立大学合作开发建筑工人学徒制。她对此评价说:“我们之前太专注于行业本身,过于专注如何运营晶圆厂,以及如何让工人进入晶圆厂。”Zrnesmc

据了解,亚利桑那州的许多组织都对与SEMI的合作有浓厚兴趣。比如,马里科帕社区学院、亚利桑那州立大学和亚利桑那州政府,它们都有意与SEMI建立合作关系来推进学徒制,好满足州内的技术工和操作工的需求。Zrnesmc

Liss介绍说:“我们已经与会员公司展开合作,在晶圆厂内部,针对不同岗位和角色,建立了一套完整的能力体系。同时,SEMI还向亚利桑那州商务局提交了建立注册学徒制的提案,一旦支持这项工作的资源到位,我相信生态系统的参与者就能快速响应和协作。”Zrnesmc

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SEMI的Shari Liss表示,随着晶圆厂投资项目的增加,缺乏熟练的建筑工人正在成为一个令人担忧的问题。图片来源:SEMIZrnesmc

而建立注册学徒计划需要一年左右的时间,来完成前期的规划和筹备工作,而后续计划的实施和运行,又需要18到24个月的时间。亚利桑那州的许多公司都在积极参与SEMI的学徒计划。Zrnesmc

最近几个月以来,Liss在许多采访中都提到了“美国晶圆厂建设进度慢”的话题。她认为,建设“瓶颈”可能会让美国快速实现半导体制造业本土化的目标变得更加复杂。Zrnesmc

Liss估计,美国有18个重要晶圆厂项目正在建设中。但迄今为止,还没有晶圆厂项目获得《芯片法案》的资助,美国商务部芯片计划办公室还未批准任何一笔资金。而根据SEMI全球晶圆厂预测报告:这些新晶圆厂会在2026年结束前在美国投产,其中的6个晶圆厂将在今年内投产。Zrnesmc

芯片制造厂如何脱颖而出?

为了创造无污染的生产环境,半导体洁净室的清洁措施要求非常严格。半导体洁净室下还布有多层地下室分隔间,每个分隔间有复杂的化学品管理系统和水净化系统。其上方空间甚至屋顶,都用于空气处理和减排系统。Zrnesmc

这意味着,建筑工人要经过相关培训,在具备专业技能之后,才能建设晶圆厂和安装相关的设施。Zrnesmc

此前,Objective Analysis首席分析师Jim Handy在接受《EE Times》的独家采访时,讲述了他于20世纪80年代中期,在IDT加州萨利纳斯新晶圆厂工作的经历。由于该晶圆厂的位置不在硅谷,在建厂过程中也面临了一些难题。Zrnesmc

Handy介绍说,建造一座晶圆厂远比建造一个沃尔玛更难,虽然两者会使用一些相同的建筑技术,但是建设晶圆厂有许多复杂要求。Zrnesmc

比如,晶圆厂往往建在一个缓冲垫上,以吸收地震或其他地表震动的冲击,与大多数叠合式建筑存在较大的差别。Zrnesmc

工会规则可能让事情变得更复杂

Handy还指出,IDT在萨利纳斯建设晶圆厂时,工会规定他们要聘用当地的水管工。但当地人没有接受过在晶圆厂中安装复杂管道的培训,因此IDT不得不花钱在硅谷培训来自萨利纳斯的水管工。Zrnesmc

Handy还表示,晶圆厂中的气候控制和空气过滤是一回事。与零售业和医院使用的HVAC(供暖、通风和空气调节)系统相比,晶圆厂的空气净化系统更加昂贵。Zrnesmc

此外,晶圆厂的其他独特要求还包括安装氦气检漏回收系统,这要在氦气管道的外层,再屏蔽一层较大的管道来收集泄漏的氦气;晶圆厂还要安装紧急切断系统,以防硅烷等易燃气体从管道破裂处泄漏。以上这些都不是普通水管工需要处理的问题。Zrnesmc

Handy补充说,大多数半导体制造工厂都采用冗余电力供应。“许多社区的电工都不知道该如何处理这种情况。如果厂址附近没有互联网数据中心或其他的晶圆厂,那么你就有可能需要引进人才来建立电气系统。”Zrnesmc

区域关系至关重要

如果建造晶圆厂需要具备特定的专业知识,那么SkyWater Technology(天水科技)在这方面就做得很好。Zrnesmc

天水科技技术和生产运营执行副总裁Paul Sura表示,建造晶圆厂需要的熟练建筑工人,对该公司来说并不是挑战。Zrnesmc

他说:“明尼阿波利斯的圣保罗,是一个不断扩张的大型都市区,这里有很多大中小型建筑公司。我们与当地的分包商有着长期且良好的合作关系,在按时、按预算完成项目方面没有任何问题。”Zrnesmc

天水科技正在密切关注那些在当地并不常见的半导体特种行业,虽然这些行业目前还没有影响到公司的建筑或设备安装项目。Zrnesmc

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天水科技的高管与明尼阿波利斯圣保罗地区的建筑商人关系密切,预计在实现扩张目标方面不会遇到困难。不过,随着大型项目的启动,他们正在密切关注晶圆厂建设技术的可用性。(图片来源:天水科技)Zrnesmc

Sura说,对于晶圆厂建设和设备安装来说,高纯度管道和洁净室协议知识是至关重要的两个特种行业。Zrnesmc

他指出,在半导体洁净室中,空气要被净化到“10级”,即每立方英尺空气中只有10个0.5μm大小的微粒,而医院病房的空气净化等级一般为“10万级”。Zrnesmc

Sura说:“为了达到‘10级’标准,我们需要更严格的过滤和更大的空气流量。半导体洁净室的高标准要求,推动了建筑行业的专业度。”Zrnesmc

在制造芯片的过程中,对温度和湿度也有非常严格的要求,如温度±1.5℉,湿度±3%,在许多地方采用闭环反馈控制来维持精度。此外,水也要经过过滤、去离子和脱氧处理,达到非常高的纯化水平——比标准生活用水高出许多倍。Zrnesmc

半导体晶圆厂是高价值的建筑,其建造标准比一般的办公楼更高,它可以更好地抵御地震和飓风。晶圆厂通常365天、24小时不间断运行。这意味着,天水科技必须在所有设施和处理系统中建立多重冗余。Zrnesmc

目前,天水科技的项目计划有足够的施工资源可用。Sura还表示:“随着美国许多大型项目开始启动,施工资源可能会变得稀缺,因此我们计划进行长期监控。” Zrnesmc

本文翻译自《国际电子商情》姊妹刊EETimes,原文标题:Urgency Felt Around Finding Chip Fab Construction TalentZrnesmc

责编:Clover.li
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Gary Hilson
EE Times特约编辑。Gary Hilson是一位自由撰稿人和编辑,曾为北美地区的印刷和电子出版物撰写过大量稿件。 他感兴趣的领域包括软件、企业级和网络技术、基础研究和教育市场,以及可持续交通系统和社会新闻。 他的文章发表于Network Computing,InformationWeek,Computing Canada,Computer Dealer News,Toronto Business Times,Strategy Magazine和Ottawa Citizen。
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