V oblasti výroby polovodičov čelí tradičný model výroby vo veľkom meradle s vysokým kapitálom potenciálnej revolúcii. S blížiacou sa výstavou „CEATEC 2024“ prezentuje organizácia Minimum Wafer Fab Promotion Organization úplne novú metódu výroby polovodičov, ktorá využíva ultra-malé zariadenia na výrobu polovodičov na litografické procesy. Táto inovácia prináša nebývalé príležitosti pre malé a stredné podniky (MSP) a startupy. Tento článok syntetizuje relevantné informácie na preskúmanie pozadia, výhod, výziev a potenciálneho vplyvu technológie minimálnych doštičiek na polovodičový priemysel.
Výroba polovodičov je kapitálovo a technologicky veľmi náročné odvetvie. Výroba polovodičov tradične vyžaduje veľké továrne a čisté priestory na hromadnú výrobu 12-palcových doštičiek. Kapitálové investície do každej veľkej továrne na výrobu oblátok často dosahujú až 2 bilióny jenov (približne 120 miliárd RMB), čo sťažuje vstup MSP a startupov do tejto oblasti. So vznikom minimálnej technológie výroby oblátok sa však táto situácia mení.
Minimálne doštičky sú inovatívne systémy na výrobu polovodičov, ktoré používajú 0,5-palcové doštičky, čo výrazne znižuje rozsah výroby a kapitálové investície v porovnaní s tradičnými 12-palcovými doštičkami. Kapitálové investície do tohto výrobného zariadenia sú len asi 500 miliónov jenov (približne 23,8 milióna RMB), čo umožňuje malým a stredným podnikom a začínajúcim firmám začať s výrobou polovodičov s nižšou investíciou.
Počiatky technológie minimálnej výroby doštičiek možno vysledovať späť k výskumnému projektu, ktorý inicioval Národný inštitút pokročilých priemyselných vied a technológií (AIST) v Japonsku v roku 2008. Cieľom tohto projektu bolo vytvoriť nový trend vo výrobe polovodičov dosiahnutím rozmanitosti , malosériová výroba. Iniciatíva, ktorú viedlo japonské ministerstvo hospodárstva, obchodu a priemyslu, zahŕňala spoluprácu medzi 140 japonskými spoločnosťami a organizáciami na vývoji novej generácie výrobných systémov s cieľom výrazne znížiť náklady a technické bariéry, čo umožní výrobcom automobilov a domácich spotrebičov vyrábať polovodiče. a senzory, ktoré potrebujú.
**Výhody technológie Minimum Wafer Fab:**
1. **Výrazne znížená kapitálová investícia:** Tradičné veľké továrne na oblátky vyžadujú kapitálové investície presahujúce stovky miliárd jenov, zatiaľ čo cieľová investícia do továren na výrobu oblátok s minimom je len 1/100 až 1/1000 z tejto sumy. Keďže každé zariadenie je malé, nie sú potrebné veľké výrobné priestory alebo fotomasky na vytváranie obvodov, čo výrazne znižuje prevádzkové náklady.
2. **Flexibilné a rozmanité modely výroby:** Minimálne továrne na oblátky sa zameriavajú na výrobu rôznych malosériových produktov. Tento výrobný model umožňuje malým a stredným podnikom a začínajúcim firmám rýchlo sa prispôsobiť a vyrábať podľa ich potrieb, čím uspokojí trhový dopyt po prispôsobených a rôznorodých polovodičových produktoch.
3. **Zjednodušené výrobné procesy:** Výrobné zariadenie vo výrobniach na výrobu oblátok má rovnaký tvar a veľkosť pre všetky procesy a prepravné kontajnery na oblátky (kyvadlo) sú univerzálne pre každý krok. Keďže zariadenia a raketoplány fungujú v čistom prostredí, nie je potrebné udržiavať veľké čisté miestnosti. Tento dizajn výrazne znižuje výrobné náklady a zložitosť vďaka lokalizovanej čistej technológii a zjednodušeným výrobným procesom.
4. **Nízka spotreba energie a spotreba energie v domácnosti:** Výrobné zariadenie vo výrobe s minimálnou oblátkou sa tiež vyznačuje nízkou spotrebou energie a môže pracovať so štandardnou domácou sieťou AC 100V. Táto vlastnosť umožňuje použitie týchto zariadení v prostrediach mimo čistých priestorov, čím sa ďalej znižuje spotreba energie a prevádzkové náklady.
5. **Skrátené výrobné cykly:** Výroba polovodičov vo veľkom meradle si zvyčajne vyžaduje dlhú čakaciu dobu od objednávky po dodanie, zatiaľ čo minimálna výroba doštičiek môže dosiahnuť včasnú výrobu požadovaného množstva polovodičov v požadovanom časovom rámci. Táto výhoda je zrejmá najmä v oblastiach, ako je internet vecí (IoT), ktoré si vyžadujú malé polovodičové produkty s vysokým mixom.
**Ukážka a aplikácia technológie:**
Na výstave „CEATEC 2024“ demonštrovala organizácia Minimum Wafer Fab Promotion Organization proces litografie s použitím ultra malých zariadení na výrobu polovodičov. Počas demonštrácie boli usporiadané tri stroje, aby predviedli proces litografie, ktorý zahŕňal nanášanie odolnosti, expozíciu a vyvolávanie. Nádoba na prepravu oblátok (kyvadlo) bola držaná v ruke, umiestnená do zariadenia a aktivovaná stlačením tlačidla. Po dokončení bol raketoplán zdvihnutý a nastavený na ďalšom zariadení. Interný stav a priebeh každého zariadenia sa zobrazovali na ich príslušných monitoroch.
Po dokončení týchto troch procesov sa oblátka skontrolovala pod mikroskopom a odhalila vzor so slovami „Happy Halloween“ a ilustráciou tekvice. Táto demonštrácia nielenže predviedla uskutočniteľnosť minimálnej technológie výroby oblátok, ale tiež zdôraznila jej flexibilitu a vysokú presnosť.
Navyše, niektoré spoločnosti začali experimentovať s minimálnou technológiou wafer fab. Napríklad Yokogawa Solutions, dcérska spoločnosť Yokogawa Electric Corporation, uviedla na trh efektívne a esteticky príjemné výrobné stroje, približne veľkosti nápojového automatu, z ktorých každý je vybavený funkciami na čistenie, ohrev a vystavenie. Tieto stroje efektívne tvoria výrobnú linku na výrobu polovodičov a minimálna plocha potrebná pre výrobnú linku „mini wafer fab“ je len veľkosť dvoch tenisových kurtov, len 1 % plochy 12-palcovej továrne na wafery.
Minimálne továrne na oblátky však v súčasnosti bojujú s konkurenciou s veľkými továrňami na výrobu polovodičov. Návrhy ultrajemných obvodov, najmä v pokročilých procesných technológiách (ako 7nm a nižšie), sa stále spoliehajú na pokročilé vybavenie a rozsiahle výrobné možnosti. Procesy 0,5-palcových plátkov s minimálnymi výrobkami plátkov sú vhodnejšie na výrobu relatívne jednoduchých zariadení, ako sú senzory a MEMS.
Minimum wafer fabs predstavuje veľmi sľubný nový model pre výrobu polovodičov. Vyznačujú sa miniaturizáciou, nízkymi nákladmi a flexibilitou a očakáva sa, že poskytnú nové trhové príležitosti pre MSP a inovatívne spoločnosti. Výhody minimálnych wafer fabs sú obzvlášť zrejmé v špecifických aplikačných oblastiach, ako je IoT, senzory a MEMS.
V budúcnosti, keď technológia dozrieva a bude sa ďalej propagovať, by sa minimálna doska fab mohla stať dôležitou silou v priemysle výroby polovodičov. Nielenže poskytujú malým podnikom príležitosti vstúpiť do tejto oblasti, ale môžu viesť aj k zmenám v štruktúre nákladov a výrobných modeloch celého odvetvia. Dosiahnutie tohto cieľa si bude vyžadovať viac úsilia v oblasti technológií, rozvoja talentov a budovania ekosystému.
Z dlhodobého hľadiska by úspešná propagácia minimálnych wafer fabs mohla mať hlboký vplyv na celý polovodičový priemysel, najmä pokiaľ ide o diverzifikáciu dodávateľského reťazca, flexibilitu výrobného procesu a kontrolu nákladov. Široká aplikácia tejto technológie pomôže podporiť ďalšie inovácie a pokrok v globálnom polovodičovom priemysle.
Čas odoslania: 25. októbra 2024