У галузі виробництва напівпровідників традиційна широкомасштабна виробнича модель із великими капіталовкладеннями стикається з потенційною революцією. Під час майбутньої виставки «CEATEC 2024» Minimum Wafer Fab Promotion Organisation демонструє абсолютно новий метод виробництва напівпровідників, який використовує обладнання для виробництва надмалих напівпровідників для процесів літографії. Ця інновація відкриває безпрецедентні можливості для малих і середніх підприємств (МСП) і стартапів. У цій статті буде синтезовано відповідну інформацію, щоб дослідити передумови, переваги, проблеми та потенційний вплив технології виробництва мінімальних пластин на напівпровідникову промисловість.
Виробництво напівпровідників є висококапіталоємною та технологічно інтенсивною галуззю. Традиційно виробництво напівпровідників вимагає великих заводів і чистих приміщень для масового виробництва 12-дюймових пластин. Капітальні інвестиції в кожну велику фабрику з виробництва пластин часто сягають 2 трильйонів ієн (приблизно 120 мільярдів юанів), що ускладнює вихід на цю сферу для МСП і стартапів. Проте з появою технології мінімальних вафельних заводів ця ситуація змінюється.
Фабрики мінімальних пластин — це інноваційні системи виробництва напівпровідників, які використовують 0,5-дюймові пластини, що значно зменшує масштаби виробництва та капіталовкладення порівняно з традиційними 12-дюймовими пластинами. Капітальні інвестиції в це виробниче обладнання становлять лише близько 500 мільйонів ієн (приблизно 23,8 мільйона юанів), що дозволяє малим і середнім підприємствам і стартапам почати виробництво напівпровідників з меншими інвестиціями.
Витоки технології виробництва мінімальних пластин можна простежити до дослідницького проекту, ініційованого Національним інститутом передових промислових наук і технологій (AIST) в Японії в 2008 році. Цей проект мав на меті створити нову тенденцію у виробництві напівпровідників шляхом досягнення багатоваріантності. , дрібносерійне виробництво. Ініціатива, очолювана Міністерством економіки, торгівлі та промисловості Японії, передбачала співпрацю між 140 японськими компаніями та організаціями для розробки нового покоління виробничих систем, спрямованих на суттєве зниження витрат і технічних бар’єрів, що дозволить виробникам автомобілів і побутової техніки виробляти напівпровідники. і датчики, які їм потрібні.
**Переваги технології Minimum Wafer Fab:**
1. **Значно скорочені капіталовкладення:** Традиційні великі фабрики з виробництва пластин вимагають капіталовкладень, що перевищують сотні мільярдів ієн, у той час як цільові інвестиції для мінімальних фабрик з виробництва пластин становлять лише 1/100 до 1/1000 цієї суми. Оскільки кожен пристрій невеликий, немає потреби у великих заводських приміщеннях або фотомасках для формування схеми, що значно знижує експлуатаційні витрати.
2. **Гнучкі та різноманітні виробничі моделі: ** Мінімальні вафельні фабрики зосереджені на виробництві різноманітних дрібносерійних продуктів. Ця виробнича модель дозволяє малим і середнім підприємствам і стартапам швидко налаштувати та виробляти відповідно до своїх потреб, задовольняючи ринковий попит на індивідуальні та різноманітні напівпровідникові продукти.
3. **Спрощені виробничі процеси: ** Виробниче обладнання мінімальних вафельних фабрик має однакову форму та розмір для всіх процесів, а контейнери для транспортування вафель (човники) є універсальними для кожного кроку. Оскільки обладнання та шатли працюють у чистому середовищі, немає потреби утримувати великі чисті приміщення. Ця конструкція значно знижує витрати та складність виробництва завдяки локалізованій чистій технології та спрощеним виробничим процесам.
4. **Низьке енергоспоживання та побутове використання електроенергії: ** Виробниче обладнання у міні-фабриках із виготовлення пластин також має низьке енергоспоживання та може працювати від стандартної побутової мережі змінного струму 100 В. Ця характеристика дозволяє використовувати ці пристрої в середовищах за межами чистих приміщень, додатково знижуючи споживання енергії та експлуатаційні витрати.
5. **Скорочені виробничі цикли:** Велике виробництво напівпровідників зазвичай потребує тривалого часу очікування від замовлення до доставки, тоді як мінімальні виробники пластин можуть забезпечити своєчасне виробництво необхідної кількості напівпровідників протягом бажаного періоду часу. Ця перевага особливо очевидна в таких сферах, як Інтернет речей (IoT), які потребують невеликих напівпровідникових продуктів із високим вмістом суміші.
**Демонстрація та застосування технології:**
На виставці «CEATEC 2024» Minimum Wafer Fab Promotion Organization продемонструвала процес літографії з використанням ультрамалого обладнання для виробництва напівпровідників. Під час демонстрації було організовано три машини для демонстрації процесу літографії, який включав нанесення резистного покриття, експонування та проявлення. Контейнер для транспортування пластин (човник) тримали в руці, поміщали в обладнання та активували натисканням кнопки. Після завершення шаттл був підібраний і встановлений на наступний апарат. Внутрішній стан і прогрес кожного пристрою відображалися на відповідних моніторах.
Після завершення цих трьох процесів пластину перевірили під мікроскопом, виявивши візерунок зі словами «Happy Halloween» та ілюстрацією гарбуза. Ця демонстрація не тільки продемонструвала здійсненність технології виробництва мінімальних пластин, але й підкреслила її гнучкість і високу точність.
Крім того, деякі компанії почали експериментувати з технологією виробництва мінімальних пластин. Наприклад, Yokogawa Solutions, дочірня компанія Yokogawa Electric Corporation, запустила оптимізовані та естетично привабливі виробничі машини, розміром приблизно з автомат для продажу напоїв, кожна з яких оснащена функціями очищення, нагрівання та експозиції. Ці машини фактично утворюють виробничу лінію для виробництва напівпровідників, а мінімальна площа, необхідна для виробничої лінії «міні-фабрики для пластин», становить лише розмір двох тенісних кортів, лише 1% площі фабрики для виготовлення 12-дюймових пластин.
Однак мінімальні виробники пластин наразі не можуть конкурувати з великими фабриками з виробництва напівпровідників. Надтонкі конструкції схем, особливо в передових технологічних процесах (таких як 7 нм і нижче), все ще покладаються на сучасне обладнання та потужності великого виробництва. 0,5-дюймові вафельні процеси мінімальних вафельних заводів більше підходять для виробництва відносно простих пристроїв, таких як датчики та MEMS.
Фабрики мінімальних пластин представляють дуже перспективну нову модель для виробництва напівпровідників. Очікується, що вони, характеризуючись мініатюрністю, низькою вартістю та гнучкістю, нададуть нові ринкові можливості для МСП та інноваційних компаній. Переваги виробництва мінімальних пластин особливо очевидні в конкретних сферах застосування, таких як IoT, датчики та MEMS.
У майбутньому, у міру розвитку та подальшого просування технології, виробництво мінімальних пластин може стати важливою силою у виробництві напівпровідників. Вони не тільки надають малим підприємствам можливість вийти на цю сферу, але також можуть стимулювати зміни в структурі витрат і моделях виробництва всієї галузі. Досягнення цієї мети вимагатиме більше зусиль у сфері технологій, розвитку талантів і побудови екосистеми.
У довгостроковій перспективі успішне просування виробництва мінімальних пластин може мати глибокий вплив на всю напівпровідникову промисловість, зокрема з точки зору диверсифікації ланцюга поставок, гнучкості виробничого процесу та контролю витрат. Широке застосування цієї технології допоможе стимулювати подальші інновації та прогрес у світовій напівпровідниковій промисловості.
Час публікації: 25 жовтня 2024 р