În domeniul fabricării semiconductorilor, modelul tradițional de fabricație la scară largă, cu investiții mari de capital, se confruntă cu o potențială revoluție. Odată cu viitoarea expoziție „CEATEC 2024”, Organizația pentru Promovarea Fabricării de Napolitane Minime prezintă o metodă complet nouă de fabricare a semiconductorilor, care utilizează echipamente ultra-mici de fabricație a semiconductorilor pentru procesele de litografie. Această inovație aduce oportunități fără precedent pentru întreprinderile mici și mijlocii (IMM-uri) și startup-uri. Acest articol va sintetiza informații relevante pentru a explora contextul, avantajele, provocările și impactul potențial al tehnologiei de fabricare a napolitanelor minime asupra industriei semiconductorilor.
Fabricarea semiconductorilor este o industrie cu un capital și o tehnologie extrem de intensive. În mod tradițional, fabricarea semiconductorilor necesită fabrici mari și camere sterile pentru a produce în masă napolitane de 12 inci. Investiția de capital pentru fiecare fabrică mare de napolitane ajunge adesea până la 2 trilioane de yeni (aproximativ 120 de miliarde de RMB), ceea ce face dificilă intrarea în acest domeniu pentru IMM-uri și startup-uri. Cu toate acestea, odată cu apariția tehnologiei de fabricare a napolitanelor minime, această situație se schimbă.
Fabricile de wafer minim sunt sisteme inovatoare de fabricație a semiconductorilor care utilizează wafer de 0,5 inci, reducând semnificativ scara de producție și investițiile de capital în comparație cu waferele tradiționale de 12 inci. Investiția de capital pentru acest echipament de fabricație este de doar aproximativ 500 de milioane de yeni (aproximativ 23,8 milioane RMB), permițând IMM-urilor și startup-urilor să înceapă producția de semiconductori cu o investiție mai mică.
Originile tehnologiei de fabricare a plachetelor minime pot fi urmărite până la un proiect de cercetare inițiat de Institutul Național de Știință și Tehnologie Industrială Avansată (AIST) din Japonia în 2008. Acest proiect a avut ca scop crearea unei noi tendințe în fabricarea semiconductorilor prin realizarea unei producții multi-variante, în loturi mici. Inițiativa, condusă de Ministerul Economiei, Comerțului și Industriei din Japonia, a implicat colaborarea a 140 de companii și organizații japoneze pentru a dezvolta o nouă generație de sisteme de fabricație, cu scopul de a reduce semnificativ costurile și barierele tehnice, permițând producătorilor de automobile și electrocasnice să producă semiconductorii și senzorii de care au nevoie.
**Avantajele tehnologiei de fabricare cu napolitane minime:**
1. **Investiții de capital semnificativ reduse:** Fabricile tradiționale de plachete mari necesită investiții de capital care depășesc sute de miliarde de yeni, în timp ce investiția țintă pentru fabricile de plachete cu un număr minim de componente este de doar 1/100 până la 1/1000 din această sumă. Deoarece fiecare dispozitiv este mic, nu sunt necesare spații mari în fabrică sau fotomăști pentru formarea circuitelor, ceea ce reduce considerabil costurile operaționale.
2. **Modele de producție flexibile și diverse:** Fabricile de napolitane cu circuite imprimate se concentrează pe fabricarea unei varietăți de produse în loturi mici. Acest model de producție permite IMM-urilor și startup-urilor să personalizeze și să producă rapid în funcție de nevoile lor, satisfăcând cererea pieței pentru produse semiconductoare personalizate și diverse.
3. **Procese de producție simplificate:** Echipamentul de fabricație din fabricile de plachete cu un minim de componente are aceeași formă și dimensiune pentru toate procesele, iar containerele (navetele) de transport al plachetelor sunt universale pentru fiecare etapă. Deoarece echipamentul și navetele funcționează într-un mediu curat, nu este nevoie să se mențină camere curate mari. Acest design reduce semnificativ costurile de fabricație și complexitatea prin intermediul tehnologiei curate localizate și al proceselor de producție simplificate.
4. **Consum redus de energie și utilizare casnică:** Echipamentele de producție din fabricile cu plachete minime au, de asemenea, un consum redus de energie și pot funcționa cu o sursă standard de alimentare casnică de 100 V CA. Această caracteristică permite ca aceste dispozitive să fie utilizate în medii din afara camerelor sterile, reducând și mai mult consumul de energie și costurile operaționale.
5. **Cicluri de fabricație scurtate:** Fabricarea de semiconductori la scară largă necesită de obicei un timp de așteptare lung de la comandă până la livrare, în timp ce fabricile cu un număr minim de napolitane pot realiza producția la timp a cantității necesare de semiconductori în intervalul de timp dorit. Acest avantaj este evident în special în domenii precum Internetul Lucrurilor (IoT), care necesită produse semiconductoare mici, cu o gamă variată de produse.
**Demonstrație și aplicare a tehnologiei:**
La expoziția „CEATEC 2024”, Organizația de Promovare a Fabricării de Napolitane Minimale a demonstrat procesul de litografie folosind echipamente de fabricație a semiconductorilor de dimensiuni ultra-mici. În timpul demonstrației, au fost amplasate trei mașini pentru a prezenta procesul de litografie, care a inclus acoperirea cu rezist, expunerea și developarea. Recipientul (naveta) de transport al napolitanelor a fost ținut în mână, plasat în echipament și activat prin apăsarea unui buton. După finalizare, naveta a fost ridicată și plasată pe următorul dispozitiv. Starea internă și progresul fiecărui dispozitiv au fost afișate pe monitoarele respective.
Odată ce aceste trei procese au fost finalizate, placheta a fost inspectată la microscop, dezvăluind un model cu cuvintele „Halloween fericit” și o ilustrație cu un dovleac. Această demonstrație nu numai că a evidențiat fezabilitatea tehnologiei de fabricare a plachetelor minime, dar a evidențiat și flexibilitatea și precizia ridicată a acesteia.
În plus, unele companii au început să experimenteze cu tehnologia de fabricare a plachetelor minime. De exemplu, Yokogawa Solutions, o filială a Yokogawa Electric Corporation, a lansat mașini de fabricație simplificate și plăcute din punct de vedere estetic, de dimensiunea unui automat de băuturi, fiecare echipată cu funcții de curățare, încălzire și expunere. Aceste mașini formează practic o linie de producție pentru fabricarea semiconductorilor, iar suprafața minimă necesară pentru o linie de producție „mini-fabricație de plachete” este doar de dimensiunea a două terenuri de tenis, doar 1% din suprafața unei fabrici de plachete de 12 inci.
Cu toate acestea, fabricile de napolitane cu circuite minime se luptă în prezent să concureze cu marile fabrici de semiconductori. Proiectarea circuitelor ultrafine, în special în tehnologiile de proces avansate (cum ar fi cele de 7 nm și mai mici), se bazează încă pe echipamente avansate și capacități de fabricație la scară largă. Procesele de fabricație cu napolitane de 0,5 inci ale fabricilor de napolitane cu circuite minime sunt mai potrivite pentru fabricarea de dispozitive relativ simple, cum ar fi senzori și MEMS.
Fabricile de napolitane cu circuite integrate (minimum wafer fabs) reprezintă un model nou, extrem de promițător, pentru fabricarea semiconductorilor. Caracterizate prin miniaturizare, cost redus și flexibilitate, se așteaptă ca acestea să ofere noi oportunități de piață pentru IMM-uri și companii inovatoare. Avantajele fabricilor de napolitane cu circuite integrate (minimum wafer fabs) sunt evidente în special în domenii de aplicare specifice, cum ar fi IoT, senzori și MEMS.
În viitor, pe măsură ce tehnologia se maturizează și este promovată în continuare, fabricile de wafer minim ar putea deveni o forță importantă în industria de producție a semiconductorilor. Acestea nu numai că oferă întreprinderilor mici oportunități de a intra în acest domeniu, dar pot, de asemenea, să impulsioneze schimbări în structura costurilor și în modelele de producție ale întregii industrii. Atingerea acestui obiectiv va necesita mai multe eforturi în tehnologie, dezvoltarea talentelor și construirea ecosistemului.
Pe termen lung, promovarea cu succes a fabricilor de napolitane cu un minim de circuite integrate ar putea avea un impact profund asupra întregii industrii a semiconductorilor, în special în ceea ce privește diversificarea lanțului de aprovizionare, flexibilitatea proceselor de fabricație și controlul costurilor. Aplicarea pe scară largă a acestei tehnologii va contribui la impulsionarea inovării și progresului în industria globală a semiconductorilor.
Data publicării: 14 oct. 2024