No campo da fabricación de semicondutores, o modelo tradicional de fabricación a grande escala e con alto investimento de capital está a enfrontarse a unha revolución potencial. Coa próxima exposición "CEATEC 2024", a Organización de Promoción da Fabricación de Obleas Mínimas presenta un novo método de fabricación de semicondutores que utiliza equipos de fabricación de semicondutores ultrapequenos para procesos de litografía. Esta innovación está a ofrecer oportunidades sen precedentes para pequenas e medianas empresas (pemes) e startups. Este artigo sintetizará información relevante para explorar os antecedentes, as vantaxes, os desafíos e o impacto potencial da tecnoloxía de fabricación de obleas mínimas na industria dos semicondutores.
A fabricación de semicondutores é unha industria con moita intensidade de capital e tecnoloxía. Tradicionalmente, a fabricación de semicondutores require grandes fábricas e salas limpas para producir en masa obleas de 12 polgadas. O investimento de capital para cada gran fábrica de obleas adoita chegar aos 2 billóns de ienes (aproximadamente 120.000 millóns de RMB), o que dificulta que as pemes e as empresas emerxentes entren neste campo. Non obstante, coa aparición da tecnoloxía de fabricación de obleas mínimas, esta situación está a cambiar.
As fábricas de obleas mínimas son sistemas innovadores de fabricación de semicondutores que empregan obleas de 0,5 polgadas, o que reduce significativamente a escala de produción e o investimento de capital en comparación coas obleas tradicionais de 12 polgadas. O investimento de capital para este equipo de fabricación é de só uns 500 millóns de ienes (aproximadamente 23,8 millóns de RMB), o que permite ás pemes e ás empresas emerxentes comezar a fabricar semicondutores cun investimento menor.
As orixes da tecnoloxía de fabricación de obleas mínimas remóntanse a un proxecto de investigación iniciado polo Instituto Nacional de Ciencia e Tecnoloxía Industrial Avanzada (AIST) no Xapón en 2008. Este proxecto tiña como obxectivo crear unha nova tendencia na fabricación de semicondutores mediante a produción multivariante e en lotes pequenos. A iniciativa, liderada polo Ministerio de Economía, Comercio e Industria do Xapón, implicou a colaboración entre 140 empresas e organizacións xaponesas para desenvolver unha nova xeración de sistemas de fabricación, co obxectivo de reducir significativamente os custos e as barreiras técnicas, o que permitirá aos fabricantes de automóbiles e electrodomésticos producir os semicondutores e sensores que necesitan.
**Vantaxes da tecnoloxía de fabricación de obleas mínimas:**
1. **Investimento de capital significativamente reducido:** As fábricas tradicionais de obleas grandes requiren investimentos de capital superiores a centos de miles de millóns de ienes, mentres que o investimento obxectivo para fábricas de obleas mínimas é só de 1/100 a 1/1000 desa cantidade. Dado que cada dispositivo é pequeno, non se necesitan grandes espazos de fábrica nin fotomáscaras para a formación de circuítos, o que reduce considerablemente os custos operativos.
2. **Modelos de produción flexibles e diversos:** As fábricas de obleas mínimas céntranse na fabricación dunha variedade de produtos en lotes pequenos. Este modelo de produción permite ás pemes e ás empresas emerxentes personalizar e producir rapidamente segundo as súas necesidades, satisfacendo a demanda do mercado de produtos semicondutores personalizados e diversos.
3. **Procesos de produción simplificados:** O equipo de fabricación nas fábricas de obleas mínimas ten a mesma forma e tamaño para todos os procesos, e os contedores de transporte de obleas (lanzaderas) son universais para cada paso. Dado que o equipo e as lanzaderas funcionan nun ambiente limpo, non é necesario manter salas limpas grandes. Este deseño reduce significativamente os custos e a complexidade de fabricación mediante tecnoloxía limpa localizada e procesos de produción simplificados.
4. **Baixo consumo de enerxía e uso doméstico:** O equipo de fabricación das fábricas de obleas mínimas tamén presenta un baixo consumo de enerxía e pode funcionar cunha alimentación doméstica estándar de CA de 100 V. Esta característica permite que estes dispositivos se utilicen en contornas fóra das salas limpas, o que reduce aínda máis o consumo de enerxía e os custos operativos.
5. **Ciclos de fabricación acurtados:** A fabricación de semicondutores a grande escala adoita requirir un longo tempo de espera desde o pedido ata a entrega, mentres que as fábricas de obleas mínimas poden lograr a produción a tempo da cantidade requirida de semicondutores dentro do prazo desexado. Esta vantaxe é particularmente evidente en campos como a Internet das cousas (IoT), que requiren produtos semicondutores pequenos e de alta mestura.
**Demostración e aplicación da tecnoloxía:**
Na exposición "CEATEC 2024", a Organización de Promoción da Fabricación de Obleas Mínimas fixo unha demostración do proceso de litografía empregando equipos de fabricación de semicondutores ultrapequenos. Durante a demostración, dispuxéronse tres máquinas para mostrar o proceso de litografía, que incluía o revestimento de resina, a exposición e o revelado. O contedor de transporte de obleas (lanzadera) suxeitábase na man, colocábase no equipo e activábase premendo un botón. Unha vez finalizado, a lanzadera recollíase e colocábase no seguinte dispositivo. O estado interno e o progreso de cada dispositivo mostrábanse nos seus respectivos monitores.
Unha vez completados estes tres procesos, a oblea foi inspeccionada ao microscopio, revelando un patrón coas palabras "Feliz Halloween" e unha ilustración de cabaza. Esta demostración non só mostrou a viabilidade da tecnoloxía de fabricación de obleas mínimas, senón que tamén destacou a súa flexibilidade e alta precisión.
Ademais, algunhas empresas comezaron a experimentar coa tecnoloxía de fabricación de obleas mínimas. Por exemplo, Yokogawa Solutions, unha filial de Yokogawa Electric Corporation, lanzou máquinas de fabricación optimizadas e esteticamente agradables, aproximadamente do tamaño dunha máquina expendedora de bebidas, cada unha equipada con funcións de limpeza, quecemento e exposición. Estas máquinas forman efectivamente unha liña de produción de fabricación de semicondutores, e a área mínima requirida para unha liña de produción de "mini fábrica de obleas" é só do tamaño de dúas pistas de tenis, só o 1 % da área dunha fábrica de obleas de 12 polgadas.
Non obstante, as fábricas de obleas mínimas teñen dificultades para competir coas grandes fábricas de semicondutores. Os deseños de circuítos ultrafinos, especialmente en tecnoloxías de procesos avanzadas (como 7 nm e inferiores), aínda dependen de equipos avanzados e capacidades de fabricación a grande escala. Os procesos de obleas de 0,5 polgadas das fábricas de obleas mínimas son máis axeitados para fabricar dispositivos relativamente sinxelos, como sensores e MEMS.
As fábricas de obleas mínimas representan un novo modelo moi prometedor para a fabricación de semicondutores. Caracterizadas pola miniaturización, o baixo custo e a flexibilidade, espérase que proporcionen novas oportunidades de mercado para as pemes e as empresas innovadoras. As vantaxes das fábricas de obleas mínimas son particularmente evidentes en áreas de aplicación específicas como a IoT, os sensores e os MEMS.
No futuro, a medida que a tecnoloxía madure e se promova aínda máis, as fábricas de obleas mínimas poderían converterse nunha forza importante na industria de fabricación de semicondutores. Non só lles ofrecen ás pequenas empresas oportunidades para entrar neste campo, senón que tamén poden impulsar cambios na estrutura de custos e nos modelos de produción de toda a industria. Para alcanzar este obxectivo, requiriranse máis esforzos en tecnoloxía, desenvolvemento de talento e creación de ecosistemas.
A longo prazo, a promoción exitosa das fábricas de obleas mínimas podería ter un profundo impacto en toda a industria dos semicondutores, especialmente en termos de diversificación da cadea de subministración, flexibilidade dos procesos de fabricación e control de custos. A aplicación xeneralizada desta tecnoloxía axudará a impulsar unha maior innovación e progreso na industria mundial dos semicondutores.
Data de publicación: 14 de outubro de 2024