Op het gebied van de productie van halfgeleiders wordt het traditionele productiemodel met grote investeringen en grote investeringen geconfronteerd met een potentiële revolutie. Met de komende tentoonstelling "CEATEC 2024" presenteert de Minimum Wafer Fab Promotion Organization een gloednieuwe halfgeleiderproductiemethode die gebruik maakt van ultrakleine halfgeleiderproductieapparatuur voor lithografische processen. Deze innovatie biedt ongekende kansen voor het midden- en kleinbedrijf (MKB) en startups. Dit artikel zal relevante informatie samenvatten om de achtergrond, voordelen, uitdagingen en potentiële impact van minimale wafer fab-technologie op de halfgeleiderindustrie te onderzoeken.
De productie van halfgeleiders is een zeer kapitaal- en technologie-intensieve industrie. Traditioneel vereist de productie van halfgeleiders grote fabrieken en cleanrooms voor de massaproductie van 12-inch wafers. De kapitaalinvestering voor elke grote wafelfabriek kan vaak oplopen tot 2 biljoen yen (ongeveer 120 miljard RMB), waardoor het moeilijk wordt voor het MKB en startups om dit veld te betreden. Met de opkomst van minimale waferfabricagetechnologie is deze situatie echter aan het veranderen.
Minimale waferfabrieken zijn innovatieve halfgeleiderproductiesystemen die gebruik maken van 0,5-inch wafers, waardoor de productieschaal en kapitaalinvesteringen aanzienlijk worden verminderd in vergelijking met traditionele 12-inch wafers. De kapitaalinvestering voor deze productieapparatuur bedraagt slechts ongeveer 500 miljoen yen (ongeveer 23,8 miljoen RMB), waardoor het MKB en startups met een lagere investering kunnen beginnen met de productie van halfgeleiders.
De oorsprong van de minimale wafer fab-technologie is terug te voeren op een onderzoeksproject dat in 2008 werd geïnitieerd door het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Japan. Dit project had tot doel een nieuwe trend in de productie van halfgeleiders te creëren door het bereiken van multivariëteiten , productie in kleine series. Het initiatief, geleid door het Japanse Ministerie van Economie, Handel en Industrie, omvatte samenwerking tussen 140 Japanse bedrijven en organisaties om een nieuwe generatie productiesystemen te ontwikkelen, met als doel de kosten en technische barrières aanzienlijk te verminderen, waardoor fabrikanten van auto's en huishoudelijke apparaten de halfgeleiders konden produceren en sensoren die ze nodig hebben.
**Voordelen van Minimum Wafer Fab-technologie:**
1. **Aanzienlijk verminderde kapitaalinvestering:** Traditionele grote wafelfabrieken vereisen kapitaalinvesteringen van meer dan honderden miljarden yen, terwijl de doelinvestering voor minimale wafelfabrieken slechts 1/100 tot 1/1000 van dat bedrag bedraagt. Omdat elk apparaat klein is, zijn er geen grote fabrieksruimtes of fotomaskers nodig voor het vormen van circuits, waardoor de operationele kosten aanzienlijk worden verlaagd.
2. **Flexibele en diverse productiemodellen:** Minimale waferfabrieken richten zich op de productie van een verscheidenheid aan producten in kleine batches. Met dit productiemodel kunnen MKB-bedrijven en startups snel maatwerk leveren en produceren volgens hun behoeften, waarmee wordt voldaan aan de marktvraag naar op maat gemaakte en diverse halfgeleiderproducten.
3. **Vereenvoudigde productieprocessen:** De productieapparatuur in minimale wafelfabrieken heeft voor alle processen dezelfde vorm en grootte, en de wafeltransportcontainers (shuttles) zijn universeel voor elke stap. Omdat de apparatuur en shuttles in een schone omgeving werken, is het niet nodig om grote schone ruimtes te onderhouden. Dit ontwerp vermindert de productiekosten en complexiteit aanzienlijk door middel van gelokaliseerde schone technologie en vereenvoudigde productieprocessen.
4. **Laag stroomverbruik en huishoudelijk stroomverbruik:** De productieapparatuur in minimale waferfabrieken heeft ook een laag stroomverbruik en kan werken op standaard huishoudelijk AC100V-vermogen. Dankzij deze eigenschap kunnen deze apparaten worden gebruikt in omgevingen buiten cleanrooms, waardoor het energieverbruik en de operationele kosten verder worden verlaagd.
5. **Verkorte productiecycli:** Grootschalige productie van halfgeleiders vereist doorgaans een lange wachttijd vanaf bestelling tot levering, terwijl minimale waferfabrieken een tijdige productie van de vereiste hoeveelheid halfgeleiders binnen het gewenste tijdsbestek kunnen realiseren. Dit voordeel is vooral duidelijk op gebieden als het Internet of Things (IoT), waarvoor kleine halfgeleiderproducten met een hoge mix nodig zijn.
**Demonstratie en toepassing van technologie:**
Op de tentoonstelling "CEATEC 2024" demonstreerde de Minimum Wafer Fab Promotion Organization het lithografieproces met behulp van ultrakleine halfgeleiderproductieapparatuur. Tijdens de demonstratie werden drie machines opgesteld om het lithografieproces te demonstreren, inclusief resistcoating, belichting en ontwikkeling. De wafeltransportcontainer (shuttle) werd in de hand gehouden, in de apparatuur geplaatst en met een druk op de knop geactiveerd. Na voltooiing werd de shuttle opgepakt en op het volgende apparaat gezet. De interne status en voortgang van elk apparaat werden weergegeven op hun respectievelijke monitoren.
Nadat deze drie processen waren voltooid, werd de wafel onder een microscoop geïnspecteerd, waarbij een patroon met de woorden "Happy Halloween" en een pompoenillustratie zichtbaar werd. Deze demonstratie demonstreerde niet alleen de haalbaarheid van minimale waferfabricagetechnologie, maar benadrukte ook de flexibiliteit en hoge precisie ervan.
Bovendien zijn sommige bedrijven begonnen te experimenteren met minimale waferfabricagetechnologie. Yokogawa Solutions, een dochteronderneming van Yokogawa Electric Corporation, heeft bijvoorbeeld gestroomlijnde en esthetisch aantrekkelijke productiemachines gelanceerd, ongeveer zo groot als een drankautomaat, elk uitgerust met functies voor schoonmaken, verwarmen en belichten. Deze machines vormen in feite een productielijn voor de productie van halfgeleiders, en de minimale oppervlakte die nodig is voor een productielijn voor een "mini-waferfabriek" is slechts zo groot als twee tennisbanen, slechts 1% van de oppervlakte van een 12-inch wafelfabriek.
Minimale waferfabrieken hebben momenteel echter moeite om te concurreren met grote halfgeleiderfabrieken. Ultrafijne circuitontwerpen, vooral in geavanceerde procestechnologieën (zoals 7 nm en lager), zijn nog steeds afhankelijk van geavanceerde apparatuur en grootschalige productiemogelijkheden. De 0,5-inch waferprocessen van minimale waferfabrieken zijn geschikter voor het vervaardigen van relatief eenvoudige apparaten, zoals sensoren en MEMS.
Minimale waferfabrieken vertegenwoordigen een veelbelovend nieuw model voor de productie van halfgeleiders. Gekenmerkt door miniaturisatie, lage kosten en flexibiliteit, zullen ze naar verwachting nieuwe marktkansen bieden voor het MKB en innovatieve bedrijven. De voordelen van minimale waferfabrieken komen vooral tot uiting in specifieke toepassingsgebieden zoals IoT, sensoren en MEMS.
In de toekomst, naarmate de technologie volwassener wordt en verder wordt gepromoot, zouden minimale waferfabrieken een belangrijke kracht kunnen worden in de halfgeleiderindustrie. Ze bieden niet alleen kleine bedrijven kansen om dit veld te betreden, maar kunnen ook veranderingen in de kostenstructuur en productiemodellen van de hele industrie teweegbrengen. Om dit doel te bereiken zullen meer inspanningen nodig zijn op het gebied van technologie, talentontwikkeling en het opbouwen van ecosystemen.
Op de lange termijn zou de succesvolle promotie van minimale waferfabrieken een diepgaande impact kunnen hebben op de gehele halfgeleiderindustrie, vooral in termen van diversificatie van de toeleveringsketen, flexibiliteit van het productieproces en kostenbeheersing. De wijdverbreide toepassing van deze technologie zal verdere innovatie en vooruitgang in de mondiale halfgeleiderindustrie helpen stimuleren.
Posttijd: 25 oktober 2024