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深度評論:一個半導體工程師告訴你,什么是半導體產業

日期:2019/9/21 10:12:07
摘要:從去年開始一直持續到現在的貿易戰打得板磚滿天飛,在中興和華為先后被國外打壓后,我們或多或少也意識到了半導體產業的重要性。筆者并不懷疑中國會在芯片大戰中取得最后的勝利,但是半導體這個行業的門檻非常高,需要保質保量的生產高技術含量的產品。

關鍵詞:半導體

而且,這個行業和之前的“炒房興邦”不一樣——房地產的資金池雖然巨大,但是大部分是依靠市場運作或者說炒作,真正落到土建工作上的資金所占比例并不高,而且這里面還有一部分錢是用來買地皮搞拆遷的。

半導體行業是一個巨大的吞金獸,是要拿價值成百上千億美元的真金白銀往里面投的。我們如果想要實現芯片自給,目前的投資水平遠遠不夠,加上中國現在的投資相對盲目且分散,其效果更是要大打折扣。

最重要的是這個行業不僅需要大規模投入,并且短時間內不一定有成效的投資,還需要長期的技術積累,更需要成千上萬愿意長期靜下心來把本職工作做好的研發人員、管理人員、技術人員和操作人員。

電視媒體上一夜之間冒出了這么多半導體和5G的報道文章,這個熱情是好的,但是也有一些無良媒體在其中亂帶節奏、混淆視聽、粉飾太平。作為一個半導體工程師,關于這個行業,筆者有一些自己的看法,請諸位靜聽。

首先筆者來給大家,特別是某些沒有受過專業基礎教育、沒有在半導體行業工作過的媒體工作者們簡單介紹一下,我們半導體從業者都干些啥?

半導體屬于壓力非常大的行業,各個公司、各個部門和各個崗位都有自己難念的經。

芯片制造主要分為三個階段,芯片設計、芯片制作和封裝測試。而中國的短板恰恰是在前面兩個技術含量較高的階段。落后到什么程度?面對競爭者的打壓,中國芯片工業毫無還手之力(幸好,我們還有稀土這張牌),所以筆者主要講一下前面兩個環節的從業者所從事的工作。

做芯片設計的公司一般不參與晶圓制造,芯片設計工程師的任務主要是根據客戶要求把芯片設計出來。首先是對這顆芯片的功能進行規劃,然后將規劃好的代碼放入自動編輯軟件(EDA,Electronic Design Automation)由電腦將代碼轉化成邏輯電路。然后根據測試好的邏輯電路,進行計算機布局與繞線,經檢驗合格后的設計方案會被送到晶圓廠進入芯片制造階段。

晶圓廠的工程技術人員負責將芯片設計工程師們規劃的藍圖轉化為實際的產品,一般每個技術環節有專門的部門負責,每個部門下面主要分為工藝和裝備兩個組。

首先我們說直接負責晶圓工序的工藝組(Process)。工藝組的工程師主要負責工藝流程的設計和流程運行中的管控。各個工藝組的工作強度因所屬部門而異,一般來說是大部分時間是在辦公室和會議室度過,個別做“一線支援”(Line Support)的要在無塵室里奔波,非常辛苦。

對于工藝組工程師而言,坐辦公室并不等于輕松,他們需要在辦公室里對從無塵室里傳送來的數據和圖表進行分析,也就是我們經常用的“統計過程控制”(Statistics Process Control,SPC)。一旦機器在運行中出現問題,數據會反映到實時監控軟件上;這時候工藝組就要開始忙活了,除了查清楚問題原因對癥下藥還要制定相應的預防對策。

如果是 “超出控制范圍”(Out of Control Limit,OOC)還好一點,要是“超出規格限制”OOS(Out of Spec Limit)——哎,今兒有的忙啦!另外工藝組還要和裝備組協調裝備運行上的事宜;如果遇到大問題需要其他部門協助,工藝組的工程師們還得四處打電話求人幫忙。

技術人員在無塵室中工作

接下來就是一專多能的裝備組(Equipment)。和工藝組比起來,裝備組是對體力和腦力的雙重考驗。因為裝備組要經常和故障機器打交道,不僅要干排除故障這樣的腦力活兒,還要能干體力活兒。

鑒于工作性質特殊,半導體企業裝備組成員們的身體素質應該是最棒的(而且幾乎全部為男性)。其標志性穿著為深藍色無塵室工作服和人手兩雙大頭皮鞋——一雙是無塵室Fab內穿,一雙在機器房Subfab做維護時穿。

需要指出的是右邊這兩位老兄的著裝是不規范的:鼻子都露了出來,其中一位甚至還拿掉了護目鏡,以上行為在無塵室中是不允許的。

裝備組的工作環境是最艱苦的:高噪音、高電壓、高溫、毒氣、易燃易爆物、腐蝕性液體、電磁輻射和狹小的工作空間這些都是裝備組的家常便飯。除了要了解本部門裝備的業務外,還要負責本部門工作區域的安全巡視、監管以及應急情況的處置。個別裝備組技術人員除接受專業訓練外,還要額外接受急救方面的訓練,包括心肺復蘇術、應急包扎和使用相關的急救設備。

有毒危險品中就包括

曾經作為化學武器肆虐歐陸的氯氣

雖然裝備組工作性質特殊環境艱苦,但是出事概率非常之低。因為裝備組對安全規章執行最為嚴格,并且“武裝到牙齒”:全員配發大皮鞋、頭盔和護目鏡(口罩手套發罩這三樣基本裝備屬于一次性用品,放在無塵室門口自取),對講機至少配到領班(個別特殊部門和特殊工作場合人手一個)。

個別部門的裝備組因為要和有毒氣體打交道(比如說蝕刻部門會用到氯氣),會按照需求配發全罩式或半罩式防毒面具(要測試,合格了才允許上崗)、空氣呼吸器或氧氣瓶;和有毒化學品(比如說蝕骨無形的氫氟酸)打交道的裝備組成員,會配發相應的個人保護裝備(PPE,Personal Protection Equipment)——基本PPE套件包括防護面罩,防護圍裙、防護靴和特種手套等。

另外無塵室內配置的專用消防、急救和防化設備(主要是防止化學品泄漏)也是由以裝備組組員為主力的應急處理隊伍來管理使用。

崗前安全教育常考知識點之一

氫氟酸對人體的危害

除了“術業有專攻”負責各個流程環節的技術部門外,還有一個最為關鍵的技術部門負責將各個流程環節協調起來。這就是行業中常說的工藝整合部門“流程整合”(Process Integration,PI)。

PI雖然不負責具體業務,但是PI的責任一點都不小——PI的工程師負責將各個環節整合起來,所以對他們的要求之一就是“全面發展”,要了解所有的流程業務;在運行中一旦出了問題PI的工程師必須要知道該找誰幫忙。另外PI的文字工作量相當大,而且會議相當多——如果是外企,還得倒時差開視頻會。

負責將藍圖轉化為現實產品的,是專門管理生產線的生產部門。這個部門男女比例因晶圓廠的技術水平而異:技術要求相對來講低一點的6寸和6寸以下的晶圓廠,因為體力勞動工作居多,所以其員工性別比例男女各占一半。12寸廠的生產部門自動化程度較高,因而女性員工占大多數。

生產部門集中了大多數的操作員,快節奏、壓力大是生產部門的日常。因而對人員心理素質的要求比較高,不能忙中出錯。

無塵室內的生產部門一線技術人員

因為工作性質特殊,晶圓廠的工程技術人員在無塵室內全部穿工作服,戴口罩、手套且佩戴護目鏡。所以沒法看臉認人,和航空母艦一樣——晶圓廠工作人員用工作服顏色來區分所屬部門。

除了之前提到的裝備組成員穿深藍色制服外,工藝組和生產部門為純白色,其他人員也有相應的顏色,具體要求因公司而異。另外制服上還有臂章(特殊部門成員和擔任領導職務者)、工作證和姓名牌作為輔助識別手段。

SK海力士的員工在無塵室中工作

對于職業病這個問題。網上有帖子說干了半導體會不孕不育。而筆者自己從實習到全職工作,從來沒有聽說誰因為干了這一行最后不孕不育。

半導體污染源多、危險物品多這一點確實沒錯,但是別忘了:魔高一尺道高一丈。在無塵室工作的所有人員都必須接受基本崗前培訓,上崗時從頭到腳都有很全面的防護。如果是因為工作性質需要接觸一些危險物品,上崗前需要接受額外的安全培訓且工作時要佩戴專門的防護設備,另外部分較為危險的崗位像配電設備檢修是嚴格禁止單人操作的。

此外,無塵室內也有各種檢測設備檢測微粒(Particle)、氣體泄漏等可能發生的危險狀況,一旦系統報警,工作區立刻廣播疏散。并配有專門的空氣循環系統和空氣過濾裝置,內部環境是非常干凈且安全的。

不過職業病也確實存在,辦公室崗位的職業病和程序員差不多,主要是久坐加上長期盯著電腦屏幕帶來的一系列問題:腰椎頸椎病、眼睛干澀、關節炎(經常打字);加上作息和飲食不規律,胃腸功能紊亂和脫發也是常見的問題。

在一線的非裝備組崗位,除辦公室崗位的職業病外,還要加上面部皮膚的問題(老被口罩捂著濕氣比較大)和膝關節炎、軟骨炎(技術要求相對低一點的晶圓廠沒有那么多自動化設備,需要經常走動);如果是輪班崗位,涉及到改變生物鐘,非常痛苦。

前面提到的兩個崗位的職業病,裝備組基本占了個全乎,因為他們一線和辦公室都要去。而除以上提到的問題外,個別部門還要加上聽力下降(高噪音環境)等本崗位特有的一些職業病。

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