Inom halvledartillverkningsområdet står den traditionella storskaliga tillverkningsmodellen för högkapitalinvesteringar inför en potentiell revolution. Med den kommande "CEATEC 2024"-utställningen visar Minimum Wafer Fab Promotion Organization upp en helt ny tillverkningsmetod för halvledartillverkning som använder ultraliten halvledartillverkningsutrustning för litografiprocesser. Denna innovation ger oöverträffade möjligheter för små och medelstora företag (SMF) och nystartade företag. Den här artikeln kommer att syntetisera relevant information för att utforska bakgrunden, fördelarna, utmaningarna och potentiella effekterna av minimal wafer fab-teknik på halvledarindustrin.
Halvledartillverkning är en mycket kapital- och teknikintensiv industri. Traditionellt kräver halvledartillverkning stora fabriker och renrum för att massproducera 12-tums wafers. Kapitalinvesteringen för varje stor waferfab når ofta upp till 2 biljoner yen (cirka 120 miljarder RMB), vilket gör det svårt för små och medelstora företag och nystartade företag att komma in på detta område. Men med framväxten av minimal wafer fab-teknik håller denna situation på att förändras.
Minimum wafer fabs är innovativa tillverkningssystem för halvledartillverkning som använder 0,5-tums wafers, vilket avsevärt minskar produktionsskala och kapitalinvesteringar jämfört med traditionella 12-tums wafers. Kapitalinvesteringen för denna tillverkningsutrustning är endast cirka 500 miljoner yen (ungefär 23,8 miljoner RMB), vilket gör det möjligt för små och medelstora företag och nystartade företag att börja tillverka halvledartillverkning med en lägre investering.
Ursprunget till minimal wafer fab-teknik kan spåras tillbaka till ett forskningsprojekt som initierades av National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) i Japan 2008. Detta projekt syftade till att skapa en ny trend inom halvledartillverkning genom att uppnå multivariation , småpartiproduktion. Initiativet, som leddes av Japans ekonomi-, handels- och industriministerium, involverade samarbete mellan 140 japanska företag och organisationer för att utveckla en ny generation av tillverkningssystem, som syftar till att avsevärt minska kostnaderna och tekniska hinder, vilket gör det möjligt för bil- och hushållstillverkare att producera halvledarna och sensorer de behöver.
**Fördelar med Minimum Wafer Fab Technology:**
1. **Betydligt minskad kapitalinvestering:** Traditionella stora waferfabriker kräver kapitalinvesteringar som överstiger hundratals miljarder yen, medan målinvesteringen för minsta waferfabs bara är 1/100 till 1/1000 av det beloppet. Eftersom varje enhet är liten, finns det inget behov av stora fabriksutrymmen eller fotomasker för kretsbildning, vilket kraftigt minskar driftskostnaderna.
2. **Flexibla och mångsidiga produktionsmodeller:** Minsta waferfabriker fokuserar på tillverkning av en mängd olika småpartiprodukter. Denna produktionsmodell gör det möjligt för små och medelstora företag och nystartade företag att snabbt skräddarsy och producera efter deras behov, och möta marknadens efterfrågan på skräddarsydda och olika halvledarprodukter.
3. **Förenklade produktionsprocesser:** Tillverkningsutrustningen i minimala waferfabs har samma form och storlek för alla processer, och wafertransportbehållarna (skyttlar) är universella för varje steg. Eftersom utrustningen och skyttlarna fungerar i en ren miljö finns det inget behov av att underhålla stora rena rum. Denna design minskar tillverkningskostnaderna och komplexiteten avsevärt genom lokaliserad ren teknik och förenklade produktionsprocesser.
4. **Låg strömförbrukning och hushållsenergianvändning:** Tillverkningsutrustningen i minimala waferfabs har också låg strömförbrukning och kan arbeta på vanlig hushålls AC100V-ström. Denna egenskap gör att dessa enheter kan användas i miljöer utanför renrum, vilket ytterligare minskar energiförbrukningen och driftskostnaderna.
5. **Förkortade tillverkningscykler:** Storskalig halvledartillverkning kräver vanligtvis lång väntetid från beställning till leverans, medan minimala waferfabs kan uppnå produktion i tid av den erforderliga mängden halvledare inom den önskade tidsramen. Denna fördel är särskilt uppenbar inom områden som Internet of Things (IoT), som kräver små, högmixade halvledarprodukter.
**Demonstration och tillämpning av teknik:**
På utställningen "CEATEC 2024" demonstrerade Minimum Wafer Fab Promotion Organisation litografiprocessen med hjälp av ultraliten halvledartillverkningsutrustning. Under demonstrationen arrangerades tre maskiner för att visa upp litografiprocessen, som inkluderade resistbeläggning, exponering och framkallning. Wafertransportbehållaren (skytteln) hölls i handen, placerades i utrustningen och aktiverades med en knapptryckning. Efter färdigställandet plockades skytteln upp och ställdes in på nästa enhet. Den interna statusen och förloppet för varje enhet visades på deras respektive monitorer.
När dessa tre processer var slutförda inspekterades wafern under ett mikroskop och avslöjade ett mönster med orden "Happy Halloween" och en pumpaillustration. Denna demonstration visade inte bara upp genomförbarheten av minimal wafer fab-teknik utan lyfte också fram dess flexibilitet och höga precision.
Dessutom har vissa företag börjat experimentera med minimal wafer fab-teknik. Till exempel har Yokogawa Solutions, ett dotterbolag till Yokogawa Electric Corporation, lanserat strömlinjeformade och estetiskt tilltalande tillverkningsmaskiner, ungefär lika stora som en dryckesautomat, var och en utrustad med funktioner för rengöring, uppvärmning och exponering. Dessa maskiner bildar i själva verket en produktionslinje för tillverkning av halvledare, och den minsta ytan som krävs för en produktionslinje för "mini wafer fab" är bara storleken på två tennisbanor, bara 1 % av ytan för en 12-tums wafer fab.
Emellertid kämpar minimala waferfabriker för närvarande för att konkurrera med stora halvledarfabriker. Ultrafina kretskonstruktioner, särskilt inom avancerad processteknik (som 7nm och lägre), förlitar sig fortfarande på avancerad utrustning och storskalig tillverkningskapacitet. 0,5-tums wafer-processer av minimal wafer fabs är mer lämpade för tillverkning av relativt enkla enheter, såsom sensorer och MEMS.
Minimala waferfabs representerar en mycket lovande ny modell för halvledartillverkning. De kännetecknas av miniatyrisering, låg kostnad och flexibilitet och förväntas ge nya marknadsmöjligheter för små och medelstora företag och innovativa företag. Fördelarna med minimala waferfabs är särskilt uppenbara i specifika applikationsområden som IoT, sensorer och MEMS.
I framtiden, när tekniken mognar och främjas ytterligare, kan minimala waferfabs bli en viktig kraft inom halvledartillverkningsindustrin. De ger inte bara småföretag möjligheter att komma in på detta område utan kan också driva förändringar i kostnadsstrukturen och produktionsmodellerna för hela branschen. För att uppnå detta mål kommer det att krävas mer ansträngningar inom teknik, talangutveckling och ekosystembyggande.
I det långa loppet kan det framgångsrika främjandet av minimala waferfabs ha en djupgående inverkan på hela halvledarindustrin, särskilt när det gäller diversifiering av leveranskedjan, flexibilitet i tillverkningsprocessen och kostnadskontroll. Den utbredda tillämpningen av denna teknik kommer att bidra till ytterligare innovation och framsteg inom den globala halvledarindustrin.
Posttid: 2024-okt-25