أخبار الصناعة: أصغر مصنع لرقائق الرقائق في العالم

مصانع الرقائق ذات الحد الأدنى من الإنتاج هي أنظمة تصنيع أشباه الموصلات المبتكرة التي تستخدم رقائق بسمك 0.5 بوصة، مما يقلل بشكل كبير من حجم الإنتاج والاستثمار الرأسمالي مقارنةً بالرقائق التقليدية بسمك 12 بوصة. يبلغ الاستثمار الرأسمالي لهذه المعدات التصنيعية حوالي 500 مليون ين فقط (حوالي 23.8 مليون يوان صيني)، مما يُمكّن الشركات الصغيرة والمتوسطة والشركات الناشئة من بدء تصنيع أشباه الموصلات باستثمار أقل.

تعود أصول تقنية تصنيع الرقائق الدقيقة إلى مشروع بحثي أطلقه المعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا الصناعية المتقدمة (AIST) في اليابان عام ٢٠٠٨. هدف هذا المشروع إلى إرساء توجه جديد في تصنيع أشباه الموصلات من خلال تحقيق إنتاج متعدد الأنواع وعلى دفعات صغيرة. تضمنت هذه المبادرة، التي قادتها وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة اليابانية، تعاونًا بين ١٤٠ شركة ومؤسسة يابانية لتطوير جيل جديد من أنظمة التصنيع، بهدف خفض التكاليف والعوائق التقنية بشكل كبير، مما يسمح لمصنعي السيارات والأجهزة المنزلية بإنتاج أشباه الموصلات وأجهزة الاستشعار التي يحتاجونها.

**مزايا تقنية تصنيع الرقاقة الدنيا:**

١. **انخفاض ملحوظ في رأس المال المستثمر:** تتطلب مصانع الرقائق الكبيرة التقليدية استثمارات رأسمالية تتجاوز مئات المليارات من الين، بينما يتراوح الاستثمار المستهدف لمصانع الرقائق الصغيرة بين ١/١٠٠ و١/١٠٠٠ من هذا المبلغ فقط. ونظرًا لصغر حجم كل جهاز، لا حاجة لمساحات مصانع كبيرة أو أقنعة ضوئية لتكوين الدوائر، مما يُقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل.

٢. **نماذج إنتاج مرنة ومتنوعة:** تُركز مصانع الرقائق الصغيرة على تصنيع مجموعة متنوعة من المنتجات بكميات صغيرة. يُتيح هذا النموذج للشركات الصغيرة والمتوسطة والناشئة التخصيص والإنتاج بسرعة وفقًا لاحتياجاتها، مما يُلبي طلب السوق على منتجات أشباه الموصلات المُخصصة والمتنوعة.

٣. **عمليات إنتاج مُبسَّطة:** تتميز معدات التصنيع في مصانع الرقائق الصغيرة بنفس الشكل والحجم لجميع العمليات، كما أن حاويات نقل الرقائق (المكوكات) مُوَحَّدة لكل خطوة. ولأن المعدات والمكوكات تعمل في بيئة نظيفة، فلا حاجة لغرف نظيفة كبيرة. يُقلِّل هذا التصميم بشكل كبير من تكاليف التصنيع وتعقيده من خلال تقنية نظيفة محلية وعمليات إنتاج مُبسَّطة.

٤. **انخفاض استهلاك الطاقة واستخدام الطاقة المنزلية:** تتميز معدات التصنيع في مصانع الرقائق ذات الحد الأدنى من الاستهلاك بانخفاض استهلاكها للطاقة، ويمكن تشغيلها باستخدام طاقة تيار متردد منزلي قياسي ١٠٠ فولت. تتيح هذه الخاصية استخدام هذه الأجهزة في بيئات خارج الغرف النظيفة، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل.

٥. **دورات تصنيع مُختصرة:** عادةً ما يتطلب تصنيع أشباه الموصلات على نطاق واسع فترة انتظار طويلة من الطلب إلى التسليم، بينما يُمكن لمصانع الرقائق الصغيرة تحقيق إنتاج الكمية المطلوبة من أشباه الموصلات في الوقت المحدد ضمن الإطار الزمني المطلوب. تتجلى هذه الميزة بشكل خاص في مجالات مثل إنترنت الأشياء (IoT)، التي تتطلب منتجات أشباه موصلات صغيرة وعالية الجودة.

**عرض وتطبيق التكنولوجيا:**

في معرض "CEATEC 2024"، عرضت منظمة الترويج لتصنيع الرقائق الصغيرة عملية الطباعة الحجرية باستخدام معدات تصنيع أشباه الموصلات فائقة الصغر. خلال العرض، تم تجهيز ثلاث آلات لعرض عملية الطباعة الحجرية، والتي شملت طلاء المقاومة، والتعرض، والتحميض. أُمسكت حاوية نقل الرقائق (المكوك) باليد، ووُضعت في المعدات، وفعّلت بضغطة زر. بعد الانتهاء، تم التقاط المكوك ووضعه على الجهاز التالي. عُرضت الحالة الداخلية لكل جهاز وتقدمه على شاشاته الخاصة.

بعد إتمام هذه العمليات الثلاث، فُحصت الرقاقة تحت المجهر، فظهر نمطٌ يحمل عبارة "عيد هالوين سعيد" ورسمٌ لليقطين. لم يُبرز هذا العرض جدوى تقنية تصنيع الرقاقات بأقل كمية فحسب، بل سلّط الضوء أيضًا على مرونتها ودقتها العالية.

بالإضافة إلى ذلك، بدأت بعض الشركات بتجربة تقنية تصنيع الرقائق الصغيرة. على سبيل المثال، أطلقت شركة يوكوجاوا سوليوشنز، التابعة لشركة يوكوجاوا إلكتريك، آلات تصنيع مبسطة وجميلة، بحجم آلة بيع المشروبات تقريبًا، كل منها مزود بوظائف التنظيف والتسخين والتعرض. تُشكل هذه الآلات فعليًا خط إنتاج لتصنيع أشباه الموصلات، والمساحة الدنيا المطلوبة لخط إنتاج "مصنع رقائق صغير" لا تتجاوز مساحة ملعبي تنس، أي 1% فقط من مساحة مصنع رقائق مقاس 12 بوصة.

مع ذلك، تواجه مصانع الرقائق ذات الحد الأدنى من الدقة حاليًا صعوبة في منافسة مصانع أشباه الموصلات الكبيرة. لا تزال تصميمات الدوائر فائقة الدقة، وخاصةً في تقنيات المعالجة المتقدمة (مثل 7 نانومتر وما دونها)، تعتمد على معدات متطورة وقدرات تصنيع واسعة النطاق. تُعد عمليات تصنيع الرقائق ذات 0.5 بوصة في مصانع الرقائق ذات الحد الأدنى من الدقة أكثر ملاءمة لتصنيع أجهزة بسيطة نسبيًا، مثل المستشعرات والأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS).

تُمثل مصانع الرقائق ذات الحد الأدنى نموذجًا جديدًا واعدًا للغاية لتصنيع أشباه الموصلات. تتميز هذه المصانع بتصغير حجمها وانخفاض تكلفتها ومرونتها، ومن المتوقع أن تُتيح فرصًا سوقية جديدة للشركات الصغيرة والمتوسطة والشركات المبتكرة. تتجلى مزايا مصانع الرقائق ذات الحد الأدنى بشكل خاص في مجالات تطبيقية محددة، مثل إنترنت الأشياء، وأجهزة الاستشعار، والأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS).

في المستقبل، ومع نضج التكنولوجيا وتطورها، قد تُصبح مصانع الرقائق ذات الحد الأدنى قوةً دافعةً في صناعة أشباه الموصلات. فهي لا تُتيح للشركات الصغيرة فرصًا لدخول هذا المجال فحسب، بل قد تُحدث أيضًا تغييرات في هيكل التكلفة ونماذج الإنتاج في الصناعة بأكملها. ويتطلب تحقيق هذا الهدف بذل المزيد من الجهود في التكنولوجيا، وتنمية المواهب، وبناء منظومة متكاملة.

على المدى البعيد، قد يُحدث الترويج الناجح لمصانع الرقائق ذات الحد الأدنى من التصنيع تأثيرًا عميقًا على صناعة أشباه الموصلات بأكملها، لا سيما من حيث تنويع سلسلة التوريد، ومرونة عمليات التصنيع، وضبط التكاليف. وسيُسهم التطبيق الواسع النطاق لهذه التقنية في دفع عجلة الابتكار والتقدم في صناعة أشباه الموصلات العالمية.