Innen halvlederproduksjon står den tradisjonelle storskala produksjonsmodellen med høy kapitalinvestering overfor en potensiell revolusjon. Med den kommende utstillingen «CEATEC 2024» viser Minimum Wafer Fab Promotion Organization frem en helt ny metode for halvlederproduksjon som bruker ultralite halvlederproduksjonsutstyr for litografiprosesser. Denne innovasjonen gir enestående muligheter for små og mellomstore bedrifter (SMB-er) og oppstartsbedrifter. Denne artikkelen vil syntetisere relevant informasjon for å utforske bakgrunnen, fordelene, utfordringene og den potensielle effekten av minimum wafer fab-teknologi på halvlederindustrien.
Halvlederproduksjon er en svært kapital- og teknologiintensiv industri. Tradisjonelt krever halvlederproduksjon store fabrikker og renrom for å masseprodusere 12-tommers wafere. Kapitalinvesteringen for hver store waferfabrikk når ofte opptil 2 billioner yen (omtrent 120 milliarder RMB), noe som gjør det vanskelig for små og mellomstore bedrifter og oppstartsbedrifter å komme inn på dette feltet. Med fremveksten av minimum waferfabrikkteknologi er imidlertid denne situasjonen i endring.
Minimum wafer-fabrikker er innovative halvlederproduksjonssystemer som bruker 0,5-tommers wafere, noe som reduserer produksjonsskalaen og kapitalinvesteringene betydelig sammenlignet med tradisjonelle 12-tommers wafere. Kapitalinvesteringen for dette produksjonsutstyret er bare rundt 500 millioner yen (omtrent 23,8 millioner RMB), noe som gjør det mulig for små og mellomstore bedrifter og oppstartsbedrifter å starte halvlederproduksjon med en lavere investering.
Opprinnelsen til minimum wafer-fabrikasjonsteknologi kan spores tilbake til et forskningsprosjekt initiert av National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) i Japan i 2008. Dette prosjektet hadde som mål å skape en ny trend innen halvlederproduksjon ved å oppnå flervariantproduksjon i små serier. Initiativet, ledet av Japans departement for økonomi, handel og industri, involverte samarbeid mellom 140 japanske selskaper og organisasjoner for å utvikle en ny generasjon produksjonssystemer, med mål om å redusere kostnader og tekniske barrierer betydelig, slik at bil- og husholdningsapparatprodusenter kan produsere halvlederne og sensorene de trenger.
**Fordeler med Minimum Wafer Fab-teknologi:**
1. **Betydelig redusert kapitalinvestering:** Tradisjonelle store waferfabrikker krever kapitalinvesteringer som overstiger hundrevis av milliarder yen, mens målinvesteringen for minimumswaferfabrikker bare er 1/100 til 1/1000 av dette beløpet. Siden hver enhet er liten, er det ikke behov for store fabrikklokaler eller fotomasker for kretsdannelse, noe som reduserer driftskostnadene betraktelig.
2. **Fleksible og mangfoldige produksjonsmodeller:** Minimum wafer-fabrikker fokuserer på å produsere en rekke småskalaprodukter. Denne produksjonsmodellen lar små og mellomstore bedrifter og oppstartsbedrifter raskt tilpasse og produsere i henhold til sine behov, og dermed møte markedets etterspørsel etter tilpassede og mangfoldige halvlederprodukter.
3. **Forenklede produksjonsprosesser:** Produksjonsutstyret i minimum waferfabrikker har samme form og størrelse for alle prosesser, og wafertransportbeholderne (skyttelbussene) er universelle for hvert trinn. Siden utstyret og skyttelbussene opererer i et rent miljø, er det ikke behov for å vedlikeholde store renrom. Denne designen reduserer produksjonskostnader og kompleksitet betydelig gjennom lokalisert ren teknologi og forenklede produksjonsprosesser.
4. **Lavt strømforbruk og strømforbruk i husholdningen:** Produksjonsutstyret i minimum wafer-fabrikker har også lavt strømforbruk og kan drives av standard 100 V AC-strøm i husholdningen. Denne egenskapen gjør at disse enhetene kan brukes i miljøer utenfor renrom, noe som ytterligere reduserer energiforbruket og driftskostnadene.
5. **Forkortede produksjonssykluser:** Storskala halvlederproduksjon krever vanligvis lang ventetid fra bestilling til levering, mens minimum waferfabrikker kan oppnå rettidig produksjon av den nødvendige mengden halvledere innenfor ønsket tidsramme. Denne fordelen er spesielt tydelig innen felt som tingenes internett (IoT), som krever små halvlederprodukter med høy miks.
**Demonstrasjon og anvendelse av teknologi:**
På utstillingen «CEATEC 2024» demonstrerte Minimum Wafer Fab Promotion Organization litografiprosessen ved hjelp av ultralite halvlederproduksjonsutstyr. Under demonstrasjonen ble tre maskiner satt opp for å vise frem litografiprosessen, som inkluderte resistbelegg, eksponering og fremkalling. Wafertransportbeholderen (skyttelen) ble holdt i hånden, plassert i utstyret og aktivert med et knappetrykk. Etter ferdigstillelse ble skyttelen plukket opp og satt opp på neste enhet. Den interne statusen og fremdriften til hver enhet ble vist på deres respektive skjermer.
Etter at disse tre prosessene var fullført, ble waferen inspisert under et mikroskop, og det ble avdekket et mønster med ordene «Happy Halloween» og en gresskarillustrasjon. Denne demonstrasjonen viste ikke bare muligheten for minimum wafer fab-teknologi, men fremhevet også dens fleksibilitet og høye presisjon.
I tillegg har noen selskaper begynt å eksperimentere med minimum waferfabrikkteknologi. For eksempel har Yokogawa Solutions, et datterselskap av Yokogawa Electric Corporation, lansert strømlinjeformede og estetisk tiltalende produksjonsmaskiner, omtrent på størrelse med en drikkeautomat, hver utstyrt med funksjoner for rengjøring, oppvarming og eksponering. Disse maskinene danner effektivt en produksjonslinje for halvlederproduksjon, og minimumsarealet som kreves for en "mini waferfabrikk"-produksjonslinje er bare på størrelse med to tennisbaner, bare 1 % av arealet til en 12-tommers waferfabrikk.
Minimum wafer-fabrikker sliter imidlertid for tiden med å konkurrere med store halvlederfabrikker. Ultrafine kretsdesign, spesielt innen avanserte prosessteknologier (som 7 nm og lavere), er fortsatt avhengige av avansert utstyr og storskala produksjonskapasitet. 0,5-tommers waferprosesser fra minimum wafer-fabrikker er mer egnet for produksjon av relativt enkle enheter, som sensorer og MEMS.
Minimum wafer-fabrikker representerer en svært lovende ny modell for halvlederproduksjon. Karakterisert av miniatyrisering, lave kostnader og fleksibilitet, forventes de å gi nye markedsmuligheter for små og mellomstore selskaper og innovative selskaper. Fordelene med minimum wafer-fabrikker er spesielt tydelige innen spesifikke bruksområder som IoT, sensorer og MEMS.
I fremtiden, etter hvert som teknologien modnes og markedsføres ytterligere, kan minimum wafer-fabrikker bli en viktig kraft i halvlederproduksjonsindustrien. De gir ikke bare små bedrifter muligheter til å gå inn i dette feltet, men kan også drive endringer i kostnadsstrukturen og produksjonsmodellene i hele industrien. Å nå dette målet vil kreve mer innsats innen teknologi, talentutvikling og økosystembygging.
På lang sikt kan en vellykket markedsføring av minimum waferfabrikker ha en betydelig innvirkning på hele halvlederindustrien, spesielt når det gjelder diversifisering av forsyningskjeden, fleksibilitet i produksjonsprosessen og kostnadskontroll. Den utbredte anvendelsen av denne teknologien vil bidra til å drive ytterligere innovasjon og fremskritt i den globale halvlederindustrien.
Publisert: 14. oktober 2024