Bạn đang xem: Quy trình kỳ công và phức tạp sản xuất chip của Intel Tại DongnaiArt

Cách xây dựng nhà máy chế biến dăm

Được đóng gói gọn gàng trong các tấm bán dẫn silicon hình vuông trong các tấm bán dẫn hình tròn trong ảnh bìa bên trên, đôi khi chúng được trang bị hơn 50 tỷ bóng bán dẫn cực nhỏ, nhỏ hơn 10.000 lần so với đường kính của một sợi tóc người. Để tạo ra những tấm wafer silicon nhỏ bé đó, các công ty cần những “cơ sở” cực rộng, đôi khi dài bằng bốn sân bóng đá và bảy tầng chồng lên nhau, để có đủ chỗ làm việc. Bên trong các nhà máy này, các công ty cố gắng hết sức để giữ cho chất lượng không khí ở mức tốt nhất, bởi vì ngay cả một hạt bụi nhỏ cũng có thể cản trở quá trình quang khắc, khiến toàn bộ con chip trở nên vô dụng.

Chip bán dẫn là huyết mạch của nền kinh tế hiện đại. Nó được tìm thấy trong máy tính, điện thoại, ô tô, đồ gia dụng và vô số thiết bị điện tử khác. Nhu cầu đối với các tấm silicon này đã tăng vọt kể từ khi đại dịch covid-19 bùng phát, làm gián đoạn chuỗi cung ứng và do đó gây ra tình trạng thiếu chip toàn cầu.

Điều này khiến Hoa Kỳ nhận ra một cách khá sốc rằng họ đã quá phụ thuộc vào chip xử lý do nước ngoài sản xuất. Trên thực tế, hiện hơn 90% chip xử lý được sản xuất bởi các công ty Đài Loan, trong khi tỷ lệ này chỉ là 12% tại Hoa Kỳ. Nhưng bản thân vai trò lãnh đạo của Đài Loan trong ngành luôn bị ảnh hưởng bởi các vấn đề như ngoại giao, thiên tai và hạn hán. Điều đó đã thúc đẩy Intel tìm cách giành lại vị trí dẫn đầu trong ngành công nghiệp chip bán dẫn và sản xuất chip bằng cách đầu tư 20 tỷ USD để xây dựng và nâng cấp các nhà máy bán dẫn của mình ở Mỹ và Châu Âu. Họ hiện đang xây dựng hai nhà máy ở Chandler, Arizona, dự kiến ​​sẽ hoàn thành trong vòng 3 năm và vừa công bố kế hoạch mở rộng ở New Albany, Ohio và Magdeburg, Đức.

Những hình ảnh dưới đây do New York Times chụp tại hai nhà máy sản xuất chip bán dẫn của Intel ở Chandler, Arizona và Hillsboro, Oregon, không chỉ để xem con người có thể biến cát thành bộ não máy hiệu suất cao như thế nào, mà còn xem cả quá trình thực vật tự tạo ra khoai tây chiên.

Quy trình sản xuất chip Intel

Với mỗi thay đổi trong quy trình sản xuất, các nhà sản xuất chip bán dẫn cố gắng nhồi nhét càng nhiều bóng bán dẫn càng tốt vào một con chip. Nếu không, điện thoại hoặc máy tính của năm tới sẽ không bao giờ hoạt động tốt hơn phiên bản của năm trước. Đây cũng là lý do tại sao một nhà máy sản xuất chip bán dẫn tiêu tốn hàng tỷ USD và không phải công ty nào cũng đủ tiềm lực để xây dựng.

Mỗi hộp được vận chuyển bằng một băng chuyền tự động trên trần nhà, chứa đầy các tấm silicon nguyên chất, sẵn sàng để được tạo thành chip bán dẫn bằng phương pháp quang khắc

Có nhà máy, máy móc và nhân sự, nhưng đó không phải là tất cả. Các công ty như Intel hay TSMC đã phải đầu tư rất nhiều tiền vào việc nghiên cứu “quy trình”, bước phức tạp và tốn kém của việc khắc quang khắc các tấm silicon tinh khiết vào các mạch bán dẫn nhỏ, khoảng cách gần như giữa các bóng bán dẫn đang được thu hẹp lại.

Xem Thêm : Chữ ký tên Thảo – Những mẫu chữ ký tên Thảo đẹp nhất – Tin Đẹp

Những cỗ máy khổng lồ chiếu bản thiết kế của chip lên tấm wafer, sau đó các tia laser cường độ cao khắc và loại bỏ từng lớp silicon, tạo thành các bóng bán dẫn nhỏ và hợp nhất chúng lại với nhau, kết nối chúng lại với nhau. Max, dây chuyền sản xuất của Intel ở Arizona có thể xử lý 25 tấm silicon cùng lúc trong toàn bộ quy trình.

Có thể mất tới 2 tháng để biến một tấm wafer silicon thành một con chip duy nhất. Những năm gần đây, TSMC dẫn đầu về tốc độ xử lý chip khi sở hữu một “siêu nhà máy” khổng lồ, vận hành cùng lúc 4 dây chuyền sản xuất, có quy mô ngang ngửa Intel. Các chuyên gia ước tính rằng một trong những gigafab của TSMC có thể sản xuất 100.000 tấm wafer mỗi tháng, trong khi hai nhà máy theo kế hoạch trị giá 10 tỷ đô la của Intel ở Arizona có thể sản xuất 40.000 tấm wafer đầy đủ mỗi tháng.

Bánh wafer được đóng gói như thế nào sau khi hoàn thành

Các tấm wafer silicon hình tròn có in chip hình chữ nhật được cắt ra, các khuôn chip đã hoàn thiện được loại bỏ và nhà sản xuất kiểm tra từng khuôn để xem chúng có hoạt động hoàn hảo hay không. Quá trình “mài” này được gọi là phân loại chip. Chip chất lượng thương mại được bọc trong bao bì nhựa để hoàn thiện hoặc hàn vào PCB của thiết bị hoặc hàn vào bảng mạch để tạo chip CPU máy tính để bàn có thể tháo rời.

Với sự phát triển của công nghệ chip xếp chồng 3d hoặc chiplet, giải pháp xếp lớp chip bán dẫn đang trở thành một giải pháp cạnh tranh mới cho các nhà sản xuất.

Sự khác biệt trong nhà máy sản xuất chip

Một tấm wafer có thể tạo ra hàng chục đến hàng trăm chip bán dẫn tùy theo kích thước của mỗi khuôn. Những hạt bụi nhỏ không thể nhìn thấy bằng mắt thường có thể khiến chip hoặc thậm chí cả tấm wafer trở nên vô dụng. Do đó, xưởng sản xuất của nhà máy sản xuất chip bán dẫn thậm chí còn sạch hơn chất lượng không khí trong phòng mổ bệnh viện, hệ thống lọc khí, điều hòa không khí và độ ẩm cực kỳ phức tạp.

Một yếu tố không còn được đề cập nữa là các rung động địa chất. Do kích thước siêu nhỏ của các bóng bán dẫn, ngay cả những rung động nhỏ dưới đất cũng có thể khiến máy bị trục trặc. Các nhà máy xử lý chip bán dẫn luôn phải được xây dựng trên nền bê tông dày, bên dưới là hệ thống giảm chấn phức tạp.

Một phần không thể thiếu khác là khối lượng lớn chất lỏng và khí được yêu cầu hoặc được tạo ra trong quá trình chế tạo tấm bán dẫn mỏng của chip bán dẫn. Trên nóc nhà máy Intel, những cánh quạt khổng lồ được sử dụng để cung cấp điều hòa không khí cho “phòng sạch” sản xuất chip, trong khi bên dưới dây chuyền sản xuất là hàng ngàn máy bơm, máy biến áp, tủ điện, ống dẫn làm mát và ống dẫn cho quy trình máy móc khổng lồ. phục vụ tấm silicon.

Đọc thêm: Xã hội nano – Khái niệm mới về văn hóa cá nhân đương đại, nước tiểu và việc sử dụng nó ở La Mã cổ đại, hình học hữu hạn là gì và ý nghĩa của nó

Sản xuất chip cần nhiều nước sạch

Xem Thêm : phiếu tự đánh giá của giáo viên

Quá trình xử lý chip bán dẫn cần một lượng nước lớn, được sử dụng trong các giai đoạn làm sạch các tấm silicon ở nhiều giai đoạn xử lý khác nhau. Hai nhà máy của Intel ở Chandler, Arizona, tiêu thụ khoảng 41 triệu lít (11 triệu gallon) nước mỗi ngày từ nguồn cung cấp nước của bang. Nhu cầu đối với các nhà máy đang được xây dựng của Intel còn nhiều hơn thế, gây nhiều áp lực cho một bang thường xuyên bị hạn hán như Arizona. Chính quyền bang cũng đã phải cắt nguồn cung cấp nước sạch cho nông dân tại đây.

Nhà máy xử lý nước Hillsboro do Intel xây dựng và vận hành

Nhưng may mắn thay, các hệ thống tưới tiêu nông nghiệp cần nhiều nước hơn thế và nhà máy Chandler của Intel thực sự có thể lọc nó để “trả lại” khoảng 82% tổng lượng nước sạch. Nước họ sử dụng để sản xuất chip hàng ngày Hệ thống lọc nước này do chính Intel vận hành, cung cấp nước cho tưới tiêu nông nghiệp hoặc các nhu cầu phi thực phẩm của con người, chẳng hạn như vệ sinh hoặc giặt giũ.

Intel hy vọng rằng đến năm 2030, họ có thể giúp tăng lưu lượng nước sạch ở Arizona và các bang có nhà máy sản xuất chip bằng cách hợp tác với các nhóm môi trường và dự án bảo tồn. Cung cấp nước sạch cho người dân.

Nhà máy sản xuất chip được xây dựng như thế nào?

Hình trên là nhà máy xử lý chip của Intel ở Chandler, Arizona, nằm ở Hillsboro, Oregon.

Chỉ để đào đất cho khu nhà máy, đội thi công đã phải xử lý khối lượng đất đá lớn gần 700.000 m3. Sau đó, họ sẽ phải sử dụng khoảng 100.000 tấn thép và khoảng 340.000 mét khối bê tông để xây dựng nhà máy. Lượng vật liệu này thậm chí còn vượt quá yêu cầu để xây dựng tòa nhà chọc trời cao nhất thế giới hiện nay, Burj Khalifa ở Dubai, Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất.

Bản thân CEO Intel Pat gelsinger cũng đang vận động Quốc hội Mỹ hỗ trợ xây dựng các nhà máy sản xuất chip mới, với mục tiêu giảm sự phụ thuộc vào chip bán dẫn của Đài Loan. Để đảm bảo khoản đầu tư khổng lồ của Intel không bị lãng phí, ông Gelsinger khẳng định các nhà máy sản xuất chip có thể được trang bị các thế hệ thiết bị khác nhau để đáp ứng với những thay đổi của thị trường.

Đối với tình trạng khan hiếm chip bán dẫn, toàn thể Intel, đặc biệt là CEO Gelsinger phải lên kế hoạch rất chi tiết, kể cả kế hoạch sản xuất chip bán dẫn cho các công ty khác. Nhưng một mình Intel là không đủ. Để làm ra một chiếc máy tính xách tay hay một chiếc điện thoại thông minh cần có sự hợp tác và sản xuất của nhiều đơn vị trong toàn bộ chuỗi cung ứng, đòi hỏi sự kết hợp giữa các con chip được sản xuất theo quy trình cũ và mới.

Điều cuối cùng cần khẳng định là ngành công nghiệp chip bán dẫn không phải là ngành mà một quốc gia có thể tự cung tự cấp. Tự cung tự cấp chip bán dẫn là một chuyện, nhưng để làm được như vậy, Intel hay bất kỳ nhà sản xuất chip nào khác luôn phải dựa vào một mạng lưới công ty rộng khắp toàn cầu để cung cấp nguyên vật liệu, thiết bị sản xuất, phần mềm thiết kế, nhân sự và đặc biệt dịch vụ phục vụ cho quá trình sản xuất…