Pusvadītāju ražošanas jomā tradicionālais liela mēroga ražošanas modelis ar lieliem kapitālieguldījumiem saskaras ar potenciālu revolūciju. Gaidāmajā izstādē "CEATEC 2024" Minimum Wafer Fab Promotion Organization demonstrē pavisam jaunu pusvadītāju ražošanas metodi, kas litogrāfijas procesiem izmanto īpaši mazas pusvadītāju ražošanas iekārtas. Šī inovācija paver vēl nebijušas iespējas maziem un vidējiem uzņēmumiem (MVU) un jaunuzņēmumiem. Šajā rakstā tiks apkopota būtiska informācija, lai izpētītu minimālās vafeļu ražošanas tehnoloģijas pamatinformāciju, priekšrocības, izaicinājumus un potenciālo ietekmi uz pusvadītāju nozari.
Pusvadītāju ražošana ir ļoti kapitālietilpīga un tehnoloģiski ietilpīga nozare. Tradicionāli pusvadītāju ražošanai ir nepieciešamas lielas rūpnīcas un tīrtelpas, lai masveidā ražotu 12 collu plāksnītes. Kapitāla investīcijas katrā lielā plāksnīšu ražotnē bieži vien sasniedz pat 2 triljonus jenu (aptuveni 120 miljardus RMB), apgrūtinot MVU un jaunuzņēmumu iekļūšanu šajā jomā. Tomēr, parādoties minimālo plāksnīšu ražotņu tehnoloģijai, šī situācija mainās.
Minimālo vafeļu ražotnes ir inovatīvas pusvadītāju ražošanas sistēmas, kurās tiek izmantotas 0,5 collu vafeļu plāksnes, ievērojami samazinot ražošanas apjomu un kapitālieguldījumus salīdzinājumā ar tradicionālajām 12 collu vafeļu plāksnēm. Šīs ražošanas iekārtas kapitālieguldījumi ir tikai aptuveni 500 miljoni jenu (aptuveni 23,8 miljoni RMB), kas ļauj MVU un jaunuzņēmumiem sākt pusvadītāju ražošanu ar mazākiem ieguldījumiem.
Minimālās vafeļu ražošanas tehnoloģijas pirmsākumi meklējami pētniecības projektā, ko 2008. gadā Japānas Nacionālais progresīvās rūpnieciskās zinātnes un tehnoloģiju institūts (AIST) uzsāka. Šī projekta mērķis bija radīt jaunu tendenci pusvadītāju ražošanā, panākot daudzšķirņu, nelielu partiju ražošanu. Iniciatīva, ko vadīja Japānas Ekonomikas, tirdzniecības un rūpniecības ministrija, ietvēra 140 Japānas uzņēmumu un organizāciju sadarbību, lai izstrādātu jaunas paaudzes ražošanas sistēmas, kuru mērķis bija ievērojami samazināt izmaksas un tehniskos šķēršļus, ļaujot automobiļu un sadzīves tehnikas ražotājiem ražot nepieciešamos pusvadītājus un sensorus.
**Minimālās plākšņu ražošanas tehnoloģijas priekšrocības:**
1. **Ievērojami samazinātas kapitālieguldījumu izmaksas:** Tradicionālajām lielajām vafeļu rūpnīcām nepieciešami kapitālieguldījumi, kas pārsniedz simtiem miljardu jenu, savukārt minimālo vafeļu ražotņu mērķa ieguldījums ir tikai 1/100 līdz 1/1000 no šīs summas. Tā kā katra ierīce ir maza, nav nepieciešamas lielas rūpnīcas telpas vai fotomaskas shēmu veidošanai, kas ievērojami samazina ekspluatācijas izmaksas.
2. **Elastīgi un daudzveidīgi ražošanas modeļi:** Minimālās vafeļu rūpnīcas koncentrējas uz dažādu mazu partiju produktu ražošanu. Šis ražošanas modelis ļauj MVU un jaunuzņēmumiem ātri pielāgot un ražot atbilstoši savām vajadzībām, apmierinot tirgus pieprasījumu pēc pielāgotiem un daudzveidīgiem pusvadītāju izstrādājumiem.
3. **Vienkāršoti ražošanas procesi:** Ražošanas iekārtām minimālo vafeļu rūpnīcās ir vienāda forma un izmērs visiem procesiem, un vafeļu transportēšanas konteineri (transportieri) ir universāli katram posmam. Tā kā iekārtas un transportieri darbojas tīrā vidē, nav nepieciešams uzturēt lielas tīrtelpas. Šī konstrukcija ievērojami samazina ražošanas izmaksas un sarežģītību, pateicoties lokalizētai tīrai tehnoloģijai un vienkāršotiem ražošanas procesiem.
4. **Zems enerģijas patēriņš un mājsaimniecības elektroenerģijas patēriņš:** Ražošanas iekārtām minimālo vafeļu rūpnīcās ir arī zems enerģijas patēriņš, un tās var darboties ar standarta mājsaimniecības 100 V maiņstrāvas barošanu. Šī īpašība ļauj šīs ierīces izmantot vidē ārpus tīrtelpām, vēl vairāk samazinot enerģijas patēriņu un ekspluatācijas izmaksas.
5. **Saīsināti ražošanas cikli:** Liela mēroga pusvadītāju ražošanai parasti ir nepieciešams ilgs gaidīšanas laiks no pasūtījuma līdz piegādei, savukārt minimālās vafeļu rūpnīcas var panākt nepieciešamā pusvadītāju daudzuma savlaicīgu ražošanu vēlamajā laika posmā. Šī priekšrocība ir īpaši izteikta tādās jomās kā lietu internets (IoT), kurām nepieciešami mazi, daudzfaktoru pusvadītāju izstrādājumi.
**Tehnoloģiju demonstrēšana un pielietošana:**
Izstādē "CEATEC 2024" Minimum Wafer Fab Promotion Organization demonstrēja litogrāfijas procesu, izmantojot īpaši mazu pusvadītāju ražošanas iekārtu. Demonstrācijas laikā trīs iekārtas bija izvietotas, lai demonstrētu litogrāfijas procesu, kas ietvēra rezista pārklājumu, ekspozīciju un attīstīšanu. Plākšņu transportēšanas konteiners (autobuss) tika turēts rokā, ievietots iekārtā un aktivizēts, nospiežot pogu. Pēc pabeigšanas automats tika pacelts un uzstādīts uz nākamās ierīces. Katras ierīces iekšējais statuss un progress tika parādīts attiecīgajos monitoros.
Kad šie trīs procesi bija pabeigti, vafele tika pārbaudīta mikroskopā, atklājot rakstu ar uzrakstu "Priecīgus Helovīnus" un ķirbja ilustrāciju. Šī demonstrācija ne tikai demonstrēja minimālās vafeļu ražošanas tehnoloģijas iespējamību, bet arī izcēla tās elastību un augsto precizitāti.
Turklāt daži uzņēmumi ir sākuši eksperimentēt ar minimālās vafeļu ražošanas tehnoloģiju. Piemēram, Yokogawa Solutions, kas ir Yokogawa Electric Corporation meitasuzņēmums, ir laidis klajā modernizētas un estētiski pievilcīgas ražošanas iekārtas, kas ir aptuveni dzērienu tirdzniecības automāta lielumā, un katra no tām ir aprīkota ar tīrīšanas, sildīšanas un ekspozīcijas funkcijām. Šīs iekārtas efektīvi veido pusvadītāju ražošanas līniju, un minimālā platība, kas nepieciešama "mini vafeļu rūpnīcas" ražošanas līnijai, ir tikai divu tenisa kortu lielumā, tikai 1% no 12 collu vafeļu rūpnīcas platības.
Tomēr minimālo plākšņu ražotnēm pašlaik ir grūti konkurēt ar lielām pusvadītāju rūpnīcām. Īpaši smalku shēmu konstrukcijas, īpaši progresīvās procesu tehnoloģijās (piemēram, 7 nm un zemākās), joprojām balstās uz modernu aprīkojumu un liela mēroga ražošanas iespējām. Minimālo plākšņu rūpnīcu 0,5 collu plākšņu procesi ir piemērotāki relatīvi vienkāršu ierīču, piemēram, sensoru un MEMS, ražošanai.
Minimālo plākšņu ražotnes ir ļoti daudzsološs jauns pusvadītāju ražošanas modelis. Tās raksturo miniaturizācija, zemas izmaksas un elastība, un paredzams, ka tās pavērs jaunas tirgus iespējas MVU un inovatīviem uzņēmumiem. Minimālo plākšņu rūpnīcu priekšrocības ir īpaši acīmredzamas konkrētās pielietojuma jomās, piemēram, lietu internetā (IoT), sensoros un MEMS.
Nākotnē, tehnoloģijai attīstoties un turpinot popularizēties, minimālo vafeļu ražotnes varētu kļūt par nozīmīgu spēku pusvadītāju ražošanas nozarē. Tās ne tikai sniedz mazajiem uzņēmumiem iespējas ienākt šajā jomā, bet arī var veicināt izmaiņas visas nozares izmaksu struktūrā un ražošanas modeļos. Lai sasniegtu šo mērķi, būs jāpieliek lielākas pūles tehnoloģiju, talantu attīstības un ekosistēmas veidošanas jomā.
Ilgtermiņā veiksmīga minimālo vafeļu ražotņu veicināšana varētu būtiski ietekmēt visu pusvadītāju nozari, jo īpaši piegādes ķēdes diversifikācijas, ražošanas procesa elastības un izmaksu kontroles ziņā. Šīs tehnoloģijas plaša izmantošana palīdzēs veicināt turpmākas inovācijas un progresu pasaules pusvadītāju nozarē.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 14. oktobris