Puolijohdevalmistuksen alalla perinteinen laajamittainen ja paljon pääomaa vaativa valmistusmalli on kohtaamassa mahdollisen vallankumouksen. Tulevassa "CEATEC 2024" -näyttelyssä Minimum Wafer Fab Promotion Organization esittelee upouuden puolijohdevalmistusmenetelmän, jossa käytetään erittäin pieniä puolijohdevalmistuslaitteita litografiaprosesseissa. Tämä innovaatio tuo ennennäkemättömiä mahdollisuuksia pienille ja keskisuurille yrityksille (pk-yrityksille) ja startup-yrityksille. Tässä artikkelissa syntetisoidaan olennaisia tietoja Minimum Wafer Fab -teknologian taustan, etujen, haasteiden ja potentiaalisten vaikutusten tutkimiseksi puolijohdeteollisuudessa.
Puolijohteiden valmistus on erittäin pääoma- ja teknologiaintensiivinen teollisuudenala. Perinteisesti puolijohteiden valmistus vaatii suuria tehtaita ja puhdastiloja 12-tuumaisten kiekkojen massatuotantoon. Kunkin suuren kiekkotehtaan pääomainvestoinnit ovat usein jopa 2 biljoonaa jeniä (noin 120 miljardia RMB), mikä vaikeuttaa pk-yritysten ja startup-yritysten pääsyä tälle alalle. Minimikiekkovalmistusteknologian myötä tilanne on kuitenkin muuttumassa.
Minimum-kiekkotehtaat ovat innovatiivisia puolijohdevalmistusjärjestelmiä, jotka käyttävät 0,5 tuuman kiekkoja. Tämä pienentää merkittävästi tuotantomittakaavaa ja pääomainvestointeja perinteisiin 12 tuuman kiekkoihin verrattuna. Tämän valmistuslaitteen pääomainvestointi on vain noin 500 miljoonaa jeniä (noin 23,8 miljoonaa RMB), minkä ansiosta pk-yritykset ja startup-yritykset voivat aloittaa puolijohdevalmistuksen pienemmällä investoinnilla.
Minimikiekkojen valmistusteknologian juuret voidaan jäljittää Japanin kansallisen edistyneen teollisen tieteen ja teknologian instituutin (AIST) vuonna 2008 käynnistämään tutkimushankkeeseen. Hankkeen tavoitteena oli luoda uusi trendi puolijohdevalmistuksessa saavuttamalla useita eriä sisältäviä pientuotantomalleja. Japanin talous-, kauppa- ja teollisuusministeriön johtamaan aloitteeseen osallistui 140 japanilaista yritystä ja organisaatiota uuden sukupolven valmistusjärjestelmien kehittämiseksi. Tavoitteena oli merkittävästi vähentää kustannuksia ja teknisiä esteitä, jotta auto- ja kodinkonevalmistajat voisivat tuottaa tarvitsemiaan puolijohteita ja antureita.
Minimikiekkojen valmistusteknologian edut:**
1. **Merkittävästi pienemmät pääomainvestoinnit:** Perinteiset suuret kiekkotehtaat vaativat yli satojen miljardien jenien pääomainvestointeja, kun taas minimikokoisten kiekkotehtaiden tavoiteinvestointi on vain 1/100–1/1000 tästä summasta. Koska jokainen laite on pieni, ei ole tarvetta suurille tehdastiloille tai fotomaskeille piirien muodostamiseen, mikä vähentää huomattavasti käyttökustannuksia.
2. **Joustavat ja monipuoliset tuotantomallit:** Minimikiekkotehtaat keskittyvät erilaisten pienten erien tuotteiden valmistukseen. Tämä tuotantomalli antaa pk-yrityksille ja startup-yrityksille mahdollisuuden räätälöidä ja tuottaa nopeasti tarpeidensa mukaan, mikä vastaa markkinoiden kysyntään räätälöidyille ja monipuolisille puolijohdetuotteille.
3. **Yksinkertaistetut tuotantoprosessit:** Minimikiekkotehtaiden valmistuslaitteet ovat samanmuotoisia ja -kokoisia kaikissa prosesseissa, ja kiekkojen kuljetussäiliöt (sukkulat) ovat universaaleja jokaisessa vaiheessa. Koska laitteet ja sukkulat toimivat puhtaassa ympäristössä, ei ole tarvetta ylläpitää suuria puhdastiloja. Tämä rakenne vähentää merkittävästi valmistuskustannuksia ja monimutkaisuutta paikallisen puhtaan teknologian ja yksinkertaistettujen tuotantoprosessien ansiosta.
4. **Alhainen virrankulutus ja kotitalouksien virrankulutus:** Myös minimikiekkotehtaiden valmistuslaitteet ovat vähän virtaa kuluttavia ja toimivat tavallisella kotitalouksien 100 V:n AC-virralla. Tämän ominaisuuden ansiosta näitä laitteita voidaan käyttää puhdastilojen ulkopuolella, mikä vähentää entisestään energiankulutusta ja käyttökustannuksia.
5. **Lyhemmät valmistussyklit:** Laajamittainen puolijohdevalmistus vaatii tyypillisesti pitkän odotusajan tilauksesta toimitukseen, kun taas minimikiekkotehtaat voivat saavuttaa tarvittavan puolijohdemäärän oikea-aikaisen tuotannon halutussa aikataulussa. Tämä etu on erityisen ilmeinen esimerkiksi esineiden internetin (IoT) kaltaisilla aloilla, jotka vaativat pieniä, monimutkaisia puolijohdetuotteita.
**Teknologian esittely ja soveltaminen:**
Minimum Wafer Fab Promotion Organization esitteli "CEATEC 2024" -näyttelyssä litografiaprosessia käyttäen erittäin pieniä puolijohdevalmistuslaitteita. Esittelyn aikana kolme konetta oli sijoitettu esittelemään litografiaprosessia, johon sisältyi resistipinnoitus, valotus ja kehitys. Kiekkojen kuljetussäiliötä (sukkulaa) pidettiin kädessä, asetettiin laitteeseen ja aktivoitiin napin painalluksella. Valmistumisen jälkeen sukkula nostettiin ja asetettiin seuraavaan laitteeseen. Kunkin laitteen sisäinen tila ja edistyminen näytettiin niiden omilla näytöillä.
Kun nämä kolme prosessia oli suoritettu, kiekkoa tutkittiin mikroskoopilla, ja siitä löytyi kuvio, jossa luki "Hyvää halloweenia" ja kurpitsan kuva. Tämä demonstraatio ei ainoastaan esitellyt minimaalikokoisen kiekon valmistustekniikan toteutettavuutta, vaan myös korosti sen joustavuutta ja suurta tarkkuutta.
Lisäksi jotkut yritykset ovat alkaneet kokeilla minimaalisen kiekkotuotannon teknologiaa. Esimerkiksi Yokogawa Solutions, Yokogawa Electric Corporationin tytäryhtiö, on lanseerannut virtaviivaisia ja esteettisesti miellyttäviä valmistuskoneita, jotka ovat suunnilleen juoma-automaatin kokoisia ja joissa jokaisessa on toiminnot puhdistusta, lämmitystä ja valotusta varten. Nämä koneet muodostavat käytännössä puolijohdevalmistuslinjan, ja "minikiekkovalmistuksen" tuotantolinjan vaatima vähimmäispinta-ala on vain kahden tenniskentän kokoinen, vain 1 % 12-tuumaisen kiekkovalmistuksen pinta-alasta.
Minimikiekkotehtaat kamppailevat kuitenkin tällä hetkellä kilpaillessaan suurten puolijohdetehtaiden kanssa. Erittäin hienot piirisuunnittelut, erityisesti edistyneissä prosessiteknologioissa (kuten 7 nm ja sitä alemmissa), edellyttävät edelleen edistyneitä laitteita ja laajamittaista valmistuskapasiteettia. Minimikiekkotehtaiden 0,5 tuuman kiekkoprosessit sopivat paremmin suhteellisen yksinkertaisten laitteiden, kuten antureiden ja MEMS-järjestelmien, valmistukseen.
Minimikiekkotehtaat edustavat erittäin lupaavaa uutta mallia puolijohdevalmistuksessa. Niiden ominaispiirteitä ovat pienentäminen, alhaiset kustannukset ja joustavuus, ja niiden odotetaan tarjoavan uusia markkinamahdollisuuksia pk-yrityksille ja innovatiivisille yrityksille. Minimikiekkotehtaiden edut ovat erityisen ilmeisiä tietyillä sovellusalueilla, kuten esineiden internetissä, sensoreissa ja MEMS:ssä.
Tulevaisuudessa, teknologian kypsyessä ja sen edistyessä, minimikiekkotehtaista voi tulla tärkeä voima puolijohdeteollisuudessa. Ne eivät ainoastaan tarjoa pienyrityksille mahdollisuuksia päästä tälle alalle, vaan ne voivat myös ajaa muutoksia koko alan kustannusrakenteeseen ja tuotantomalleihin. Tämän tavoitteen saavuttaminen vaatii lisää ponnisteluja teknologian, osaamisen kehittämisen ja ekosysteemin rakentamisen saralla.
Pitkällä aikavälillä minimikiekkotehtaiden onnistuneella edistämisellä voi olla syvällinen vaikutus koko puolijohdeteollisuuteen, erityisesti toimitusketjun monipuolistamisen, valmistusprosessien joustavuuden ja kustannusten hallinnan kannalta. Tämän teknologian laajamittainen soveltaminen auttaa edistämään innovaatioita ja edistystä maailmanlaajuisessa puolijohdeteollisuudessa.
Julkaisuaika: 14.10.2024