W dziedzinie produkcji półprzewodników tradycyjny model produkcji na dużą skalę i wymagający dużego kapitału czeka potencjalna rewolucja. W związku ze zbliżającą się wystawą „CEATEC 2024” organizacja Minimum Wafer Fab Promotions zaprezentuje zupełnie nową metodę produkcji półprzewodników, która wykorzystuje ultramałe urządzenia do produkcji półprzewodników w procesach litograficznych. Ta innowacja zapewnia bezprecedensowe możliwości małym i średnim przedsiębiorstwom (MŚP) oraz start-upom. W tym artykule dokonano syntezy istotnych informacji w celu zbadania tła, zalet, wyzwań i potencjalnego wpływu technologii wytwarzania płytek minimalnych na przemysł półprzewodników.
Produkcja półprzewodników to branża wymagająca dużej ilości kapitału i technologii. Tradycyjnie produkcja półprzewodników wymaga dużych fabryk i czystych pomieszczeń do masowej produkcji 12-calowych płytek. Inwestycje kapitałowe w każdą dużą fabrykę płytek często sięgają 2 bilionów jenów (około 120 miliardów RMB), co utrudnia MŚP i start-upom wejście na tę dziedzinę. Jednakże wraz z pojawieniem się technologii wytwarzania minimalnych ilości wafli sytuacja ta ulega zmianie.
Fabryki płytek minimalnych to innowacyjne systemy produkcji półprzewodników, w których wykorzystuje się płytki 0,5-calowe, co znacznie zmniejsza skalę produkcji i inwestycje kapitałowe w porównaniu z tradycyjnymi płytkami 12-calowymi. Inwestycja kapitałowa w ten sprzęt produkcyjny wynosi zaledwie około 500 milionów jenów (około 23,8 miliona RMB), umożliwiając MŚP i start-upom rozpoczęcie produkcji półprzewodników przy niższych nakładach inwestycyjnych.
Początki technologii wytwarzania płytek minimalnych sięgają projektu badawczego zainicjowanego przez Narodowy Instytut Zaawansowanej Nauki i Technologii Przemysłowej (AIST) w Japonii w 2008 roku. Celem tego projektu było stworzenie nowego trendu w produkcji półprzewodników poprzez osiągnięcie różnorodności , produkcja małoseryjna. Inicjatywa, kierowana przez Ministerstwo Gospodarki, Handlu i Przemysłu Japonii, obejmowała współpracę między 140 japońskimi firmami i organizacjami w celu opracowania nowej generacji systemów produkcyjnych, mających na celu znaczne zmniejszenie kosztów i barier technicznych, umożliwiając producentom samochodów i sprzętu AGD produkcję półprzewodników i czujniki, których potrzebują.
**Zalety technologii Minimum Wafer Fab:**
1. **Znacznie zmniejszone inwestycje kapitałowe:** Tradycyjne duże fabryki płytek wymagają inwestycji kapitałowych przekraczających setki miliardów jenów, podczas gdy docelowa inwestycja w przypadku fabryk minimalnych płytek wynosi tylko 1/100 do 1/1000 tej kwoty. Ponieważ każde urządzenie jest małe, nie ma potrzeby stosowania dużych przestrzeni fabrycznych ani fotomasek do tworzenia obwodów, co znacznie zmniejsza koszty operacyjne.
2. **Elastyczne i zróżnicowane modele produkcji:** Fabryki produkujące minimalne ilości płytek skupiają się na wytwarzaniu różnorodnych produktów w małych partiach. Ten model produkcji umożliwia MŚP i start-upom szybkie dostosowywanie i produkcję zgodnie z ich potrzebami, zaspokajając zapotrzebowanie rynku na niestandardowe i różnorodne produkty półprzewodnikowe.
3. **Uproszczone procesy produkcyjne:** Urządzenia produkcyjne w fabrykach płytek minimalnych mają ten sam kształt i rozmiar dla wszystkich procesów, a pojemniki do transportu płytek (wahadła) są uniwersalne na każdym etapie. Ponieważ sprzęt i wahadłowce działają w czystym środowisku, nie ma potrzeby utrzymywania dużych czystych pomieszczeń. Konstrukcja ta znacznie zmniejsza koszty i złożoność produkcji dzięki zlokalizowanej czystej technologii i uproszczonym procesom produkcyjnym.
4. **Niskie zużycie energii i zużycie energii w gospodarstwie domowym:** Urządzenia produkcyjne w fabrykach płytek minimalnych charakteryzują się również niskim zużyciem energii i mogą działać przy standardowym domowym zasilaniu AC 100V. Ta cecha pozwala na stosowanie tych urządzeń w środowiskach poza pomieszczeniami czystymi, co dodatkowo zmniejsza zużycie energii i koszty operacyjne.
5. **Krótsze cykle produkcyjne:** Produkcja półprzewodników na dużą skalę zazwyczaj wymaga długiego czasu oczekiwania od zamówienia do dostawy, podczas gdy fabryki produkujące minimalne ilości płytek mogą zapewnić terminową produkcję wymaganej ilości półprzewodników w pożądanych ramach czasowych. Ta zaleta jest szczególnie widoczna w dziedzinach takich jak Internet rzeczy (IoT), które wymagają małych produktów półprzewodnikowych o dużej różnorodności.
**Demonstracja i zastosowanie technologii:**
Na wystawie „CEATEC 2024” organizacja Minimum Wafer Fab Promotion zademonstrowała proces litografii z wykorzystaniem ultramałych urządzeń do produkcji półprzewodników. Podczas demonstracji zaaranżowano trzy maszyny, aby zaprezentować proces litografii, który obejmował powlekanie fotorezystorem, naświetlanie i wywoływanie. Pojemnik do transportu wafli (wahadłowiec) trzymany był w dłoni, umieszczany w urządzeniu i uruchamiany poprzez naciśnięcie przycisku. Po zakończeniu wahadłowiec został odebrany i ustawiony na kolejnym urządzeniu. Stan wewnętrzny i postęp każdego urządzenia były wyświetlane na odpowiednich monitorach.
Po zakończeniu tych trzech procesów wafelek zbadano pod mikroskopem, ujawniając wzór z napisem „Wesołego Halloween” i ilustracją dyni. Ta demonstracja nie tylko pokazała wykonalność technologii wytwarzania minimalnej ilości płytek, ale także podkreśliła jej elastyczność i wysoką precyzję.
Ponadto niektóre firmy zaczęły eksperymentować z technologią minimalnej produkcji płytek. Na przykład firma Yokogawa Solutions, spółka zależna Yokogawa Electric Corporation, wprowadziła na rynek usprawnione i estetyczne maszyny produkcyjne, mniej więcej wielkości automatu do sprzedaży napojów, każda wyposażona w funkcje czyszczenia, podgrzewania i naświetlania. Maszyny te w rzeczywistości tworzą linię produkcyjną do produkcji półprzewodników, a minimalna powierzchnia wymagana dla linii produkcyjnej „mini fabryka płytek” ma wielkość zaledwie dwóch kortów tenisowych, co stanowi zaledwie 1% powierzchni fabryki płytek 12-calowych.
Jednak obecnie fabryki płytek minimalnych mają trudności z konkurowaniem z dużymi fabrykami półprzewodników. Bardzo precyzyjne projekty obwodów, szczególnie w zaawansowanych technologiach procesowych (takich jak 7 nm i poniżej), w dalszym ciągu opierają się na zaawansowanym sprzęcie i możliwościach produkcyjnych na dużą skalę. Procesy wytwarzania płytek o grubości 0,5 cala w fabrykach płytek minimalnych są bardziej odpowiednie do wytwarzania stosunkowo prostych urządzeń, takich jak czujniki i MEMS.
Fabryki minimalnych płytek stanowią wysoce obiecujący nowy model produkcji półprzewodników. Oczekuje się, że charakteryzujące się miniaturyzacją, niskim kosztem i elastycznością zapewnią nowe możliwości rynkowe dla MŚP i innowacyjnych firm. Zalety fabryk płytek minimalnych są szczególnie widoczne w określonych obszarach zastosowań, takich jak IoT, czujniki i MEMS.
W przyszłości, w miarę dojrzewania i dalszego promowania technologii, fabryki płytek minimalnych mogą stać się ważną siłą w branży produkcji półprzewodników. Dają one nie tylko małym przedsiębiorstwom szansę wejścia na ten obszar, ale mogą także napędzać zmiany w strukturze kosztów i modelach produkcji całej branży. Osiągnięcie tego celu będzie wymagało większych wysiłków w zakresie technologii, rozwoju talentów i budowania ekosystemu.
W dłuższej perspektywie pomyślna promocja fabryk płytek minimalnych może mieć głęboki wpływ na całą branżę półprzewodników, szczególnie pod względem dywersyfikacji łańcucha dostaw, elastyczności procesu produkcyjnego i kontroli kosztów. Powszechne zastosowanie tej technologii pomoże w dalszym wprowadzaniu innowacji i postępie w światowym przemyśle półprzewodników.
Czas publikacji: 25 października 2024 r