美国建不了半导体工厂的真正原因

半导体工艺与设备 2024-03-09 10:02

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台积电 (TSMC) 在亚利桑那州建设的半导体工厂 (fab) 是乔·拜登总统的 CHIPS 法案的核心内容。根据这项立法，总统仅向半导体行业拨款 527 亿美元，其中很大一部分流向台积电。

然而，这家本应成为美国半导体独立先锋的工厂却从一开始就陷入困境。竣工日期不断推迟，目前看来要到2025年才能量产。为什么拥有全球顶尖半导体技术和产业规模的美国却只有一座晶圆厂陷入困境？

美国作为全球领先的半导体国家，拥有一线客户。问题当然不是缺乏技术、设备或需求。美国仍然是全球第一半导体产业国家，大部分半导体相关专利和技术都位于美国。

全球最大的专用独立半导体代工厂台积电还拥有最多的ASML EUV光刻设备，而美国是全球最大的半导体生产设备公司应用材料公司（AMAT）的所在地。因此，不存在零部件供应链的问题。

此外，美国公司正在热切等待亚利桑那州工厂的开业。苹果和AMD等半导体设计巨头已经宣布有意向台积电美国分公司供货。

美国缺的不是半导体技术，而是通用行业人才

问题不在于先进的半导体设备或技术；而在于先进的半导体设备或技术。这是工厂本身。台积电董事长刘马克在第二季度业绩电话会议上承认，“由于缺乏熟练工人，亚利桑那工厂建设遇到困难。”

在讨论半导体工厂时，最受关注的通常是半导体生产的专用设备，例如 EUV 光刻设备。这些设备每台成本数十亿美元，而且能够制造这些设备的公司数量有限，导致持续的供应焦虑。

然而，“一般工业”对于晶圆厂的建设同样重要。例如，当今的晶圆厂布满了用于运输 FOUP（用于存储和移动晶圆的特殊容器）的小导轨。

用于调整半导体位置和包装半导体的机器人设备必须移动到精确指定的位置，没有一英寸的误差。为了可靠地完成这项工作，需要用于关节的超精密电动机和传感器。

同时，设施内部必须始终保持清洁，因为即使是最微小的灰尘颗粒也会影响产量。因此，厂内有大量稳定供应超纯水的装置和气流专用管道。不仅如此，电源设备也采用冗余布置，因为即使暂停一次晶圆厂也需要重新启动整个流程。

因此，投资晶圆厂的设备并不局限于半导体行业。他们需要机械、电气/电子和化学行业的专用设备，以及来自各个行业的能够管理和处理这个多样化供应链的专家。换句话说，管理半导体工厂比半导体技术更接近一般工业技术。

美国缺少的不是半导体工程师。如果仅从半导体技术来判断，美国将是无与伦比的世界领先者。然而，与中国台湾、韩国和中国大陆等“晶圆厂强手”相比，美国严重缺乏具有半导体工厂工作经验的通用行业技术人员。这就是台积电董事长刘德音从台湾调派 600 名工程师到亚利桑那州晶圆厂的原因。

“台湾半导体之父”张忠谋一年前就预见到了这一情况。去年，他在接受美国媒体采访时严厉批评拜登政府加强半导体制造能力的努力，称其为“白费力气”。他指出原因是“人力严重短缺、劳动力成本高昂”。

张还预测，美国狭窄的工业人才库将增加晶圆厂建设的整体成本。这位前董事长表示，“在美国制造半导体的成本比在台湾高出50%”，并称在美国建设代工厂是“浪费”。

即使亚利桑那州晶圆厂于 2025 年开业并开始量产，问题仍将持续。台积电要想从美国晶圆厂获利，就必须将初始投资成本转嫁给客户。这意味着美国台积电的每颗芯片价格将高于台湾或日本的台积电，从而削弱美国电子产品的价格竞争力。

最终，美国台积电要想稳定良率，并获得长期维持晶圆厂的人力物力基础，美国政府还得继续提供支持。

然而，维持一座晶圆厂绝不便宜。亚利桑那州工厂建设已投资超过300亿美元，未来还需要更多资金引进新设备和改进工厂。目前尚不清楚拜登政府以及随后继承权力的任何政府是否能够继续向台积电开出空白支票，直到实现“美国半导体独立”的夙愿。

尽管美国显然仍拥有全球第一的半导体产业，但将早已全球化的“芯片生产”带回美国的决定是否明智仍是一个问号。

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