U području proizvodnje poluvodiča, tradicionalni proizvodni model velikih razmjera s velikim kapitalnim ulaganjima suočava se s potencijalnom revolucijom. S nadolazećom izložbom "CEATEC 2024", Minimum Wafer Fab Promotion Organization prikazuje potpuno novu metodu proizvodnje poluvodiča koja koristi ultra-malu opremu za proizvodnju poluvodiča za procese litografije. Ova inovacija donosi prilike bez presedana za mala i srednja poduzeća (SME) i startupove. Ovaj će članak sintetizirati relevantne informacije za istraživanje pozadine, prednosti, izazova i potencijalnog utjecaja minimalne tehnologije proizvodnje pločica na industriju poluvodiča.
Proizvodnja poluvodiča vrlo je kapitalno i tehnološki intenzivna industrija. Tradicionalno, proizvodnja poluvodiča zahtijeva velike tvornice i čiste prostorije za masovnu proizvodnju pločica od 12 inča. Kapitalna ulaganja za svaku veliku tvornicu vafla često dosežu i do 2 trilijuna jena (otprilike 120 milijardi RMB), što otežava malim i srednjim poduzećima i startupima ulazak u ovo područje. Međutim, s pojavom tehnologije proizvodnje minimalnih napolitanki, ova situacija se mijenja.
Tvornice minimalnih pločica inovativni su sustavi za proizvodnju poluvodiča koji koriste pločice od 0,5 inča, značajno smanjujući opseg proizvodnje i kapitalna ulaganja u usporedbi s tradicionalnim pločicama od 12 inča. Kapitalna investicija za ovu proizvodnu opremu iznosi samo oko 500 milijuna jena (otprilike 23,8 milijuna RMB), što omogućuje malim i srednjim poduzećima i startupima da započnu proizvodnju poluvodiča uz niža ulaganja.
Podrijetlo minimalne tehnologije tvornice pločica može se pratiti unatrag do istraživačkog projekta koji je pokrenuo Nacionalni institut za naprednu industrijsku znanost i tehnologiju (AIST) u Japanu 2008. Ovaj je projekt imao za cilj stvoriti novi trend u proizvodnji poluvodiča postizanjem više varijanti , maloserijska proizvodnja. Inicijativa, koju vodi japansko Ministarstvo gospodarstva, trgovine i industrije, uključivala je suradnju između 140 japanskih tvrtki i organizacija na razvoju nove generacije proizvodnih sustava, s ciljem značajnog smanjenja troškova i tehničkih prepreka, omogućujući proizvođačima automobila i kućanskih uređaja da proizvode poluvodiče i senzore koji su im potrebni.
**Prednosti tehnologije Minimum Wafer Fab:**
1. **Značajno smanjena kapitalna ulaganja:** Tradicionalne velike tvornice napolitanki zahtijevaju kapitalna ulaganja koja premašuju stotine milijardi jena, dok je ciljna investicija za tvornice s minimalnim napolitankama samo 1/100 do 1/1000 tog iznosa. Budući da je svaki uređaj malen, nema potrebe za velikim tvorničkim prostorom ili fotomaskama za formiranje kruga, što uvelike smanjuje operativne troškove.
2. **Fleksibilni i raznoliki proizvodni modeli:** Minimalne tvornice vafla usredotočene su na proizvodnju raznih proizvoda u malim serijama. Ovaj proizvodni model omogućuje malim i srednjim poduzećima i startupima da se brzo prilagode i proizvode u skladu sa svojim potrebama, zadovoljavajući potražnju tržišta za prilagođenim i raznolikim poluvodičkim proizvodima.
3. **Pojednostavljeni proizvodni procesi:** Proizvodna oprema u tvornicama za minimalne vafle ima isti oblik i veličinu za sve procese, a spremnici za transport vafla (šatlovi) su univerzalni za svaki korak. Budući da oprema i šatlovi rade u čistom okruženju, nema potrebe za održavanjem velikih čistih prostorija. Ovaj dizajn značajno smanjuje troškove i složenost proizvodnje kroz lokaliziranu čistu tehnologiju i pojednostavljene proizvodne procese.
4. **Niska potrošnja energije i potrošnja električne energije u kućanstvu:** Proizvodna oprema u tvornicama minimalnih pločica također ima nisku potrošnju energije i može raditi na standardnom kućanskom napajanju AC100V. Ova karakteristika omogućuje korištenje ovih uređaja u okruženjima izvan čistih prostorija, dodatno smanjujući potrošnju energije i operativne troškove.
5. **Skraćeni ciklusi proizvodnje:** Proizvodnja poluvodiča u velikim razmjerima obično zahtijeva dugo vrijeme čekanja od narudžbe do isporuke, dok proizvođači s minimalnim brojem pločica mogu postići pravovremenu proizvodnju potrebne količine poluvodiča unutar željenog vremenskog okvira. Ova je prednost osobito očita u područjima kao što je Internet stvari (IoT), koja zahtijevaju male poluvodičke proizvode visoke mješavine.
**Demonstracija i primjena tehnologije:**
Na izložbi "CEATEC 2024", Minimum Wafer Fab Promotion Organisation demonstrirala je proces litografije pomoću ultra-male opreme za proizvodnju poluvodiča. Tijekom demonstracije, tri stroja su bila raspoređena kako bi se prikazao proces litografije, koji je uključivao nanošenje otpornog premaza, izlaganje i razvijanje. Spremnik za transport napolitanki (shuttle) je držan u ruci, postavljen u opremu i aktiviran pritiskom na tipku. Nakon završetka, shuttle je podignut i postavljen na sljedeći uređaj. Interni status i napredak svakog uređaja prikazani su na odgovarajućim monitorima.
Nakon što su ova tri procesa završena, vafel je pregledan pod mikroskopom, otkrivajući uzorak s riječima "Sretna Noć vještica" i ilustracijom bundeve. Ova demonstracija ne samo da je pokazala izvedivost tehnologije proizvodnje minimalnih pločica, već je također istaknula njenu fleksibilnost i visoku preciznost.
Osim toga, neke su tvrtke počele eksperimentirati s tehnologijom proizvodnje minimalnih vafla. Na primjer, Yokogawa Solutions, podružnica Yokogawa Electric Corporation, lansirala je pojednostavljene i estetski ugodne proizvodne strojeve, otprilike veličine automata za prodaju pića, od kojih je svaki opremljen funkcijama za čišćenje, grijanje i izlaganje. Ovi strojevi učinkovito tvore proizvodnu liniju za proizvodnju poluvodiča, a minimalna površina potrebna za proizvodnu liniju "mini wafer fab" veličine je samo dva teniska terena, samo 1% površine 12-inčne tvornice wafera.
Međutim, tvornice minimalnih pločica trenutačno se bore za natjecanje s velikim tvornicama poluvodiča. Izuzetno fini dizajni strujnih krugova, posebno u naprednim procesnim tehnologijama (kao što je 7nm i niže), još uvijek se oslanjaju na naprednu opremu i velike proizvodne mogućnosti. Postupci pločica od 0,5 inča minimalnih tvornica pločica prikladniji su za proizvodnju relativno jednostavnih uređaja, kao što su senzori i MEMS.
Minimalne tvornice pločica predstavljaju vrlo obećavajući novi model za proizvodnju poluvodiča. Obilježeni minijaturizacijom, niskom cijenom i fleksibilnošću, od njih se očekuje da će pružiti nove tržišne prilike za mala i srednja poduzeća i inovativna poduzeća. Prednosti tvornica minimalnih ploča posebno su očite u određenim područjima primjene kao što su IoT, senzori i MEMS.
U budućnosti, kako tehnologija bude sazrijevala i dalje se promovirala, tvornice minimalnih pločica mogle bi postati važna snaga u industriji proizvodnje poluvodiča. Oni ne samo da malim poduzećima pružaju priliku za ulazak u ovo područje, već mogu potaknuti i promjene u strukturi troškova i proizvodnim modelima cijele industrije. Postizanje ovog cilja zahtijevat će više napora u tehnologiji, razvoju talenata i izgradnji ekosustava.
Dugoročno gledano, uspješna promocija minimalnih tvornica pločica mogla bi imati dubok utjecaj na cjelokupnu industriju poluvodiča, posebno u smislu diverzifikacije opskrbnog lanca, fleksibilnosti proizvodnog procesa i kontrole troškova. Široka primjena ove tehnologije pomoći će u poticanju daljnjih inovacija i napretka u globalnoj industriji poluvodiča.
Vrijeme objave: 25. listopada 2024