En el camp de la fabricació de semiconductors, el model tradicional de fabricació a gran escala i amb una gran inversió de capital s'enfronta a una revolució potencial. Amb la propera exposició "CEATEC 2024", l'Organització de Promoció de la Fabricació de Mínims de Oblles presenta un mètode de fabricació de semiconductors totalment nou que utilitza equips de fabricació de semiconductors ultra petits per a processos de litografia. Aquesta innovació ofereix oportunitats sense precedents per a les petites i mitjanes empreses (pimes) i les startups. Aquest article sintetitzarà informació rellevant per explorar els antecedents, els avantatges, els reptes i l'impacte potencial de la tecnologia de fabricació de mínims oblles en la indústria dels semiconductors.
La fabricació de semiconductors és una indústria amb una alta intensitat de capital i tecnologia. Tradicionalment, la fabricació de semiconductors requereix grans fàbriques i sales blanques per produir oblies de 12 polzades en massa. La inversió de capital per a cada gran fàbrica d'oblíferes sovint arriba fins a 2 bilions de iens (aproximadament 120.000 milions de RMB), cosa que dificulta l'entrada en aquest camp per a les pimes i les startups. Tanmateix, amb l'aparició de la tecnologia de fabricació d'oblíferes mínimes, aquesta situació està canviant.
Les fàbriques de blisters mínims són sistemes innovadors de fabricació de semiconductors que utilitzen oblies de 0,5 polzades, cosa que redueix significativament l'escala de producció i la inversió de capital en comparació amb les oblies tradicionals de 12 polzades. La inversió de capital per a aquest equip de fabricació és de només uns 500 milions de iens (aproximadament 23,8 milions de RMB), cosa que permet a les pimes i les startups començar a fabricar semiconductors amb una inversió més baixa.
Els orígens de la tecnologia de fabricació de plaques mínimes es remunten a un projecte de recerca iniciat per l'Institut Nacional de Ciència i Tecnologia Industrial Avançada (AIST) al Japó el 2008. Aquest projecte tenia com a objectiu crear una nova tendència en la fabricació de semiconductors aconseguint una producció multivarietal i en lots petits. La iniciativa, liderada pel Ministeri d'Economia, Comerç i Indústria del Japó, va implicar la col·laboració entre 140 empreses i organitzacions japoneses per desenvolupar una nova generació de sistemes de fabricació, amb l'objectiu de reduir significativament els costos i les barreres tècniques, permetent als fabricants d'automòbils i electrodomèstics produir els semiconductors i sensors que necessiten.
**Avantatges de la tecnologia de fabricació de wafers mínims:**
1. **Inversió de capital significativament reduïda:** Les fàbriques tradicionals de grans oblès requereixen inversions de capital superiors a centenars de milers de milions de iens, mentre que la inversió objectiu per a les fàbriques d'oblès mínimes és només d'1/100 a 1/1000 d'aquesta quantitat. Com que cada dispositiu és petit, no calen grans espais de fàbrica ni fotomàscares per a la formació de circuits, cosa que redueix considerablement els costos operatius.
2. **Models de producció flexibles i diversos:** Les fàbriques de plaques de circuits impresos mínimes se centren en la fabricació d'una varietat de productes en lots petits. Aquest model de producció permet a les pimes i les empreses emergents personalitzar i produir ràpidament segons les seves necessitats, satisfent la demanda del mercat de productes semiconductors personalitzats i diversos.
3. **Processos de producció simplificats:** L'equip de fabricació en fàbriques de plaques mínimes té la mateixa forma i mida per a tots els processos, i els contenidors de transport de plaques (llançadores) són universals per a cada pas. Com que l'equip i les llançadores funcionen en un entorn net, no cal mantenir sales blanques grans. Aquest disseny redueix significativament els costos i la complexitat de fabricació mitjançant tecnologia neta localitzada i processos de producció simplificats.
4. **Baix consum d'energia i ús domèstic:** L'equip de fabricació de les fàbriques de plaques de formigó també presenta un baix consum d'energia i pot funcionar amb una alimentació domèstica estàndard de 100 V CA. Aquesta característica permet que aquests dispositius s'utilitzin en entorns fora de les sales blanques, cosa que redueix encara més el consum d'energia i els costos operatius.
5. **Cicles de fabricació escurçats:** La fabricació de semiconductors a gran escala sol requerir un llarg temps d'espera des de la comanda fins al lliurament, mentre que les fàbriques de blisters mínims poden aconseguir la producció a temps de la quantitat necessària de semiconductors dins del termini desitjat. Aquest avantatge és particularment evident en camps com la Internet de les coses (IoT), que requereixen productes semiconductors petits i d'alta barreja.
**Demostració i aplicació de tecnologia:**
A l'exposició "CEATEC 2024", l'Organització de Promoció de la Fabricació de Mínims de Gràfies va demostrar el procés de litografia utilitzant equips de fabricació de semiconductors ultra petits. Durant la demostració, es van disposar tres màquines per mostrar el procés de litografia, que incloïa el recobriment de resistència, l'exposició i el revelat. El contenidor de transport de les gàbies (llançadora) es va subjectar a la mà, es va col·locar a l'equip i es va activar prement un botó. Un cop finalitzat, la llançadora es va recollir i es va col·locar al següent dispositiu. L'estat intern i el progrés de cada dispositiu es van mostrar als seus respectius monitors.
Un cop finalitzats aquests tres processos, l'oblia es va inspeccionar al microscopi, revelant un patró amb les paraules "Happy Halloween" i una il·lustració de carbassa. Aquesta demostració no només va mostrar la viabilitat de la tecnologia de fabricació mínima d'oblies, sinó que també va destacar la seva flexibilitat i alta precisió.
A més, algunes empreses han començat a experimentar amb la tecnologia de fabricació de mínimes oblies. Per exemple, Yokogawa Solutions, una filial de Yokogawa Electric Corporation, ha llançat màquines de fabricació simplificades i estèticament agradables, aproximadament de la mida d'una màquina expenedora de begudes, cadascuna equipada amb funcions de neteja, escalfament i exposició. Aquestes màquines formen efectivament una línia de producció de fabricació de semiconductors, i l'àrea mínima necessària per a una línia de producció de "mini fàbrica d'oblies" és només de la mida de dues pistes de tennis, només l'1% de l'àrea d'una fàbrica d'oblies de 12 polzades.
Tanmateix, les fàbriques de blisters mínims actualment tenen dificultats per competir amb les grans fàbriques de semiconductors. Els dissenys de circuits ultrafins, especialment en tecnologies de processos avançades (com ara 7 nm i inferiors), encara depenen d'equips avançats i capacitats de fabricació a gran escala. Els processos de blisters de 0,5 polzades de les fàbriques de blisters mínims són més adequats per fabricar dispositius relativament senzills, com ara sensors i MEMS.
Les fàbriques de blisters mínims representen un nou model molt prometedor per a la fabricació de semiconductors. Caracteritzades per la miniaturització, el baix cost i la flexibilitat, s'espera que ofereixin noves oportunitats de mercat per a les pimes i les empreses innovadores. Els avantatges de les fàbriques de blisters mínims són particularment evidents en àrees d'aplicació específiques com ara la IoT, els sensors i els MEMS.
En el futur, a mesura que la tecnologia maduri i es promogui encara més, les fàbriques de plaques de circuits integrats (MNI) podrien convertir-se en una força important en la indústria de fabricació de semiconductors. No només ofereixen a les petites empreses oportunitats per entrar en aquest camp, sinó que també poden impulsar canvis en l'estructura de costos i els models de producció de tota la indústria. Aconseguir aquest objectiu requerirà més esforços en tecnologia, desenvolupament de talent i construcció d'ecosistemes.
A la llarga, la promoció amb èxit de les fàbriques de plaques de circuits impresos mínimes podria tenir un impacte profund en tota la indústria dels semiconductors, especialment pel que fa a la diversificació de la cadena de subministrament, la flexibilitat del procés de fabricació i el control de costos. L'aplicació generalitzada d'aquesta tecnologia ajudarà a impulsar més innovació i progrés en la indústria mundial dels semiconductors.
Data de publicació: 14 d'octubre de 2024