W dziedzinie produkcji półprzewodników tradycyjny model produkcji na dużą skalę, wymagający dużych nakładów inwestycyjnych, stoi w obliczu potencjalnej rewolucji. Wraz z nadchodzącą wystawą „CEATEC 2024” Minimum Wafer Fab Promotion Organization prezentuje zupełnie nową metodę produkcji półprzewodników, która wykorzystuje ultra-mały sprzęt do produkcji półprzewodników w procesach litograficznych. Ta innowacja przynosi bezprecedensowe możliwości dla małych i średnich przedsiębiorstw (MŚP) oraz startupów. W tym artykule zostaną zsyntetyzowane istotne informacje, aby zbadać tło, zalety, wyzwania i potencjalny wpływ technologii produkcji minimalnych płytek na przemysł półprzewodników.
Produkcja półprzewodników to branża o dużym nakładzie kapitałowym i technologicznym. 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 startupom wejście na ten rynek. Jednak wraz z pojawieniem się technologii minimalnej produkcji płytek sytuacja ta ulega zmianie.
Minimalne fabryki płytek to innowacyjne systemy produkcji półprzewodników, które wykorzystują płytki 0,5-calowe, znacznie zmniejszając skalę produkcji i nakłady inwestycyjne w porównaniu do tradycyjnych płytek 12-calowych. Nakład inwestycyjny na ten sprzęt produkcyjny wynosi zaledwie około 500 milionów jenów (około 23,8 miliona RMB), umożliwiając MŚP i startupom rozpoczęcie produkcji półprzewodników przy niższych nakładach inwestycyjnych.
Początki technologii produkcji minimalnych płytek można prześledzić do projektu badawczego zainicjowanego przez Narodowy Instytut Zaawansowanej Nauki Przemysłowej i Technologii (AIST) w Japonii w 2008 r. Celem tego projektu było stworzenie nowego trendu w produkcji półprzewodników poprzez osiągnięcie produkcji wielowariantowej w małych partiach. Inicjatywa, kierowana przez japońskie Ministerstwo Gospodarki, Handlu i Przemysłu, obejmowała współpracę 140 japońskich firm i organizacji w celu opracowania nowej generacji systemów produkcyjnych, mających na celu znaczne obniżenie kosztów i barier technicznych, umożliwiając producentom samochodów i sprzętu gospodarstwa domowego produkcję potrzebnych im półprzewodników i czujników.
**Zalety technologii Minimum Wafer Fab:**
1. **Znacznie zmniejszone nakłady inwestycyjne:** Tradycyjne duże fabryki płytek wymagają nakładów inwestycyjnych przekraczających setki miliardów jenów, podczas gdy docelowa inwestycja dla minimalnych fabryk płytek wynosi tylko 1/100 do 1/1000 tej kwoty. Ponieważ każde urządzenie jest małe, nie ma potrzeby dużych przestrzeni fabrycznych ani fotomasek do tworzenia obwodów, co znacznie zmniejsza koszty operacyjne.
2. **Elastyczne i różnorodne modele produkcji:** Fabryki płytek minimalnych koncentrują się na wytwarzaniu różnorodnych produktów w małych partiach. Ten model produkcji pozwala MŚP i startupom na szybką personalizację i produkcję zgodnie z ich potrzebami, spełniając popyt rynkowy na dostosowane i różnorodne produkty półprzewodnikowe.
3. **Uproszczone procesy produkcyjne:** Sprzęt produkcyjny w minimalnych fabrykach płytek ma ten sam kształt i rozmiar dla wszystkich procesów, a pojemniki transportowe płytek (wafle) są uniwersalne dla każdego etapu. Ponieważ sprzęt i wahadłowce działają w czystym środowisku, nie ma potrzeby utrzymywania dużych czystych pomieszczeń. Ta konstrukcja znacznie zmniejsza koszty produkcji i złożoność dzięki lokalnej czystej technologii i uproszczonym procesom produkcyjnym.
4. **Niskie zużycie energii i wykorzystanie energii w gospodarstwach domowych:** Sprzęt produkcyjny w minimalnych fabrykach płytek charakteryzuje się również niskim zużyciem energii i może działać przy standardowym zasilaniu domowym AC100 V. Ta cecha pozwala na używanie tych urządzeń w środowiskach poza czystymi pomieszczeniami, co dodatkowo zmniejsza zużycie energii i koszty operacyjne.
5. **Skrócone cykle produkcyjne:** Produkcja półprzewodników na dużą skalę zazwyczaj wymaga długiego czasu oczekiwania od zamówienia do dostawy, podczas gdy fabryki płytek o minimalnej wielkości mogą osiągnąć terminową produkcję wymaganej ilości półprzewodników w pożądanym przedziale czasowym. Ta zaleta jest szczególnie widoczna w takich dziedzinach jak Internet rzeczy (IoT), które wymagają małych, wysoce zróżnicowanych produktów półprzewodnikowych.
**Demonstracja i zastosowanie technologii:**
Na wystawie „CEATEC 2024” Minimum Wafer Fab Promotion Organization zademonstrowała proces litografii przy użyciu ultramałego sprzętu do produkcji półprzewodników. Podczas pokazu ustawiono trzy maszyny, aby pokazać proces litografii, który obejmował powlekanie rezystywne, naświetlanie i wywoływanie. Pojemnik transportowy na wafle (wafer) był trzymany w ręku, umieszczany w urządzeniu i aktywowany za pomocą naciśnięcia przycisku. Po zakończeniu, wahadłowiec był podnoszony i ustawiany na następnym urządzeniu. Wewnętrzny stan i postęp każdego urządzenia były wyświetlane na odpowiednich monitorach.
Po zakończeniu tych trzech procesów wafel został zbadany pod mikroskopem, ujawniając wzór z napisem „Happy Halloween” i ilustracją dyni. Ta demonstracja nie tylko pokazała wykonalność minimalnej technologii produkcji wafli, ale także podkreśliła jej elastyczność i wysoką precyzję.
Ponadto niektóre firmy zaczęły eksperymentować z technologią produkcji płytek o minimalnej wielkości. Na przykład 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, ogrzewania i naświetlania. Maszyny te skutecznie tworzą linię produkcyjną do produkcji półprzewodników, a minimalna powierzchnia wymagana dla linii produkcyjnej „miniaturowej fabryki płytek” to powierzchnia dwóch kortów tenisowych, zaledwie 1% powierzchni fabryki płytek o średnicy 12 cali.
Jednakże fabryki płytek o minimalnej pojemności mają obecnie trudności z konkurowaniem z dużymi fabrykami półprzewodników. Projekty ultracienkich obwodów, zwłaszcza w zaawansowanych technologiach procesowych (takich jak 7 nm i poniżej), nadal wymagają zaawansowanego sprzętu i możliwości produkcji na dużą skalę. Procesy produkcji płytek o minimalnej pojemności 0,5 cala w fabrykach płytek o minimalnej pojemności są bardziej odpowiednie do produkcji stosunkowo prostych urządzeń, takich jak czujniki i MEMS.
Minimalne fabryki płytek stanowią bardzo obiecujący nowy model produkcji półprzewodników. Charakteryzujące się miniaturyzacją, niskimi kosztami i elastycznością, oczekuje się, że stworzą nowe możliwości rynkowe dla MŚP i innowacyjnych firm. Zalety minimalnych fabryk płytek są szczególnie widoczne w określonych obszarach zastosowań, takich jak IoT, czujniki i MEMS.
W przyszłości, w miarę dojrzewania i dalszego promowania technologii, fabryki płytek o minimalnej pojemności mogą stać się ważną siłą w przemyśle produkcji półprzewodników. Nie tylko zapewniają małym firmom możliwość wejścia na ten rynek, ale mogą również 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 udana promocja fabryk płytek o minimalnej wielkości może mieć głęboki wpływ na cały przemysł półprzewodnikowy, szczególnie pod względem dywersyfikacji łańcucha dostaw, elastyczności procesu produkcyjnego i kontroli kosztów. Szerokie zastosowanie tej technologii pomoże napędzać dalsze innowacje i postęp w globalnym przemyśle półprzewodnikowym.
Czas publikacji: 14-paź-2024