وفي مجال تصنيع أشباه الموصلات، يواجه نموذج التصنيع الاستثماري التقليدي واسع النطاق وعالي رأس المال ثورة محتملة. من خلال معرض "CEATEC 2024" القادم، تعرض منظمة الحد الأدنى للترويج لرقائق الويفر طريقة جديدة تمامًا لتصنيع أشباه الموصلات تستخدم معدات تصنيع أشباه الموصلات الصغيرة جدًا لعمليات الطباعة الحجرية. يوفر هذا الابتكار فرصًا غير مسبوقة للشركات الصغيرة والمتوسطة والشركات الناشئة. ستقوم هذه المقالة بتجميع المعلومات ذات الصلة لاستكشاف الخلفية والمزايا والتحديات والتأثير المحتمل لتقنية الحد الأدنى من تصنيع الرقائق على صناعة أشباه الموصلات.
صناعة أشباه الموصلات هي صناعة كثيفة رأس المال والتكنولوجيا. تقليديا، يتطلب تصنيع أشباه الموصلات مصانع كبيرة وغرف نظيفة لإنتاج رقائق بحجم 12 بوصة بكميات كبيرة. غالبًا ما يصل الاستثمار الرأسمالي لكل مصنع كبير من الرقاقات إلى 2 تريليون ين (حوالي 120 مليار يوان صيني)، مما يجعل من الصعب على الشركات الصغيرة والمتوسطة والشركات الناشئة دخول هذا المجال. ومع ذلك، مع ظهور الحد الأدنى من تكنولوجيا تصنيع الويفر، فإن هذا الوضع آخذ في التغير.
إن مصانع الويفر الدنيا عبارة عن أنظمة تصنيع مبتكرة لأشباه الموصلات تستخدم رقائق بحجم 0.5 بوصة، مما يقلل بشكل كبير من حجم الإنتاج واستثمار رأس المال مقارنة بالرقائق التقليدية مقاس 12 بوصة. يبلغ الاستثمار الرأسمالي لمعدات التصنيع هذه حوالي 500 مليون ين فقط (حوالي 23.8 مليون يوان صيني)، مما يمكّن الشركات الصغيرة والمتوسطة والشركات الناشئة من البدء في تصنيع أشباه الموصلات باستثمارات أقل.
يمكن إرجاع أصول تقنية الحد الأدنى من تصنيع الرقائق إلى مشروع بحثي بدأه المعهد الوطني للعلوم الصناعية المتقدمة والتكنولوجيا (AIST) في اليابان في عام 2008. ويهدف هذا المشروع إلى خلق اتجاه جديد في تصنيع أشباه الموصلات من خلال تحقيق تنوع متعدد. ، إنتاج دفعة صغيرة. وتضمنت المبادرة، التي قادتها وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة اليابانية، التعاون بين 140 شركة ومنظمة يابانية لتطوير جيل جديد من أنظمة التصنيع، بهدف تقليل التكاليف والحواجز التقنية بشكل كبير، مما يسمح لمصنعي السيارات والأجهزة المنزلية بإنتاج أشباه الموصلات. وأجهزة الاستشعار التي يحتاجونها.
**مزايا الحد الأدنى من تقنية ويفر فاب:**
1. ** انخفاض كبير في استثمار رأس المال: ** تتطلب مصانع الرقاقات الكبيرة التقليدية استثمارات رأسمالية تتجاوز مئات المليارات من الين، في حين أن الاستثمار المستهدف للحد الأدنى من مصانع الرقاقات هو 1/100 إلى 1/1000 فقط من هذا المبلغ. نظرًا لصغر حجم كل جهاز، ليست هناك حاجة لمساحات كبيرة في المصنع أو أقنعة ضوئية لتشكيل الدوائر، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل.
2. **نماذج إنتاج مرنة ومتنوعة:** تركز مصانع الويفر الدنيا على تصنيع مجموعة متنوعة من المنتجات ذات الدفعات الصغيرة. يسمح نموذج الإنتاج هذا للشركات الصغيرة والمتوسطة والشركات الناشئة بالتخصيص والإنتاج بسرعة وفقًا لاحتياجاتها، مما يلبي طلب السوق على منتجات أشباه الموصلات المخصصة والمتنوعة.
3. **عمليات الإنتاج المبسطة:** تتمتع معدات التصنيع في مصانع الويفر بنفس الشكل والحجم لجميع العمليات، وتكون حاويات نقل الويفر (المكوكات) عالمية لكل خطوة. وبما أن المعدات والحافلات تعمل في بيئة نظيفة، ليست هناك حاجة للحفاظ على غرف نظيفة كبيرة. ويقلل هذا التصميم بشكل كبير من تكاليف التصنيع والتعقيد من خلال التكنولوجيا النظيفة المحلية وعمليات الإنتاج المبسطة.
4. **الاستهلاك المنخفض للطاقة واستخدام الطاقة المنزلية:** تتميز معدات التصنيع في مصانع الويفر ذات الحد الأدنى أيضًا باستهلاك منخفض للطاقة ويمكن أن تعمل على طاقة منزلية قياسية تبلغ 100 فولت. تسمح هذه الخاصية باستخدام هذه الأجهزة في بيئات خارج الغرف النظيفة، مما يقلل بشكل أكبر من استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل.
5. **دورات تصنيع مختصرة:** عادةً ما يتطلب تصنيع أشباه الموصلات على نطاق واسع وقتًا طويلاً من وقت الطلب إلى التسليم، في حين يمكن لمصانع الرقائق تحقيق إنتاج في الوقت المحدد للكمية المطلوبة من أشباه الموصلات خلال الإطار الزمني المطلوب. وتتجلى هذه الميزة بشكل خاص في مجالات مثل إنترنت الأشياء (IoT)، والتي تتطلب منتجات صغيرة عالية الجودة من أشباه الموصلات.
**عرض وتطبيق التكنولوجيا:**
وفي معرض "CEATEC 2024"، عرضت منظمة الحد الأدنى لترويج تصنيع الويفر عملية الطباعة الحجرية باستخدام معدات تصنيع أشباه الموصلات الصغيرة جدًا. خلال العرض التوضيحي، تم ترتيب ثلاث آلات لعرض عملية الطباعة الحجرية، والتي تضمنت الطلاء المقاوم، والتعرض، والتطوير. تم الإمساك بحاوية نقل الرقاقة (المكوك) باليد، ووضعها في المعدات، وتفعيلها بضغطة زر. بعد الانتهاء، تم التقاط المكوك وضبطه على الجهاز التالي. تم عرض الحالة الداخلية والتقدم لكل جهاز على الشاشات الخاصة به.
بمجرد الانتهاء من هذه العمليات الثلاث، تم فحص الرقاقة تحت المجهر، وكشف عن نمط به عبارة "هالوين سعيد" ورسم يقطينة توضيحي. لم يعرض هذا العرض التوضيحي جدوى تقنية الحد الأدنى من تصنيع الويفر فحسب، بل سلط الضوء أيضًا على مرونتها ودقتها العالية.
بالإضافة إلى ذلك، بدأت بعض الشركات في تجربة الحد الأدنى من تكنولوجيا تصنيع الويفر. على سبيل المثال، أطلقت شركة يوكوجاوا سوليوشنز، وهي شركة تابعة لشركة يوكوجاوا للكهرباء، آلات تصنيع مبسطة وجذابة من الناحية الجمالية، بحجم آلة بيع المشروبات تقريبًا، وكل منها مجهز بوظائف التنظيف والتدفئة والتعرض. تشكل هذه الآلات بشكل فعال خط إنتاج لتصنيع أشباه الموصلات، والحد الأدنى للمساحة المطلوبة لخط إنتاج "الويفر الصغير" هو فقط حجم ملعبي تنس، أي 1% فقط من مساحة مصنع الويفر مقاس 12 بوصة.
ومع ذلك، فإن مصانع الرقاقات الدنيا تكافح حاليًا للتنافس مع مصانع أشباه الموصلات الكبيرة. لا تزال تصميمات الدوائر فائقة الدقة، خاصة في تقنيات المعالجة المتقدمة (مثل 7 نانومتر وما دونها)، تعتمد على المعدات المتقدمة وقدرات التصنيع واسعة النطاق. تعد عمليات تصنيع الرقاقات مقاس 0.5 بوصة للحد الأدنى من مصانع الرقاقات أكثر ملاءمة لتصنيع الأجهزة البسيطة نسبيًا، مثل أجهزة الاستشعار والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة.
تمثل مصانع الويفر الدنيا نموذجًا جديدًا واعدًا للغاية لتصنيع أشباه الموصلات. وتتميز بالتصغير والتكلفة المنخفضة والمرونة، ومن المتوقع أن توفر فرصًا جديدة في السوق للشركات الصغيرة والمتوسطة والشركات المبتكرة. تتجلى مزايا الحد الأدنى من مصانع الرقاقات بشكل خاص في مجالات تطبيقية محددة مثل إنترنت الأشياء، وأجهزة الاستشعار، والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة.
في المستقبل، مع نضوج التكنولوجيا وتعزيزها بشكل أكبر، يمكن أن تصبح مصانع الرقاقات الدنيا قوة مهمة في صناعة تصنيع أشباه الموصلات. فهي لا توفر للشركات الصغيرة فرصًا لدخول هذا المجال فحسب، بل قد تؤدي أيضًا إلى إحداث تغييرات في هيكل التكلفة ونماذج الإنتاج للصناعة بأكملها. وسيتطلب تحقيق هذا الهدف بذل المزيد من الجهود في مجال التكنولوجيا وتنمية المواهب وبناء النظام البيئي.
على المدى الطويل، يمكن أن يكون للترويج الناجح للحد الأدنى من مصانع الرقائق تأثير عميق على صناعة أشباه الموصلات بأكملها، لا سيما فيما يتعلق بتنويع سلسلة التوريد، ومرونة عملية التصنيع، والتحكم في التكاليف. سيساعد التطبيق الواسع النطاق لهذه التكنولوجيا على دفع المزيد من الابتكار والتقدم في صناعة أشباه الموصلات العالمية.
وقت النشر: 25 أكتوبر 2024