Novinky z průmyslu: Nejmenší oplatka na světě Fab

Minimum wafer fabs jsou inovativní polovodičové výrobní systémy, které používají 0,5palcové wafery, což výrazně snižuje rozsah výroby a kapitálové investice ve srovnání s tradičními 12palcovými wafery. Kapitálová investice do tohoto výrobního zařízení je pouze asi 500 milionů jenů (přibližně 23,8 milionů RMB), což umožňuje malým a středním podnikům a začínajícím podnikům zahájit výrobu polovodičů s nižší investicí.

Počátky technologie minimálních waferových fab lze vysledovat zpět k výzkumnému projektu zahájenému Národním institutem pokročilé průmyslové vědy a technologie (AIST) v Japonsku v roce 2008. Tento projekt měl za cíl vytvořit nový trend ve výrobě polovodičů dosažením rozmanitosti , malosériová výroba. Iniciativa, vedená japonským ministerstvem hospodářství, obchodu a průmyslu, zahrnovala spolupráci mezi 140 japonskými společnostmi a organizacemi na vývoji nové generace výrobních systémů s cílem výrazně snížit náklady a technické překážky a umožnit výrobcům automobilů a domácích spotřebičů vyrábět polovodiče. a senzory, které potřebují.

**Výhody technologie Minimum Wafer Fab:**

1. **Výrazně snížené kapitálové investice:** Tradiční velké továrny na oplatky vyžadují kapitálové investice přesahující stovky miliard jenů, zatímco cílová investice do továren na oplatky s minimálním objemem je pouze 1/100 až 1/1000 této částky. Vzhledem k tomu, že každé zařízení je malé, nejsou potřeba velké tovární prostory nebo fotomasky pro vytváření obvodů, což výrazně snižuje provozní náklady.

2. **Flexibilní a rozmanité modely výroby:** Minimální továrny na oplatky se zaměřují na výrobu různých malosériových produktů. Tento produkční model umožňuje malým a středním podnikům a začínajícím podnikům rychle se přizpůsobit a vyrábět podle jejich potřeb a vyhovět tak tržní poptávce po přizpůsobených a různorodých polovodičových produktech.

3. **Zjednodušené výrobní procesy:** Výrobní zařízení v továrnách na minimální oplatky má stejný tvar a velikost pro všechny procesy a přepravní kontejnery na oplatky (shuttles) jsou univerzální pro každý krok. Protože zařízení a raketoplány fungují v čistém prostředí, není potřeba udržovat velké čisté prostory. Tento design výrazně snižuje výrobní náklady a složitost díky lokalizované čisté technologii a zjednodušeným výrobním procesům.

4. **Nízká spotřeba energie a spotřeba energie v domácnosti:** Výrobní zařízení v továrnách s minimálními oplatkami se také vyznačuje nízkou spotřebou energie a může pracovat se standardním domácím napájením AC100V. Tato vlastnost umožňuje použití těchto zařízení v prostředí mimo čisté prostory, což dále snižuje spotřebu energie a provozní náklady.

5. **Zkrácené výrobní cykly:** Rozsáhlá výroba polovodičů obvykle vyžaduje dlouhou čekací dobu od objednávky po dodání, zatímco minimální výrobní závody oplatek mohou dosáhnout včasné výroby požadovaného množství polovodičů v požadovaném časovém rámci. Tato výhoda je zvláště patrná v oblastech, jako je internet věcí (IoT), které vyžadují malé polovodičové produkty s vysokým obsahem.

**Demonstrace a aplikace technologie:**

Na výstavě „CEATEC 2024“ předvedla organizace Minimum Wafer Fab Promotion Organization proces litografie za použití ultra malého zařízení na výrobu polovodičů. Během demonstrace byly uspořádány tři stroje, které předvedly proces litografie, který zahrnoval nanášení povlaku rezistu, expozici a vyvolávání. Přepravní nádoba na oplatky (shuttle) byla držena v ruce, umístěna do zařízení a aktivována stisknutím tlačítka. Po dokončení byl raketoplán vyzvednut a nastaven na další zařízení. Vnitřní stav a průběh každého zařízení byly zobrazeny na příslušných monitorech.

Jakmile byly tyto tři procesy dokončeny, byla oplatka zkontrolována pod mikroskopem a odhalila vzor se slovy „Happy Halloween“ a ilustrací dýně. Tato demonstrace nejen předvedla proveditelnost minimální technologie výroby oplatek, ale také zdůraznila její flexibilitu a vysokou přesnost.

Některé společnosti navíc začaly experimentovat s minimální technologií výroby oplatek. Například Yokogawa Solutions, dceřiná společnost Yokogawa Electric Corporation, uvedla na trh efektivní a esteticky příjemné výrobní stroje, zhruba velikosti nápojového automatu, z nichž každý je vybaven funkcemi pro čištění, ohřev a vystavení. Tyto stroje efektivně tvoří výrobní linku na výrobu polovodičů a minimální plocha potřebná pro výrobní linku „mini wafer fab“ je pouze velikost dvou tenisových kurtů, pouhé 1 % plochy 12palcové továrny na wafery.

Minimální výrobní závody na výrobu polovodičů však v současnosti bojují s konkurencí s velkými továrnami na polovodiče. Návrhy ultrajemných obvodů, zejména v pokročilých procesních technologiích (jako je 7nm a nižší), stále spoléhají na pokročilé vybavení a možnosti výroby ve velkém měřítku. Procesy 0,5palcových waferů s minimálním počtem waferů jsou vhodnější pro výrobu relativně jednoduchých zařízení, jako jsou senzory a MEMS.

Minimum wafer fabs představují velmi slibný nový model pro výrobu polovodičů. Vyznačují se miniaturizací, nízkými náklady a flexibilitou a očekává se, že poskytnou nové tržní příležitosti pro malé a střední podniky a inovativní společnosti. Výhody minimálních wafer fab jsou zvláště patrné ve specifických aplikačních oblastech, jako je IoT, senzory a MEMS.

V budoucnu, jak technologie dospívá a bude dále podporována, by se minimální wafer fabs mohly stát důležitou silou v průmyslu výroby polovodičů. Nejenže poskytují malým podnikům příležitosti vstoupit do této oblasti, ale mohou také řídit změny ve struktuře nákladů a výrobních modelech celého odvětví. Dosažení tohoto cíle bude vyžadovat více úsilí v oblasti technologií, rozvoje talentů a budování ekosystému.

Z dlouhodobého hlediska by úspěšná propagace minimálních wafer fabs mohla mít hluboký dopad na celý polovodičový průmysl, zejména pokud jde o diverzifikaci dodavatelského řetězce, flexibilitu výrobního procesu a kontrolu nákladů. Široká aplikace této technologie pomůže řídit další inovace a pokrok v globálním polovodičovém průmyslu.