Pooljuhtide tootmise valdkonnas seisab traditsiooniline suuremahuline ja suure kapitalimahutusega tootmismudel silmitsi potentsiaalse revolutsiooniga. Eelseisval näitusel "CEATEC 2024" esitleb Minimum Wafer Fab Promotion Organization täiesti uut pooljuhtide tootmismeetodit, mis kasutab litograafiaprotsesside jaoks üliväikeseid pooljuhtide tootmisseadmeid. See innovatsioon pakub enneolematuid võimalusi väikestele ja keskmise suurusega ettevõtetele (VKEdele) ja idufirmadele. See artikkel sünteesib asjakohast teavet, et uurida minimaalse vahvli tootmise tehnoloogia tausta, eeliseid, väljakutseid ja potentsiaalset mõju pooljuhtide tööstusele.
Pooljuhtide tootmine on väga kapitali- ja tehnoloogiamahukas tööstusharu. Traditsiooniliselt nõuab pooljuhtide tootmine 12-tolliste vahvlite masstootmiseks suuri tehaseid ja puhasruume. Iga suure vahvlitootmise kapitaliinvesteering ulatub sageli kuni 2 triljoni jeenini (umbes 120 miljardit RMB), mis raskendab VKEde ja idufirmade sisenemist sellele valdkonnale. Minimaalse vahvlitootmise tehnoloogia tekkimisega on see olukord aga muutumas.
Minimaalsete vahvlite tehased on uuenduslikud pooljuhtide tootmissüsteemid, mis kasutavad 0,5-tolliseid vahvleid, vähendades oluliselt tootmismahtu ja kapitaliinvesteeringuid võrreldes traditsiooniliste 12-tolliste vahvlitega. Selle tootmisseadme kapitaliinvesteering on vaid umbes 500 miljonit jeeni (ligikaudu 23,8 miljonit RMB), mis võimaldab VKEdel ja idufirmadel alustada pooljuhtide tootmist väiksema investeeringuga.
Minimaalse kiibitootmise tehnoloogia juured ulatuvad 2008. aastal Jaapani Riikliku Täiustatud Tööstusteaduse ja -tehnoloogia Instituudi (AIST) algatatud uurimisprojektini. Selle projekti eesmärk oli luua pooljuhtide tootmises uus trend, saavutades mitme variandi ja väikepartiide tootmise. Jaapani majandus-, kaubandus- ja tööstusministeeriumi juhitud algatus hõlmas 140 Jaapani ettevõtte ja organisatsiooni koostööd uue põlvkonna tootmissüsteemide väljatöötamiseks, mille eesmärk oli oluliselt vähendada kulusid ja tehnilisi takistusi, võimaldades auto- ja kodumasinate tootjatel toota vajalikke pooljuhte ja andureid.
Minimaalse vahvlitootmistehnoloogia eelised:**
1. **Märkimisväärselt vähenenud kapitaliinvesteeringud:** Traditsioonilised suured kiibitootjad vajavad kapitaliinvesteeringuid, mis ületavad sadu miljardeid jeene, samas kui minimaalsete kiibitootjate sihtinvesteering on sellest summast vaid 1/100 kuni 1/1000. Kuna iga seade on väike, pole vaja suuri tehaseruume ega fotomaske vooluringide valmistamiseks, mis vähendab oluliselt tegevuskulusid.
2. **Paindlikud ja mitmekesised tootmismudelid:** Minimaalse võimsusega pooljuhttoodete tehased keskenduvad mitmesuguste väikepartiide tootmisele. See tootmismudel võimaldab VKEdel ja idufirmadel kiiresti oma vajadustele vastavaid tooteid kohandada ja toota, rahuldades turu nõudlust kohandatud ja mitmekesiste pooljuhttoodete järele.
3. **Lihtsustatud tootmisprotsessid:** Minimaalsete kiipide tehaste tootmisseadmed on kõigi protsesside jaoks sama kuju ja suurusega ning kiipide transpordikonteinerid (süstikud) on iga etapi jaoks universaalsed. Kuna seadmed ja süstikud töötavad puhtas keskkonnas, pole vaja hooldada suuri puhasruume. See disain vähendab oluliselt tootmiskulusid ja keerukust tänu lokaliseeritud puhtale tehnoloogiale ja lihtsustatud tootmisprotsessidele.
4. **Madal energiatarve ja kodumajapidamises kasutatav energiatarve:** Minimaalsete kiipide tehaste tootmisseadmed on samuti väikese energiatarbega ja töötavad tavalise majapidamises kasutatava 100 V vahelduvvooluga. See omadus võimaldab neid seadmeid kasutada ka väljaspool puhasruume, vähendades veelgi energiatarbimist ja tegevuskulusid.
5. **Lühendatud tootmistsüklid:** Suuremahuline pooljuhtide tootmine nõuab tellimusest tarnimiseni tavaliselt pikka ooteaega, samas kui minimaalse tootmismahuga pooljuhtide tehased suudavad saavutada vajaliku koguse pooljuhtide õigeaegse tootmise soovitud aja jooksul. See eelis on eriti ilmne sellistes valdkondades nagu asjade internet (IoT), mis vajavad väikeseid ja mitmekesiseid pooljuhttooteid.
**Tehnoloogia demonstreerimine ja rakendamine:**
Näitusel "CEATEC 2024" demonstreeris Minimum Wafer Fab Promotion Organization litograafiaprotsessi üliväikeste pooljuhtide tootmisseadmete abil. Demonstratsiooni ajal oli litograafiaprotsessi tutvustamiseks paigutatud kolm masinat, mis hõlmasid resistkatte pealekandmist, säritamist ja ilmutamist. Kiipide transpordikonteinerit (süstikut) hoiti käes, asetati seadmesse ja aktiveeriti nupuvajutusega. Pärast lõpetamist võeti süstik üles ja paigutati järgmisele seadmele. Iga seadme sisemist olekut ja edenemist kuvati vastavatel monitoridel.
Kui need kolm protsessi olid lõpule viidud, uuriti vahvlit mikroskoobi all, paljastades mustri kirjaga "Happy Halloween" ja kõrvitsa illustratsiooniga. See demonstratsioon mitte ainult ei demonstreerinud minimaalse vahvlitootmise tehnoloogia teostatavust, vaid tõi esile ka selle paindlikkust ja suurt täpsust.
Lisaks on mõned ettevõtted hakanud katsetama minimaalse vahvlitootmise tehnoloogiaga. Näiteks Yokogawa Solutions, Yokogawa Electric Corporationi tütarettevõte, on turule toonud voolujoonelised ja esteetiliselt meeldivad tootmismasinad, mis on umbes joogiautomaadi suurused ning millel kõigil on puhastamise, kuumutamise ja säritamise funktsioonid. Need masinad moodustavad sisuliselt pooljuhtide tootmisliini ning "mini-vahvlitootmise" tootmisliini jaoks vajalik minimaalne pindala on vaid kahe tenniseväljaku suurune, mis on vaid 1% 12-tollise vahvlitootmise tehase pindalast.
Siiski on minimaalsete kiipide tehastel praegu raskusi suurte pooljuhtide tehastega konkureerimisega. Ülipeente vooluringide disainid, eriti täiustatud protsessitehnoloogiate puhul (näiteks 7 nm ja alla selle), tuginevad endiselt täiustatud seadmetele ja suuremahulistele tootmisvõimalustele. Minimaalsete kiipide tehaste 0,5-tolliste kiipide protsessid sobivad paremini suhteliselt lihtsate seadmete, näiteks andurite ja MEMS-ide tootmiseks.
Minimaalsete kiipide tehased kujutavad endast väga paljutõotavat uut mudelit pooljuhtide tootmiseks. Neid iseloomustab miniaturiseerimine, madal hind ja paindlikkus ning need peaksid pakkuma uusi turuvõimalusi VKEdele ja innovaatilistele ettevõtetele. Minimaalsete kiipide tehaste eelised on eriti ilmsed konkreetsetes rakendusvaldkondades, nagu asjade internet, andurid ja MEMS.
Tulevikus, kui tehnoloogia areneb ja seda edasi arendatakse, võivad minimaalsete kiipide tehased saada pooljuhtide tootmistööstuses oluliseks jõuks. Need mitte ainult ei paku väikeettevõtetele võimalusi sellesse valdkonda sisenemiseks, vaid võivad ka muuta kogu tööstusharu kulustruktuuri ja tootmismudeleid. Selle eesmärgi saavutamiseks on vaja rohkem pingutusi tehnoloogia, talentide arendamise ja ökosüsteemi loomise valdkonnas.
Pikas perspektiivis võib minimaalsete kiipide tootmisüksuste edukas edendamine avaldada sügavat mõju kogu pooljuhtide tööstusele, eriti tarneahela mitmekesistamise, tootmisprotsesside paindlikkuse ja kulude kontrolli osas. Selle tehnoloogia laialdane rakendamine aitab edendada edasist innovatsiooni ja edu ülemaailmses pooljuhtide tööstuses.
Postituse aeg: 14. okt 2024