在全球范围内，半导体产品受到的影响比其他任何产品都大。国际政治紧张局势只是延长和加剧了这个问题。
通过丽莎Eitel|执行编辑
每一个现代的小工具、交通工具、智能设备和家用电器都布满了大量的半导体——提供了独特的处理能力，这是当今最受重视的先进电子产品的决定性特征。新冠肺炎疫情暴露出的问题是，半导体产业的世界性和非多样性如何使其容易受到全球不同问题的影响。
ABB机器人与Easy Field公司(EFC)合作设计了一种半导体拆包器，采用洁净室IRB 1200机器人连接工位和IRB 4600s以提高容量。条形码扫描器确认标签信息;然后，IRB 4600机器人将一个前开口运输箱(FOSB)转移到一个氮气填充站。
在很多情况下，只有少数几家公司在欧洲进行芯片加工;在加利福尼亚和日本制造芯片加工机械;东南亚的芯片测试;并在中国组装成最终产品(如适用)。现在更令人担忧的是，超过一半的半导体和超过90%的先进半导体都是在这个小小的岛国台湾制造的。制造工厂(晶圆厂或铸造厂)，其中包括台湾半导体制造有限公司(TSM)供应全球一半以上的半导体和几乎所有先进的半导体芯片(具有极其小型化的特征)。然而，中国将台湾划为一个省的可能性正在逼近，这可能会威胁到该行业。
ABB IRB 1200使用超声波切割机(不产生灰尘)切割含有FOSB的铝袋。然后，洁净室机器人将正在处理的箱子传递到另一个IRB 1200工作站。由于机械臂可以将半导体制造废料运送到一个集中的工作站，因此装卸速度更快。图片:ABB
特朗普时代限制中国电信和电子巨头华为使用美国软件或技术的制裁、拜登时代的制裁以及《2022年为生产半导体(CHIPS)创造有益激励法案》和《科学法案》等，加剧了紧张局势。后者指定2800亿美元用于未来十年美国的协调支出，包括半导体研发和商业化(2000亿美元);制造业和劳动力发展(527亿美元);芯片生产税收抵免(240亿美元)。该法案类似于欧盟理事会于2022年12月正式通过的CHIPS法案。继续往下读设计的世界小组成员对这些措施的看法。
与专家会面
Justin Lackey |博世力士乐系统产品经理
Kelly Walden |毕晓普-威斯卡弗公司制造业副总裁
Jonathan Schroeder |执行副总裁•PBC Linear
•Bishop-Wisecarver Corp.总裁兼老板帕梅拉·坎
Richard Johannes | LEMO USA工程与创新总监
Steven Lassen | LEMO USA产品与应用经理
Tom Schroeder |执行副总裁•PBC Linear
Andy Zaske | Tolomatic销售与营销副总裁
Boaz Eidelberg | SAAR Inc.首席技术官
Nathan Andaya| Techline战略业务部总监•LINAK美国
Camilo Orjuela |博世力士乐公司半导体和太阳能行业部门经理
克里斯·古马斯|市场总监•罗兰制造
迈克·比斯利|美国半导体生产•maxon
Andrew Jung |工程总监•Bishop-Wisecarver
克里斯·戈特利布|董事-驱动和控制•科尔摩根
你如何看待政府为提高美国半导体制造业的竞争力而采取的激励措施?
男仆:尽管半导体市场在2023年开始持平，但我们预计未来几个月将出现大幅增长，并一直持续到2024年——尤其是在政府激励措施支撑了美国需求预测的情况下。也就是说，作为半导体工具产品的全球供应商，我们仍然在亚太地区保持存在。
《瓦尔登湖》:我支持我们政府的大多数倡议，鼓励对制造业的投资，同时也使美国在全球经济中具有战略和防御优势。
Orjuela:随着半导体设计的日益复杂，以及各个细分市场对半导体需求的快速增长，晶圆厂运营商和工具制造商在控制成本的同时创造出更先进的产品，这对他们来说是一个巨大的挑战。随着成本的飙升——单是建造一个半导体制造工厂就估计要花费150亿到200亿美元——芯片制造商面临着一个两难境地:他们是应该购买更多的工具和扩建工厂，还是找到使用适应性更强、效率更高的自动化技术来提高产量的方法?
Eidelberg:大多数晶圆厂在台湾、日本、中国、美国和德国经营，已经经营了几十年。挑战在于，制造中心的建造和运营成本高达数十亿美元，而且需要高技能的员工来操作。更重要的是，关键的半导体制造过程(包括光刻)采用极端精密的机器，需要保护免受地震活动、机场噪音、过路火车、高速公路交通和当地处理设备的干扰。
为了与现有的海外制造设施竞争，我认为美国应该资助大学和半导体设备制造商，以利用人工智能/机器学习技术开发创新产品。最终，这将允许制造过程做出自主的实时决策，以响应不确定的制造环境。物联网、5G、云和可能的加密货币系统可以补充这种自主操作，以提高上市时间、可靠性、质量、生产力和成本。
应用材料公司的新Centura Sculpta图型技术让芯片制造商可以用一个可操作的极紫外光刻(EUV)图型来制造高性能晶体管和互连布线。简而言之，该技术旨在实现双重图案的精细效果，同时降低成本、复杂性和对环境的影响。这只是半导体制造业最近发展的一个例子。图片:应用材料
古玛:世界上大多数最大的半导体设备制造商都使用罗兰的产品。美国和欧洲公司的新设备设计主要在这些市场完成，最终生产通常在中国进行。如果一些制造业转移到美国，对我们来说没有直接的优势。可能很快在美国生产的设备已经使用了来自罗兰等制造商的高端零部件。
也就是说，作为国内制造商，我们很高兴看到美国在制造业的任何领域进行投资。这可能会刺激各种行业的增长，以支持过去30年来行业和政府资金不足的行业。
t·施罗德:政府在投资国内半导体制造和开发方面迈出了积极的一步。数十亿美元将涌入美国市场，用于建造和装备这些工厂。需要注意的是，这些工厂要实现批量生产还需要数年时间。更重要的是，拜登政府同时对中国实施半导体出口限制，导致美国半导体市场缺乏替代需求。
菅直人:虽然我很高兴看到这种发展，但我仍然觉得这有点短视。《芯片和科学法案》是良好的第一步，但政府应该从COVID的经验中吸取教训，即供应链的许多关键领域在美国不再可行。必须采取更全面的方法来促进美国工业市场的增长和创新。
Andaya:将半导体制造业转移到美国将降低在中国拥有制造合作伙伴的风险。最大的警告是价格方面的影响。
戈特利布:科尔摩根既使用半导体，也销售半导体伺服运动控制市场。质量，易于编程，优化功率以及运动输出都是这个市场的关键。半导体制造的物理位置多样化有利于整个运动控制行业，有助于提高我们产品中使用的工业半导体的供应一致性。
更多关于CHIPS和科学法案的信息
CHIPS于2022年第三季度签署成为法律，已经刺激了半导体研究和制造计划。如果一切顺利，亚利桑那州的两家TSM晶圆厂预计将于明年开始生产4nm芯片(包括为苹果公司生产的芯片)，两年后将开始生产先进的3nm芯片。如前所述，流程极其复杂。通常使用专有软件设计的芯片蓝图可能来自地球的另一端，在使用工程气体的专用硅片上执行。
你们的元件和系统在半导体生产专用设备中是如何使用的?
菅直人:在芯片制造过程中，我们的专业直线轴承用于将产品送入高温地区。
t·施罗德:我们为硅片制造设备的直线运动提供精密的地面亮条和支撑轨道。
Zaske:我们全力支持半导体制造业的在岸。Tolomatic产品用于晶圆生长过程中，可靠性，稳定性和精度可以显著提高产量和质量。我们在明尼苏达州的生产基地可以加快交货时间，针对特定应用进行产品修改，并为北美设计工程师提供快速访问支持。
男仆:制造进入更大系统和子组件的组件帮助我们扩大了在半导体工具制造领域的足迹。我们目前为各种半导体制造工艺提供线性滚珠导轨系统和滚珠丝杠驱动系统。其中包括晶圆制造和提升系统、晶圆工具传输系统、湿工作台、材料沉积设备、蚀刻和化学加工机械。我们的线性导向和驱动技术也进入标准目录产品和线性模块。
我们为半导体工具提供的线性模块类型主要是滚珠丝杠驱动模块，例如具有集成线性导向的PSK精密模块和具有双滚珠导轨导向的紧凑型模块(CKK)。一些小批量的项目采用我们的CKR紧凑型带驱动模块与双轨指导。对于这些设计，紧凑性和准确性不是应用的关键。
除了我们的标准目录产品，我们与设计工程师合作，为他们提供定制的组件设计规范。这些集成了我们的标准滚珠导轨系统，滚珠丝杠驱动器和(在新的工具设计中)我们的旋转和直线电机。
图片:Dreamstime•Kittipong Jirasukhanont
《瓦尔登湖》:由于我们产品的平稳运行和高质量，Bishop-Wisecarver的产品广泛应用于晶圆厂和半导体制造设备。
俊:我们的组件非常适合满足半导体行业对清洁环境日益增长的需求。设备的连续运行，包括晶圆制造，是至关重要的。这是因为任何半导体制造过程中的故障都会导致昂贵的损失。
半导体制造的复杂性
极其精密的运动设备切割、蚀刻并将半导体细节沉积到硅片上，然后将成品芯片继续运输。
半导体制造有哪些特殊的挑战?
Orjuela:随着当今芯片工艺的复杂性，晶圆传输必须严格控制，以尽可能稳定和无振动。否则，振动会产生污染晶圆片的颗粒，或者有可能导致晶圆片形状出现微小缺陷。同时，如果晶圆运输太慢，生产力就会受到影响，成本也会上升。我们在解决许多前端晶圆处理应用的运动控制挑战方面积累了深厚的专业知识。我们的跨技术产品组合包括基于应用程序的开放式控制器，专为半导体工具应用开发的紧凑型伺服驱动器，以及旨在提供无振动精确运动的线性技术系统。
使用该产品组合，我们创建定制的机电一体化组件，结合技术，以满足苛刻的半导体制造运动控制，效率和吞吐量要求。这些预先设计和测试的组件可以帮助工具制造商更快地完成系统并将其交付给芯片制造商，并且可以帮助晶圆厂操作员简化流程，实现平滑，精确的运动和纳米级定位。
博世力士乐解决了许多前端晶圆处理应用的运动控制挑战。
约翰:LEMO有几种互连产品，用于半导体制造设备所需的网络，控制和视频系统。这些产品为桥接设备的不同部分提供密封连接，同时保持基本的环境隔离。连接应用包括气相沉积、离子注入、蚀刻和化学机械抛光(CMP)。
LEMO的混合配置将单模光纤、高压和低压元件集成在同一个坚固的外壳内。
拉森:半导体制造设备上的许多传感器和连接器都在洁净室环境中工作。在某些情况下，这些组件的连接器必须在洁净室内组装到电缆上，这使得焊接成为一项挑战。为了避免这个问题，使用压接触点可以消除空气污染产生的任何焊锡烟雾。
在半导体应用中，加热器功率和温度测量也可以通过我们坚固耐用的紧凑型连接器传输。连接器易于快速连接和断开。此外，它们还可以容纳K型或J型热电偶触点-以及信号或电源甚至光纤在相同的紧凑坚固的连接器外壳内。
不幸的是，在半导体制造的一些高真空环境中，一种叫做冷压焊可能发生的。这是当由相同金属材料制成的连接器组的配对一半暴露在真空中，并且(随着时间的推移)两半在内部组件接触的地方焊接在一起。冷焊可以使其难以或不可能解耦。为了解决这个问题，LEMO提供了一半不同金属的连接器。
比斯利:我们为半导体市场中最苛刻的运动控制应用提供具有成本效益的解决方案。Maxon与行业领导者合作，利用运动和应用知识，提供采用紧凑型旋转和线性无刷直流伺服驱动器以及控制的精确系统。半导体生产的核心是昂贵而精致的晶圆本身。晶圆片通过多个自动化过程快速移动-包括从原材料到电路芯片最终产品的提升，定位，保持，蚀刻，抛光和检查-在严格的尺寸限制下实现最大的吞吐量和精度。
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