Puslaidininkių gamybos srityje tradicinis didelio masto, didelių kapitalo investicijų gamybos modelis susiduria su potencialia revoliucija. Artėjančioje parodoje „CEATEC 2024“ organizacija „Minimum Wafer Fab Promotion Organization“ pristato visiškai naują puslaidininkių gamybos metodą, kuriame litografijos procesams naudojama itin maža puslaidininkių gamybos įranga. Ši inovacija atveria precedento neturinčias galimybes mažoms ir vidutinėms įmonėms (MVĮ) bei startuoliams. Šiame straipsnyje bus apibendrinta aktuali informacija, siekiant išnagrinėti minimalių plokštelių gamybos technologijos kontekstą, privalumus, iššūkius ir galimą poveikį puslaidininkių pramonei.
Puslaidininkių gamyba yra labai kapitalo ir technologijų imli pramonės šaka. Tradiciškai puslaidininkių gamybai reikalingos didelės gamyklos ir švarios patalpos, kad būtų galima masiškai gaminti 12 colių plokšteles. Kiekvienos didelės plokštelių gamyklos kapitalinės investicijos dažnai siekia iki 2 trilijonų jenų (maždaug 120 milijardų RMB), todėl MVĮ ir startuoliams sunku patekti į šią sritį. Tačiau atsiradus minimalių plokštelių gamybos technologijai, ši situacija keičiasi.
Minimalių plokštelių gamyklos – tai novatoriškos puslaidininkių gamybos sistemos, kuriose naudojamos 0,5 colio plokštelės, o tai žymiai sumažina gamybos apimtį ir kapitalo investicijas, palyginti su tradicinėmis 12 colių plokštelėmis. Šios gamybos įrangos kapitalo investicijos tesiekia apie 500 mln. jenų (maždaug 23,8 mln. RMB), todėl MVĮ ir startuoliai gali pradėti puslaidininkių gamybą su mažesnėmis investicijomis.
Minimalaus vaflių gamybos technologijos ištakos siekia 2008 m. Japonijos Nacionalinio pažangių pramonės mokslų ir technologijų instituto (AIST) inicijuotą tyrimų projektą. Šio projekto tikslas buvo sukurti naują puslaidininkių gamybos tendenciją, pasiekiant įvairių rūšių, mažų partijų gamybą. Japonijos ekonomikos, prekybos ir pramonės ministerijos vadovaujamoje iniciatyvoje dalyvavo 140 Japonijos įmonių ir organizacijų, siekdamos sukurti naujos kartos gamybos sistemas, kuriomis siekiama gerokai sumažinti sąnaudas ir technines kliūtis, leidžiančias automobilių ir buitinės technikos gamintojams gaminti jiems reikalingus puslaidininkius ir jutiklius.
**Minimalaus vaflinio gamybos proceso technologijos privalumai:**
1. **Žymiai sumažintos kapitalo investicijos:** Tradicinėms didelėms plokštelių gamykloms reikalingos kapitalo investicijos, viršijančios šimtus milijardų jenų, o tikslinės investicijos į minimalias plokštelių gamyklas tesudaro nuo 1/100 iki 1/1000 šios sumos. Kadangi kiekvienas įrenginys yra mažas, nereikia didelių gamyklinių patalpų ar fotokaukių grandinių formavimui, todėl eksploatavimo išlaidos gerokai sumažėja.
2. **Lankstūs ir įvairūs gamybos modeliai:** Minimalios plokštelių gamyklos daugiausia dėmesio skiria įvairių mažų partijų gaminių gamybai. Šis gamybos modelis leidžia MVĮ ir startuoliams greitai pritaikyti ir gaminti pagal savo poreikius, patenkinant rinkos paklausą individualiems ir įvairiems puslaidininkių gaminiams.
3. **Supaprastinti gamybos procesai:** Minimalios gamybos plokštelių gamyklų gamybos įranga yra vienodos formos ir dydžio visiems procesams, o plokštelių transportavimo konteineriai (šauliai) yra universalūs kiekvienam etapui. Kadangi įranga ir šauliai veikia švarioje aplinkoje, nereikia palaikyti didelių švarių patalpų. Ši konstrukcija žymiai sumažina gamybos sąnaudas ir sudėtingumą dėl lokalizuotos švarios technologijos ir supaprastintų gamybos procesų.
4. **Mažos energijos sąnaudos ir elektros energijos naudojimas buityje:** Minimalios talpos gamyklų gamybos įranga taip pat pasižymi mažomis energijos sąnaudomis ir gali veikti su standartiniu buitiniu 100 V kintamosios srovės maitinimu. Ši savybė leidžia šiuos įrenginius naudoti ne tik švariose patalpose, bet ir kitose aplinkose, taip dar labiau sumažinant energijos sąnaudas ir eksploatavimo išlaidas.
5. **Sutrumpinti gamybos ciklai:** Didelio masto puslaidininkių gamybai paprastai reikia ilgo laukimo laiko nuo užsakymo iki pristatymo, o minimalios plokštelių gamyklos gali laiku pagaminti reikiamą puslaidininkių kiekį per pageidaujamą laiką. Šis pranašumas ypač akivaizdus tokiose srityse kaip daiktų internetas (IoT), kurioms reikalingi maži, didelio mišinio puslaidininkių gaminiai.
**Technologijų demonstravimas ir taikymas:**
Parodoje „CEATEC 2024“ organizacija „Minimum Wafer Fab Promotion Organization“ pademonstravo litografijos procesą, naudodama itin mažą puslaidininkių gamybos įrangą. Demonstracijos metu buvo išdėstyti trys įrenginiai, skirti litografijos procesui, apimančiam rezisto dangos dengimą, eksponavimą ir ryškinimą, demonstruoti. Plokštelių transportavimo konteineris (šaddytuvas) buvo laikomas rankoje, įdedamas į įrangą ir aktyvuojamas mygtuko paspaudimu. Baigus procesą, šaddytuvas buvo paimamas ir prijungiamas prie kito įrenginio. Kiekvieno įrenginio vidinė būsena ir eiga buvo rodomi atitinkamuose monitoriuose.
Kai šie trys procesai buvo baigti, plokštelė buvo apžiūrėta mikroskopu, aptinkant raštą su užrašu „Happy Halloween“ ir moliūgo iliustracija. Ši demonstracija ne tik pademonstravo minimalios plokštelės gamybos technologijos įgyvendinamumą, bet ir pabrėžė jos lankstumą bei didelį tikslumą.
Be to, kai kurios įmonės pradėjo eksperimentuoti su minimalios plokštelių gamybos technologija. Pavyzdžiui, „Yokogawa Solutions“, „Yokogawa Electric Corporation“ dukterinė įmonė, pristatė supaprastintas ir estetiškai patrauklias gamybos mašinas, maždaug gėrimų prekybos automato dydžio, kurių kiekviena turi valymo, šildymo ir eksponavimo funkcijas. Šios mašinos iš esmės sudaro puslaidininkių gamybos liniją, o minimalus „mini plokštelių gamyklos“ gamybos linijai reikalingas plotas yra tik dviejų teniso kortų dydis – vos 1 % 12 colių plokštelių gamyklos ploto.
Vis dėlto minimalių plokštelių gamyklos šiuo metu sunkiai konkuruoja su didelėmis puslaidininkių gamyklomis. Itin plonų grandinių projektai, ypač pažangių procesų technologijose (pvz., 7 nm ir žemesnėse), vis dar reikalauja pažangios įrangos ir didelio masto gamybos pajėgumų. Minimalių plokštelių gamyklų 0,5 colio plokštelių procesai labiau tinka palyginti paprastų įrenginių, tokių kaip jutikliai ir MEMS, gamybai.
Minimalių plokštelių gamyklos yra labai perspektyvus naujas puslaidininkių gamybos modelis. Pasižyminčios miniatiūrizacija, maža kaina ir lankstumu, tikimasi, kad jos atvers naujų rinkos galimybių MVĮ ir inovatyvioms įmonėms. Minimalių plokštelių gamyklų privalumai ypač akivaizdūs konkrečiose taikymo srityse, tokiose kaip daiktų internetas, jutikliai ir MEMS.
Ateityje, technologijoms tobulėjant ir jas toliau reklamuojant, minimalių plokštelių gamyklos gali tapti svarbia jėga puslaidininkių gamybos pramonėje. Jos ne tik suteikia mažoms įmonėms galimybių patekti į šią sritį, bet ir gali paskatinti visos pramonės sąnaudų struktūros bei gamybos modelių pokyčius. Norint pasiekti šį tikslą, reikės daugiau pastangų technologijų, talentų ugdymo ir ekosistemos kūrimo srityse.
Ilgainiui sėkmingas minimalių plokštelių gamyklų skatinimas galėtų turėti didelį poveikį visai puslaidininkių pramonei, ypač tiekimo grandinės diversifikavimo, gamybos proceso lankstumo ir sąnaudų kontrolės srityse. Plačiai paplitęs šios technologijos taikymas padės skatinti tolesnes inovacijas ir pažangą pasaulinėje puslaidininkių pramonėje.
Įrašo laikas: 2024 m. spalio 14 d.