В областта на производството на полупроводници, традиционният мащабен модел на производство с високи капиталови инвестиции е изправен пред потенциална революция. С предстоящото изложение "CEATEC 2024", Организацията за насърчаване на производството на минимални пластини (Minimum Wafer Fab) представя 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 предисторията, 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 пластини често достигат до 2 трилиона йени (приблизително 120 милиарда RMB), което затруднява навлизането на малките и средни предприятия (МСП) и стартиращите предприятия в тази област. С появата на технологията за минимално производство на пластини обаче, тази ситуация се променя.
Фабриките за минимални пластини са иновативни системи за производство на полупроводници, които използват 0,5-инчови пластини, което значително намалява мащаба на производството 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 малките и средни предприятия и стартиращите предприятия да започнат производство на полупроводници с по-ниска инвестиция.
Произходът на технологията за минимално производство на пластини може да се проследи 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 многовариантно, 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, позволявайки на производителите на автомобили и домакински уреди да произвеждат необходимите им полупроводници и сензори.
Предимства на технологията за минимално производство на пластини:
1. **Значително намалени капиталови инвестиции:** Традиционните големи фабрики за производство на пластини изискват капиталови инвестиции, надвишаващи стотици милиарди йени, докато целевата инвестиция за минимални фабрики за пластини е само 1/100 до 1/1000 от тази сума. Тъй като всяко устройство е малко, няма нужда от големи фабрични пространства или фотошаблони за формиране на схеми, което значително намалява оперативните разходи.
2. **Гъвкави и разнообразни производствени модели**: Фабриките за минимално производство на полупроводникови пластини се фокусират върху производството на разнообразни продукти в малки партиди. Този производствен модел позволява на малките и средни предприятия и стартиращите предприятия бързо да персонализират и произвеждат според своите нужди, отговаряйки на пазарното търсене на персонализирани и разнообразни полупроводникови продукти.
3. **Опростени производствени процеси:** Производственото оборудване в заводите за минимално производство на пластини има еднаква форма и размер за всички процеси, а контейнерите за транспортиране на пластини (совалките) са универсални за всяка стъпка. Тъй като оборудването и совалките работят в чиста среда, няма нужда да се поддържат големи чисти помещения. Този дизайн значително намалява производствените разходи и сложност чрез локализирана чиста технология и опростени производствени процеси.
4. **Ниска консумация на енергия и използване на електроенергия в домакинствата:** Производственото оборудване във фабриките с минимален брой пластини също се отличава с ниска консумация на енергия и може да работи със стандартно домакинско AC 100V захранване. Тази характеристика позволява тези устройства да се използват в среда извън чисти помещения, което допълнително намалява консумацията на енергия и оперативните разходи.
5. **Скъсени производствени цикли**: Производството на полупроводници в голям мащаб обикновено изисква дълго време на изчакване от поръчката до доставката, докато фабриките за производство на минимални пластини могат да постигнат навременно производство на необходимото количество полупроводници в рамките на желания срок. Това предимство е особено очевидно в области като Интернет на нещата (IoT), които изискват малки, висококачествени полупроводникови продукти.
**Демонстрация и приложение на технологията:**
На изложението "CEATEC 2024", Организацията за промотиране на минимално производство на полупроводници (Minimum Wafer Fab Promotion Organization) демонстрира процеса на литография, използвайки ултра-малко оборудване за производство на полупроводници. По време на демонстрацията бяха разположени три машини, за да се демонстрира литографският процес, който включваше нанасяне на резистно покритие, експониране и проявяване. Контейнерът за транспортиране на пластини (шатъл) се държеше в ръка, поставяше се в оборудването и се активираше с натискане на бутон. След завършване, совалката се повдигаше и настройваше на следващото устройство. Вътрешното състояние и напредъкът на всяко устройство се показваха на съответните му монитори.
След като тези три процеса бяха завършени, пластината беше инспектирана под микроскоп, разкривайки шарка с думите „Честит Хелоуин“ и илюстрация на тиква. Тази демонстрация не само демонстрира осъществимостта на технологията за минимално производство на пластини, но и подчерта нейната гъвкавост и висока прецизност.
Освен това, някои компании започнаха да експериментират с технология за минимално производство на пластини. Например, Yokogawa Solutions, дъщерно дружество на Yokogawa Electric Corporation, пусна на пазара опростени и естетически приятни производствени машини, приблизително с размерите на автомат за напитки, всяка от които е оборудвана с функции за почистване, нагряване и експониране. Тези машини ефективно образуват производствена линия за производство на полупроводници, а минималната площ, необходима за производствена линия „мини фабрика за пластини“, е само с размерите на два тенис корта, само 1% от площта на 12-инчова фабрика за пластини.
Въпреки това, фабриките за минимално производство на пластини в момента се затрудняват да се конкурират с големите фабрики за полупроводници. Ултрафините схеми, особено в напредналите технологични процеси (като 7nm и по-долу), все още разчитат на модерно оборудване и възможности за мащабно производство. Процесите на производство на 0,5-инчови пластини на фабриките за минимално производство на пластини са по-подходящи за производство на относително прости устройства, като сензори и MEMS.
Фабриките за минимално производство на пластини представляват изключително обещаващ нов модел за производство на полупроводници. Характеризиращи се с миниатюризация, ниска цена и гъвкавост, се очаква те да осигурят нови пазарни възможности за малки и средни предприятия и иновативни компании. Предимствата на фабриките за минимално производство на пластини са особено очевидни в специфични области на приложение като интернет на нещата, сензори и MEMS системи.
В бъдеще, с развитието на технологията и по-нататъшното ѝ популяризиране, фабриките за минимално производство на пластини биха могли да се превърнат във важна сила в производството на полупроводници. Те не само предоставят на малките предприятия възможности да навлязат в тази област, но могат също така да доведат до промени в структурата на разходите и производствените модели на цялата индустрия. Постигането на тази цел ще изисква повече усилия в областта на технологиите, развитието на талантите и изграждането на екосистеми.
В дългосрочен план успешното насърчаване на фабриките за минимално производство на пластини би могло да окаже 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 спомогне за по-нататъшни иновации и напредък в световната полупроводникова индустрия.
Време на публикуване: 14 октомври 2024 г.