U području proizvodnje poluvodiča, tradicionalni model proizvodnje velikih razmjera s visokim kapitalnim ulaganjima suočava se s potencijalnom revolucijom. S nadolazećom izložbom "CEATEC 2024", Organizacija za promociju minimalne proizvodnje pločica predstavlja potpuno novu metodu proizvodnje poluvodiča koja koristi ultra-malu opremu za proizvodnju poluvodiča za litografske procese. Ova inovacija donosi neviđene mogućnosti malim i srednjim poduzećima (MSP) i startupima. Ovaj članak će sintetizirati relevantne informacije kako bi istražio pozadinu, prednosti, izazove i potencijalni utjecaj tehnologije minimalne proizvodnje pločica na industriju poluvodiča.
Proizvodnja poluvodiča je industrija koja zahtijeva visoku kapitalnu i tehnološki intenzivnu proizvodnju. Tradicionalno, proizvodnja poluvodiča zahtijeva velike tvornice i čiste sobe za masovnu proizvodnju 12-inčnih pločica. Kapitalna ulaganja za svaku veliku tvornicu pločica često dosežu i do 2 bilijuna jena (otprilike 120 milijardi RMB), što malim i srednjim poduzećima i startupima otežava ulazak u ovo područje. Međutim, s pojavom tehnologije minimalne proizvodnje pločica, ta se situacija mijenja.
Tvornice minimalnih pločica inovativni su sustavi za proizvodnju poluvodiča koji koriste pločice od 0,5 inča, što značajno smanjuje opseg proizvodnje i kapitalna ulaganja u usporedbi s tradicionalnim pločicama od 12 inča. Kapitalna ulaganja za ovu proizvodnu opremu iznose samo oko 500 milijuna jena (otprilike 23,8 milijuna RMB), što omogućuje malim i srednjim poduzećima i startupima da započnu proizvodnju poluvodiča s nižim ulaganjem.
Podrijetlo tehnologije minimalne proizvodnje pločica može se pratiti do istraživačkog projekta koji je 2008. godine pokrenuo Nacionalni institut za naprednu industrijsku znanost i tehnologiju (AIST) u Japanu. Cilj ovog projekta bio je stvoriti novi trend u proizvodnji poluvodiča postizanjem viševarijantne proizvodnje u malim serijama. Inicijativa, koju je vodilo 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 aparata da proizvode poluvodiče i senzore koji su im potrebni.
**Prednosti tehnologije minimalne proizvodnje pločica:**
1. **Značajno smanjena kapitalna ulaganja:** Tradicionalne velike tvornice pločica zahtijevaju kapitalna ulaganja koja prelaze stotine milijardi jena, dok je ciljano ulaganje za minimalne tvornice pločica samo 1/100 do 1/1000 tog iznosa. Budući da je svaki uređaj malen, nema potrebe za velikim tvorničkim prostorima ili fotomaskama za izradu sklopova, što uvelike smanjuje operativne troškove.
2. **Fleksibilni i raznoliki proizvodni modeli:** Tvornice s minimalnom količinom pločica usredotočene su na proizvodnju raznih proizvoda u malim serijama. Ovaj proizvodni model omogućuje malim i srednjim poduzećima i startupima brzu prilagodbu i proizvodnju prema svojim potrebama, zadovoljavajući tržišnu potražnju za prilagođenim i raznolikim poluvodičkim proizvodima.
3. **Pojednostavljeni proizvodni procesi:** Proizvodna oprema u tvornicama s minimalnim brojem pločica ima isti oblik i veličinu za sve procese, a spremnici za transport pločica (shuttleovi) su univerzalni za svaki korak. Budući da oprema i shuttleovi rade u čistom okruženju, nema potrebe za održavanjem velikih čistih soba. Ovaj dizajn značajno smanjuje troškove proizvodnje i složenost kroz lokaliziranu čistu tehnologiju i pojednostavljene proizvodne procese.
4. **Niska potrošnja energije i korištenje energije u kućanstvu:** Proizvodna oprema u tvornicama s minimalnom količinom pločica također ima nisku potrošnju energije i može raditi na standardnoj kućnoj AC struji od 100 V. Ova karakteristika omogućuje korištenje ovih uređaja u okruženjima izvan čistih soba, što dodatno smanjuje potrošnju energije i operativne troškove.
5. **Skraćeni proizvodni ciklusi:** Proizvodnja poluvodiča velikih razmjera obično zahtijeva dugo vrijeme čekanja od narudžbe do isporuke, dok tvornice s minimalnim brojem pločica mogu postići pravovremenu proizvodnju potrebne količine poluvodiča unutar željenog vremenskog okvira. Ova prednost je posebno vidljiva u područjima poput Interneta stvari (IoT), koja zahtijevaju male, visokokombinirane poluvodičke proizvode.
**Demonstracija i primjena tehnologije:**
Na izložbi "CEATEC 2024", Organizacija za promociju Minimum Wafer Fab demonstrirala je proces litografije korištenjem ultra-male opreme za proizvodnju poluvodiča. Tijekom demonstracije, tri stroja bila su raspoređena kako bi se prikazao proces litografije, koji je uključivao nanošenje sloja otpornika, ekspoziciju i razvijanje. Spremnik za transport pločica (shuttle) držao se u ruci, postavljao u opremu i aktivirao pritiskom na gumb. Nakon završetka, shuttle je preuzet i postavljen na sljedeći uređaj. Unutarnji status i napredak svakog uređaja prikazani su na njihovim odgovarajućim monitorima.
Nakon što su ova tri procesa završena, pločica je pregledana pod mikroskopom, otkrivajući uzorak s riječima "Sretan Noć vještica" i ilustraciju bundeve. Ova demonstracija nije samo pokazala izvedivost tehnologije minimalne izrade pločice, već je istaknula njezinu fleksibilnost i visoku preciznost.
Osim toga, neke su tvrtke počele eksperimentirati s tehnologijom minimalne proizvodnje pločica. Na primjer, Yokogawa Solutions, podružnica Yokogawa Electric Corporation, lansirala je pojednostavljene i estetski ugodne proizvodne strojeve, otprilike veličine automata za prodaju pića, svaki opremljen funkcijama za čišćenje, grijanje i ekspoziciju. Ovi strojevi učinkovito tvore proizvodnu liniju za proizvodnju poluvodiča, a minimalna površina potrebna za proizvodnu liniju "mini tvornice pločica" je samo veličine dva teniska terena, samo 1% površine tvornice pločica od 12 inča.
Međutim, tvornice minimalnih pločica trenutno se bore s konkurencijom velikih tvornica poluvodiča. Ultra-fini dizajni sklopova, posebno u naprednim procesnim tehnologijama (kao što je 7 nm i manje), još uvijek se oslanjaju na naprednu opremu i proizvodne kapacitete velikih razmjera. Procesi proizvodnje pločica od 0,5 inča u tvornicama minimalnih pločica prikladniji su za proizvodnju relativno jednostavnih uređaja, poput senzora i MEMS-a.
Tvornice minimalnih pločica predstavljaju vrlo obećavajući novi model proizvodnje poluvodiča. Karakteriziraju ih miniaturizacija, niska cijena i fleksibilnost, a očekuje se da će pružiti nove tržišne prilike za mala i srednja poduzeća i inovativne tvrtke. Prednosti tvornica minimalnih pločica posebno su vidljive u specifičnim područjima primjene kao što su IoT, senzori i MEMS.
U budućnosti, kako tehnologija sazrijeva i dalje se promovira, minimalne tvornice pločica mogle bi postati važna snaga u industriji proizvodnje poluvodiča. One ne samo da malim poduzećima pružaju prilike za ulazak u ovo područje, već mogu i potaknuti promjene u strukturi troškova i proizvodnim modelima cijele industrije. Postizanje ovog cilja zahtijevat će veće napore u tehnologiji, razvoju talenata i izgradnji ekosustava.
Dugoročno gledano, uspješna promocija tvornica s minimalnim brojem pločica mogla bi imati dubok utjecaj na cijelu poluvodičku industriju, posebno u smislu diverzifikacije lanca opskrbe, fleksibilnosti proizvodnog procesa i kontrole troškova. Široko rasprostranjena primjena ove tehnologije pomoći će u daljnjim inovacijama i napretku u globalnoj poluvodičkoj industriji.
Vrijeme objave: 14. listopada 2024.