В областта на производството на полупроводници, традиционният широкомащабен модел на производство с големи капиталови инвестиции е изправен пред потенциална революция. С предстоящото изложение "CEATEC 2024", Minimum Wafer Fab Promotion Organisation демонстрира чисто нов метод за производство на полупроводници, който използва ултра малко оборудване за производство на полупроводници за литографски процеси. Тази иновация носи безпрецедентни възможности за малки и средни предприятия (МСП) и стартиращи фирми. Тази статия ще синтезира подходяща информация, за да проучи фона, предимствата, предизвикателствата и потенциалното въздействие на технологията за производство на минимални пластини върху полупроводниковата индустрия.
Производството на полупроводници е силно капиталоемка и технологично интензивна индустрия. Традиционно производството на полупроводници изисква големи фабрики и чисти помещения за масово производство на 12-инчови пластини. Капиталовите инвестиции за всяка голяма фабрика за вафли често достигат до 2 трилиона йени (приблизително 120 милиарда RMB), което затруднява навлизането на МСП и стартиращи фирми в тази област. Въпреки това, с появата на технологията за производство на минимални вафли, тази ситуация се променя.
Фабриките за минимални пластини са иновативни системи за производство на полупроводници, които използват 0,5-инчови пластини, което значително намалява производствения мащаб и капиталовите инвестиции в сравнение с традиционните 12-инчови пластини. Капиталовата инвестиция за това производствено оборудване е само около 500 милиона йени (приблизително 23,8 милиона RMB), което позволява на МСП и стартиращите фирми да започнат производство на полупроводници с по-ниска инвестиция.
Произходът на технологията за производство на минимални вафли може да бъде проследен до изследователски проект, иницииран от Националния институт за напреднали индустриални науки и технологии (AIST) в Япония през 2008 г. Този проект имаше за цел да създаде нова тенденция в производството на полупроводници чрез постигане на многообразие , дребносерийно производство. Инициативата, ръководена от Министерството на икономиката, търговията и промишлеността на Япония, включваше сътрудничество между 140 японски компании и организации за разработване на ново поколение производствени системи, целящи значително намаляване на разходите и техническите бариери, което позволява на производителите на автомобили и домакински уреди да произвеждат полупроводниците и сензори, от които се нуждаят.
**Предимства на технологията Minimum Wafer Fab:**
1. **Значително намалени капиталови инвестиции:** Традиционните големи фабрики за вафли изискват капиталови инвестиции, надхвърлящи стотици милиарди йени, докато целевата инвестиция за минимални фабрики за вафли е само 1/100 до 1/1000 от тази сума. Тъй като всяко устройство е малко, няма нужда от големи фабрични пространства или фотомаски за формиране на верига, което значително намалява оперативните разходи.
2. **Гъвкави и разнообразни производствени модели:** Минималните фабрики за вафли се фокусират върху производството на различни продукти в малки партиди. Този производствен модел позволява на МСП и стартиращите фирми бързо да персонализират и произвеждат според нуждите си, отговаряйки на пазарното търсене на персонализирани и разнообразни полупроводникови продукти.
3. **Опростени производствени процеси:** Производственото оборудване в фабриките за минимални вафли има еднаква форма и размер за всички процеси, а контейнерите за транспортиране на вафли (совалки) са универсални за всяка стъпка. Тъй като оборудването и совалките работят в чиста среда, няма нужда да се поддържат големи чисти стаи. Този дизайн значително намалява производствените разходи и сложността чрез локализирана чиста технология и опростени производствени процеси.
4. **Ниска консумация на енергия и използване на енергия в домакинството:** Производственото оборудване в фабриките за минимални вафли също се отличава с ниска консумация на енергия и може да работи със стандартно домакинско AC100V захранване. Тази характеристика позволява на тези устройства да се използват в среди извън чисти помещения, като допълнително намалява потреблението на енергия и оперативните разходи.
5. **Скъсени производствени цикли:** Мащабното производство на полупроводници обикновено изисква дълго време на изчакване от поръчката до доставката, докато минималните производители на пластини могат да постигнат навременно производство на необходимото количество полупроводници в рамките на желаната времева рамка. Това предимство е особено очевидно в области като Интернет на нещата (IoT), които изискват малки полупроводникови продукти с висока смес.
**Демонстрация и прилагане на технология:**
На изложението "CEATEC 2024" Minimum Wafer Fab Promotion Organisation демонстрира процеса на литография с помощта на ултра малко оборудване за производство на полупроводници. По време на демонстрацията бяха подредени три машини, за да демонстрират процеса на литография, който включваше резистентно покритие, експониране и проявяване. Контейнерът за транспортиране на вафли (совалка) се държеше в ръка, поставяше се в оборудването и се активира с натискане на бутон. След завършване совалката беше взета и настроена на следващото устройство. Вътрешното състояние и напредъкът на всяко устройство се показват на съответните им монитори.
След като тези три процеса бяха завършени, вафлата беше проверена под микроскоп, разкривайки модел с думите „Честит Хелоуин“ и илюстрация на тиква. Тази демонстрация не само показа осъществимостта на технологията за производство на минимални вафли, но също така подчерта нейната гъвкавост и висока прецизност.
Освен това някои компании са започнали да експериментират с технология за производство на минимални вафли. Например Yokogawa Solutions, дъщерно дружество на Yokogawa Electric Corporation, пусна рационализирани и естетически приятни производствени машини, приблизително с размерите на автомат за продажба на напитки, всяка оборудвана с функции за почистване, нагряване и излагане. Тези машини ефективно образуват производствена линия за производство на полупроводници, а минималната площ, необходима за производствена линия за "фабрика за мини вафли" е само с размера на два тенис корта, само 1% от площта на фабрика за 12-инчови вафли.
Въпреки това, минималните производители на пластини в момента се борят да се конкурират с големите фабрики за полупроводници. Ултра фините дизайни на вериги, особено в усъвършенстваните технологии за процеси (като 7nm и по-ниски), все още разчитат на усъвършенствано оборудване и широкомащабни производствени възможности. Процесите на 0,5-инчови вафли на минимални фабрики за вафли са по-подходящи за производство на относително прости устройства, като сензори и MEMS.
Фабриките за минимални пластини представляват силно обещаващ нов модел за производство на полупроводници. Характеризирайки се с миниатюризация, ниска цена и гъвкавост, от тях се очаква да предоставят нови пазарни възможности за МСП и иновативни компании. Предимствата на минималните фабрики за вафли са особено очевидни в специфични области на приложение като IoT, сензори и MEMS.
В бъдеще, когато технологията узрее и се популяризира допълнително, фабриките за минимални пластини могат да се превърнат във важна сила в индустрията за производство на полупроводници. Те не само предоставят на малкия бизнес възможности да навлязат в тази област, но могат също така да предизвикат промени в структурата на разходите и производствените модели на цялата индустрия. Постигането на тази цел ще изисква повече усилия в технологиите, развитието на таланти и изграждането на екосистеми.
В дългосрочен план успешното популяризиране на минимални фабрики за пластини може да има дълбоко въздействие върху цялата полупроводникова индустрия, особено по отношение на диверсификацията на веригата за доставки, гъвкавостта на производствения процес и контрола на разходите. Широкото приложение на тази технология ще помогне за по-нататъшни иновации и напредък в глобалната полупроводникова индустрия.
Време на публикуване: 25 октомври 2024 г