硅芯片制造
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复合骨折

图片来源:Rainer Plendl/Dreamstime

安全问题显然引发了政府对新港晶圆厂的180度大转弯,但他们实现了什么?

政府给予的,政府拿走的。新港晶圆厂(NWF)诞生于政府,并很可能最终被政府拖累,尽管是由完全不同的政府管理。这一决定由商务大臣格兰特·沙普斯在上任仅几周后做出迫使Nexperia股价下跌近90%该公司是一家中资企业,但总部位于荷兰。与仅仅几个月前,甚至比16个月前这笔收购获得批准时相比,现在要找到一个有资源、能维持其所有者承诺的投资水平的买家要棘手得多。然而,沙普斯很快就在议会上辩称,允许这一决定的法案只是在1月份通过的。

“从我们所看到的情况来看,政府似乎认为该网站将很容易被其他打算保留活动和工作的人收购,然后该网站将为英国企业提供服务,并在新所有者手中一夜之间上线运行。我认为这绝对不是事实。任何在半导体行业工作过一段时间的人都能理解并解释这一点,”Nexperia分立半导体业务高级副总裁兼总经理Toni Versluijs在该决定宣布后接受BBC采访时说。

在经历了一年多的短缺之后,半导体行业正在经历众多低迷之一。而这些低迷往往对较老、较小的晶圆厂业务不利。NWF是其中的一员,其现任所有者将其更名为Nexperia Newport。上世纪70年代末,当工党(Labour)政府决定英国需要进入芯片制造业的白热化阶段时,该工厂被建成了存储器和处理器的领先生产商。但那是40年前的事了,如今,老的晶圆厂需要找到其他产品来维持经营,因为那些数字产品很久以前就转移到更先进的设备上了,尽管这类设备的设计仍在英国西南部围绕Inmos业务开发的集群中继续进行。

NWF选择了化合物半导体领域,目标是射频通信和功率转换器等应用。Nexperia最初是荷兰消费类巨头飞利浦电子(Philips Electronics)的一部分。虽然Nexperia最终使用了母公司最初为数字电视芯片选择的品牌名称,但该公司现在的核心业务是位于这些大得多的设备之间的模拟组件。作为NWF的长期客户,NWF在2021年夏天买下了整个工厂。此后,该公司声称已斥资1.6亿英镑对该工厂和曼彻斯特附近的另一家工厂进行升级,这是其全球工厂6亿英镑计划的一部分,目的是支持向功率半导体领域扩张。功率半导体将用于蜂窝基站和电动汽车,这两个市场帮助推动了复合半导体的复兴。经通胀因素调整后,这些升级的价值约为英国政府当初投资Inmos和纽波特晶圆厂的一半。

Versluijs声称“政府用编造的国家安全问题来掩盖自己的产业政策。Nexperia针对所谓的担忧提出了深远的补救措施,但这些措施也被忽视了。”

新港西区议员露丝·琼斯(Ruth Jones)在沙普斯在下议院发表声明后指出,在11月中旬发生重大转变之前,这笔2021年的收购已经通过了两次安全审查。Shapps发表的声明表明,有两个问题导致了对Nexperia的强迫决定。其中之一是“在新港基地重新引入化合物半导体活动的可能性,以及这些活动削弱英国能力的可能性”。另一个是NWF与本地化合物半导体研发集群的联系,该集群本身与英国专业研发网络之一的化合物半导体应用弹射器(CSC)相连,CSC的总部距晶圆厂两英里远。Nexperia拥有斯托克波特一家工厂的时间要长得多,这可以追溯到穆拉德电子公司(Mullard Electronics)的时代,显然仍未受到这些国家安全问题的影响。这是一家目前只生产硅的晶圆厂。

作为英飞凌科技(Infineon Technologies)的一部分,NWF曾在硅器件上生产氮化镓(GaN),但在NWF于2017年组织收购之前,这家德国公司将生产转移到了另一家工厂。Shapps声明中的第一段似乎与CSC在收购Nexperia前不久宣布的一个项目有关,该项目旨在开发用于200mm晶圆的新型GaN工艺,旨在帮助支持附近初创公司(如Rockley Photonics)的试点生产。最终,由于Nexperia将注意力集中在NWF自身的供应需求上,罗克利被迫在美国寻找供应。

与此同时,美国政府越来越担心镓及其用于电子产品的商业机密泄露给中国共产党控制的生产商。安全分析人士举行的多场吹风会都将矛头指向了美中研究人员之间的学术合作。化合物半导体生产商面临的问题之一是,他们依赖于用晶格完全不同的材料制造基本无缺陷的晶体。如果不仔细处理,就会产生大量的裂纹和无法工作的芯片,尽管21世纪初在选择性地向硅晶体中引入应变方面的突破,以及此后摩尔定律的巨大贡献,使得在硅晶片上沉积各种镓和其他金属合金变得更加实际。但是,将理论转化为可行的过程涉及到大量的知识产权,而这正是美国政府现在极力避免落入中国人之手的。

在阻止中国获得工具(这些工具可以让中国制造商制造最先进的硅芯片)之后,美国政府正试图阻止技术诀窍使用更晦涩的材料进入北京。今年夏天,美国工业和安全局(BIS)发布了一项裁决,认定氧化镓是一项“新兴的基础”技术,对国家“安全至关重要”。目前,氧化镓是一种很有前途但在很大程度上未经证实的材料,它可能在未来的功率半导体中取代氮化镓。BIS还瞄准了钻石、碳化硅和氮化镓,主要是因为它们在军事硬件上的应用潜力。所有这些材料都比纯硅更耐高温,尽管氮化镓可以说不如碳基材料坚固。

镓似乎已成为一个令人担忧的问题,因为如今中国占镓产量的90%以上。不难想象,一个在某种材料上拥有如此大控股权的国家,会限制其他国家获得该材料,而自己的行业却在稳步前进。然而,这将是一种幻觉。作为32nd作为地壳中最丰富的元素,镓并不稀有。从富含铝的矿石中提取铝是一件乏味的事情,而从中国购买铝恰好更便宜。

还有一个诀窍的问题。一方面,很容易看出,中国的官员可能会指望Nexperia的所有者提供GaN在硅上外延生长的详细资料,并将其转移到当地的晶圆厂。另一方面,尽管一个民族国家可能不想给潜在的敌人以帮助,但那匹马可能早就逃跑了。有趣的是,美国阻止了制造下一代逻辑晶体管的设计工具,但可用于试验将用于电力设备的氮化镓或碳化硅的不同形式的模拟软件仍未被触及。

阻止一家与中国共产党有联系的公司直接获得一项突然被美国视为战略的技术,可能有助于美国在大西洋以西的外交,并向保守党(Conservative Party)一些更强硬的成员表明,这是认真的。但作为一种防止GaN技术被中国政府获取的方法,这就像在泄漏的管道上用筛子盖住一样。

Nexperia本身一直致力于GaN-on-silicon技术,无疑会找到另一种方法来测试设计和制造设备其他铸造厂如果它发现自己拒之门外NWF-CSC项目的成果,目前还不清楚该公司将被禁止使用工厂作为铸造就像在收购之前,假设工厂找到买家和保持开放,而不是剥夺了部分。在中国,早在Nexperia竞购NWF的消息宣布之前,华为和其他公司就已经就镓基技术申请了数千项专利。

在一个重忠诚轻能力的社会里,中国有步俄罗斯后尘的风险。在没有受到西方政府太多阻碍的情况下,普京通过腐败和庇护,成功地阻碍了俄罗斯的科技行业,以至于它只有少数几个严重过时的晶圆厂。尽管中国接连出台了强调芯片制造重要性的五年计划,但在美国对更广泛的重要电子技术实施打压之前,中国在一定程度上落后于邻国。

总部位于上海的中芯国际成功地利用其所能获得的资源,制造出了一些芯片,这些芯片似乎可以与大约5年前由韩国和台湾晶圆厂推出的10nm芯片相媲美。但部分国有的中芯国际是个异类。现在华虹集团的一部分,它在工艺技术方面仍然远远落后于中芯国际,其工艺在2010年代初被认为是领先的。

在这种环境下,英国政府可能拿了一把大锤敲了一个坚果,结果却打错了目标。有可能,在Nexperia收购NWF之前,其中一个财团可能会提出另一个报价,甚至将该晶圆厂重新作为CSC集群的正式成员。但在债券市场趋紧、芯片市场不那么乐观的情况下,这还远不能确定。更不可能的是,如今的政府会效仿上世纪70年代工党政府的做法,直接为晶圆厂的继续运营提供资金,以维持一个更健康的集群,甚至为创新提供一条正常运行的试点生产线。

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