Νέα του Κλάδου: Το μικρότερο εργοστάσιο κατασκευής πλακιδίων στον κόσμο

Τα minimum wafer fabs είναι καινοτόμα συστήματα κατασκευής ημιαγωγών που χρησιμοποιούν wafer 0,5 ιντσών, μειώνοντας σημαντικά την κλίμακα παραγωγής και τις κεφαλαιουχικές επενδύσεις σε σύγκριση με τα παραδοσιακά wafer 12 ιντσών. Η κεφαλαιουχική επένδυση για αυτόν τον εξοπλισμό κατασκευής είναι μόνο περίπου 500 εκατομμύρια γιεν (περίπου 23,8 εκατομμύρια RMB), επιτρέποντας στις ΜΜΕ και τις νεοσύστατες επιχειρήσεις να ξεκινήσουν την κατασκευή ημιαγωγών με χαμηλότερη επένδυση.

Η προέλευση της τεχνολογίας minimum wafer fab μπορεί να εντοπιστεί σε ένα ερευνητικό έργο που ξεκίνησε το Εθνικό Ινστιτούτο Προηγμένης Βιομηχανικής Επιστήμης και Τεχνολογίας (AIST) στην Ιαπωνία το 2008. Το έργο αυτό στόχευε στη δημιουργία μιας νέας τάσης στην κατασκευή ημιαγωγών, επιτυγχάνοντας παραγωγή πολλαπλών ποικιλιών και μικρών παρτίδων. Η πρωτοβουλία, με επικεφαλής το Υπουργείο Οικονομίας, Εμπορίου και Βιομηχανίας της Ιαπωνίας, περιελάμβανε τη συνεργασία μεταξύ 140 ιαπωνικών εταιρειών και οργανισμών για την ανάπτυξη μιας νέας γενιάς συστημάτων παραγωγής, με στόχο τη σημαντική μείωση του κόστους και των τεχνικών εμποδίων, επιτρέποντας στους κατασκευαστές αυτοκινήτων και οικιακών συσκευών να παράγουν τους ημιαγωγούς και τους αισθητήρες που χρειάζονται.

**Πλεονεκτήματα της τεχνολογίας Minimum Wafer Fab:**

1. **Σημαντικά μειωμένες κεφαλαιουχικές επενδύσεις:** Τα παραδοσιακά μεγάλα εργοστάσια πλακιδίων απαιτούν κεφαλαιουχικές επενδύσεις που υπερβαίνουν εκατοντάδες δισεκατομμύρια γιεν, ενώ ο στόχος επένδυσης για τα ελάχιστα εργοστάσια πλακιδίων είναι μόνο το 1/100 έως το 1/1000 αυτού του ποσού. Δεδομένου ότι κάθε συσκευή είναι μικρή, δεν υπάρχει ανάγκη για μεγάλους εργοστασιακούς χώρους ή φωτομάσκες για τον σχηματισμό κυκλωμάτων, μειώνοντας σημαντικά το λειτουργικό κόστος.

2. **Ευέλικτα και Ποικίλα Μοντέλα Παραγωγής:** Τα εργοστάσια ελάχιστης παραγωγής πλακιδίων επικεντρώνονται στην κατασκευή μιας ποικιλίας προϊόντων μικρής παρτίδας. Αυτό το μοντέλο παραγωγής επιτρέπει στις ΜΜΕ και τις νεοσύστατες επιχειρήσεις να προσαρμόζονται γρήγορα και να παράγουν ανάλογα με τις ανάγκες τους, καλύπτοντας τη ζήτηση της αγοράς για εξατομικευμένα και ποικίλα προϊόντα ημιαγωγών.

3. **Απλουστευμένες Διαδικασίες Παραγωγής:** Ο εξοπλισμός παραγωγής σε εργοστάσια ελάχιστης χωρητικότητας πλακιδίων έχει το ίδιο σχήμα και μέγεθος για όλες τις διαδικασίες και τα δοχεία μεταφοράς πλακιδίων (shuttles) είναι καθολικά για κάθε βήμα. Δεδομένου ότι ο εξοπλισμός και τα shuttles λειτουργούν σε καθαρό περιβάλλον, δεν υπάρχει ανάγκη συντήρησης μεγάλων καθαρών δωματίων. Αυτός ο σχεδιασμός μειώνει σημαντικά το κόστος κατασκευής και την πολυπλοκότητα μέσω τοπικής καθαρής τεχνολογίας και απλοποιημένων διαδικασιών παραγωγής.

4. **Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και χρήση οικιακής ενέργειας:** Ο εξοπλισμός παραγωγής σε εργοστάσια ελάχιστης χωρητικότητας πλακιδίων διαθέτει επίσης χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και μπορεί να λειτουργήσει με τυπική οικιακή τροφοδοσία AC100V. Αυτό το χαρακτηριστικό επιτρέπει σε αυτές τις συσκευές να χρησιμοποιούνται σε περιβάλλοντα εκτός καθαρών δωματίων, μειώνοντας περαιτέρω την κατανάλωση ενέργειας και το λειτουργικό κόστος.

5. **Μειωμένοι Κύκλοι Παραγωγής:** Η κατασκευή ημιαγωγών μεγάλης κλίμακας απαιτεί συνήθως μεγάλο χρόνο αναμονής από την παραγγελία έως την παράδοση, ενώ τα ελάχιστα εργοστάσια πλακιδίων μπορούν να επιτύχουν την έγκαιρη παραγωγή της απαιτούμενης ποσότητας ημιαγωγών εντός του επιθυμητού χρονικού πλαισίου. Αυτό το πλεονέκτημα είναι ιδιαίτερα εμφανές σε τομείς όπως το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT), που απαιτούν μικρά, υψηλής περιεκτικότητας σε μείγματα ημιαγωγών προϊόντα.

**Επίδειξη και Εφαρμογή Τεχνολογίας:**

Στην έκθεση "CEATEC 2024", ο Οργανισμός Προώθησης Minimum Wafer Fab παρουσίασε τη διαδικασία λιθογραφίας χρησιμοποιώντας εξαιρετικά μικρό εξοπλισμό κατασκευής ημιαγωγών. Κατά τη διάρκεια της επίδειξης, τοποθετήθηκαν τρία μηχανήματα για να παρουσιάσουν τη διαδικασία λιθογραφίας, η οποία περιελάμβανε επίστρωση με ανθεκτικό υλικό, έκθεση και εμφάνιση. Το δοχείο μεταφοράς πλακιδίων (shuttle) κρατήθηκε στο χέρι, τοποθετήθηκε στον εξοπλισμό και ενεργοποιήθηκε με το πάτημα ενός κουμπιού. Μετά την ολοκλήρωση, το shuttle παραλήφθηκε και ρυθμίστηκε στην επόμενη συσκευή. Η εσωτερική κατάσταση και η πρόοδος κάθε συσκευής εμφανίστηκαν στις αντίστοιχες οθόνες της.

Μόλις ολοκληρώθηκαν αυτές οι τρεις διαδικασίες, η γκοφρέτα εξετάστηκε στο μικροσκόπιο, αποκαλύπτοντας ένα μοτίβο με τις λέξεις «Χρόνια Πολλά για το Halloween» και μια απεικόνιση κολοκύθας. Αυτή η επίδειξη όχι μόνο ανέδειξε τη σκοπιμότητα της τεχνολογίας minimum wafer fab, αλλά τόνισε και την ευελιξία και την υψηλή ακρίβειά της.

Επιπλέον, ορισμένες εταιρείες έχουν αρχίσει να πειραματίζονται με την τεχνολογία ελάχιστης κατασκευής πλακιδίων. Για παράδειγμα, η Yokogawa Solutions, θυγατρική της Yokogawa Electric Corporation, έχει λανσάρει βελτιωμένες και αισθητικά ευχάριστες μηχανές κατασκευής, περίπου στο μέγεθος ενός αυτόματου πωλητή ποτών, καθεμία από τις οποίες είναι εξοπλισμένη με λειτουργίες καθαρισμού, θέρμανσης και έκθεσης. Αυτές οι μηχανές ουσιαστικά αποτελούν μια γραμμή παραγωγής ημιαγωγών και η ελάχιστη απαιτούμενη επιφάνεια για μια γραμμή παραγωγής "μίνι πλακιδίων" είναι μόνο το μέγεθος δύο γηπέδων τένις, μόλις το 1% της επιφάνειας ενός εργοστασίου πλακιδίων 12 ιντσών.

Ωστόσο, τα εργοστάσια παραγωγής wafer minimum δυσκολεύονται επί του παρόντος να ανταγωνιστούν τα μεγάλα εργοστάσια ημιαγωγών. Τα σχέδια εξαιρετικά λεπτών κυκλωμάτων, ειδικά σε προηγμένες τεχνολογίες διεργασιών (όπως 7nm και κάτω), εξακολουθούν να βασίζονται σε προηγμένο εξοπλισμό και δυνατότητες κατασκευής μεγάλης κλίμακας. Οι διεργασίες wafer 0,5 ιντσών των εργοστασίων παραγωγής wafer minimum είναι πιο κατάλληλες για την κατασκευή σχετικά απλών συσκευών, όπως αισθητήρες και MEMS.

Τα ελάχιστα κατασκευασμένα πλακίδια αντιπροσωπεύουν ένα πολλά υποσχόμενο νέο μοντέλο για την κατασκευή ημιαγωγών. Χαρακτηρίζονται από σμίκρυνση, χαμηλό κόστος και ευελιξία, και αναμένεται να προσφέρουν νέες ευκαιρίες στην αγορά για ΜΜΕ και καινοτόμες εταιρείες. Τα πλεονεκτήματα των ελάχιστα κατασκευασμένων πλακιδίων είναι ιδιαίτερα εμφανή σε συγκεκριμένους τομείς εφαρμογής όπως το IoT, οι αισθητήρες και τα MEMS.

Στο μέλλον, καθώς η τεχνολογία ωριμάζει και προωθείται περαιτέρω, τα ελάχιστα εργοστάσια πλακιδίων θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια σημαντική δύναμη στη βιομηχανία κατασκευής ημιαγωγών. Δεν παρέχουν μόνο στις μικρές επιχειρήσεις ευκαιρίες να εισέλθουν σε αυτόν τον τομέα, αλλά μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε αλλαγές στη δομή κόστους και στα μοντέλα παραγωγής ολόκληρου του κλάδου. Η επίτευξη αυτού του στόχου θα απαιτήσει περισσότερες προσπάθειες στην τεχνολογία, την ανάπτυξη ταλέντων και την οικοδόμηση οικοσυστημάτων.

Μακροπρόθεσμα, η επιτυχής προώθηση των ελάχιστων μονάδων παραγωγής πλακιδίων θα μπορούσε να έχει βαθύ αντίκτυπο σε ολόκληρη τη βιομηχανία ημιαγωγών, ιδίως όσον αφορά τη διαφοροποίηση της αλυσίδας εφοδιασμού, την ευελιξία της παραγωγικής διαδικασίας και τον έλεγχο του κόστους. Η ευρεία εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας θα συμβάλει στην περαιτέρω προώθηση της καινοτομίας και της προόδου στην παγκόσμια βιομηχανία ημιαγωγών.