أخبار الصناعة: أصغر مصنع رقائق في العالم

تُعدّ مصانع رقائق السيليكون المصغّرة أنظمةً مبتكرةً لتصنيع أشباه الموصلات، تستخدم رقائق سيليكون بحجم 0.5 بوصة، مما يُقلّل بشكلٍ كبيرٍ من حجم الإنتاج والاستثمار الرأسمالي مقارنةً برقائق السيليكون التقليدية بحجم 12 بوصة. يبلغ الاستثمار الرأسمالي لهذه المعدات التصنيعية حوالي 500 مليون ين ياباني (ما يُعادل 23.8 مليون يوان صيني تقريبًا)، مما يُمكّن الشركات الصغيرة والمتوسطة والشركات الناشئة من بدء تصنيع أشباه الموصلات باستثمارٍ أقل.

تعود جذور تقنية تصنيع الرقائق المصغرة إلى مشروع بحثي أطلقه المعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا الصناعية المتقدمة (AIST) في اليابان عام 2008. هدف هذا المشروع إلى إرساء توجه جديد في صناعة أشباه الموصلات من خلال تحقيق إنتاج متعدد الأنواع بكميات صغيرة. وشملت هذه المبادرة، التي قادتها وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة اليابانية، تعاون 140 شركة ومنظمة يابانية لتطوير جيل جديد من أنظمة التصنيع، بهدف خفض التكاليف والعوائق التقنية بشكل كبير، مما يُمكّن مصنعي السيارات والأجهزة المنزلية من إنتاج أشباه الموصلات وأجهزة الاستشعار التي يحتاجونها.

**مزايا تقنية تصنيع الرقائق المصغرة:**

1. **انخفاض كبير في الاستثمار الرأسمالي:** تتطلب مصانع رقائق السيليكون التقليدية الكبيرة استثمارات رأسمالية تتجاوز مئات المليارات من الين، بينما لا يتجاوز الاستثمار المستهدف لمصانع رقائق السيليكون الصغيرة 1/100 إلى 1/1000 من هذا المبلغ. ونظرًا لصغر حجم كل جهاز، فلا حاجة لمساحات مصانع كبيرة أو أقنعة ضوئية لتشكيل الدوائر، مما يقلل تكاليف التشغيل بشكل كبير.

٢. **نماذج إنتاج مرنة ومتنوعة:** تركز مصانع رقائق السيليكون المصغرة على تصنيع مجموعة متنوعة من المنتجات بكميات صغيرة. يتيح نموذج الإنتاج هذا للشركات الصغيرة والمتوسطة والشركات الناشئة تخصيص المنتجات وإنتاجها بسرعة وفقًا لاحتياجاتها، مما يلبي طلب السوق على منتجات أشباه الموصلات المخصصة والمتنوعة.

3. **عمليات إنتاج مبسطة:** تتميز معدات التصنيع في مصانع رقائق السيليكون المصغرة بنفس الشكل والحجم لجميع العمليات، كما أن حاويات نقل الرقائق (الناقلات) موحدة لكل خطوة. وبما أن المعدات والناقلات تعمل في بيئة نظيفة، فلا حاجة لصيانة غرف نظيفة كبيرة. يساهم هذا التصميم في خفض تكاليف التصنيع وتعقيداته بشكل ملحوظ من خلال تقنية التنظيف المحلية وعمليات الإنتاج المبسطة.

٤. **استهلاك منخفض للطاقة واستخدام الطاقة المنزلية:** تتميز معدات التصنيع في مصانع رقائق السيليكون المصغرة باستهلاك منخفض للطاقة، ويمكن تشغيلها باستخدام التيار الكهربائي المنزلي القياسي بجهد ١٠٠ فولت. تتيح هذه الخاصية استخدام هذه الأجهزة في بيئات خارج غرف التعقيم، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل.

٥. **تقصير دورات التصنيع:** يتطلب تصنيع أشباه الموصلات على نطاق واسع عادةً فترة انتظار طويلة من الطلب إلى التسليم، بينما يمكن لمصانع رقائق السيليكون المصغرة تحقيق إنتاج الكمية المطلوبة من أشباه الموصلات في الوقت المحدد ضمن الإطار الزمني المطلوب. وتبرز هذه الميزة بشكل خاص في مجالات مثل إنترنت الأشياء، التي تتطلب منتجات أشباه موصلات صغيرة ومتنوعة.

**عرض وتطبيق التكنولوجيا:**

في معرض "CEATEC 2024"، عرضت منظمة تعزيز تصنيع الرقائق المصغرة عملية الطباعة الحجرية باستخدام معدات تصنيع أشباه الموصلات فائقة الصغر. وخلال العرض، تم ترتيب ثلاث آلات لعرض عملية الطباعة الحجرية، والتي شملت طلاء المقاوم الضوئي، والتعريض، والتظهير. تم حمل حاوية نقل الرقاقة (المكوك) يدويًا، ووضعها في المعدات، وتفعيلها بضغطة زر. بعد الانتهاء، تم التقاط المكوك ووضعه على الجهاز التالي. وتم عرض الحالة الداخلية وتقدم كل جهاز على شاشته الخاصة.

بعد إتمام هذه العمليات الثلاث، تم فحص الرقاقة تحت المجهر، فظهر عليها نقشٌ يحمل عبارة "عيد هالوين سعيد" ورسمة يقطينة. لم يُظهر هذا العرض التوضيحي جدوى تقنية تصنيع الرقاقات المصغرة فحسب، بل أبرز أيضًا مرونتها ودقتها العالية.

بالإضافة إلى ذلك، بدأت بعض الشركات بتجربة تقنية تصنيع الرقائق المصغرة. فعلى سبيل المثال، أطلقت شركة يوكوجاوا سوليوشنز، التابعة لشركة يوكوجاوا إلكتريك، آلات تصنيع انسيابية وجذابة، بحجم آلة بيع المشروبات تقريبًا، ومجهزة بوظائف التنظيف والتسخين والتعريض. تُشكل هذه الآلات خط إنتاج فعالًا لأشباه الموصلات، ولا تتجاوز المساحة المطلوبة لخط إنتاج "الرقائق المصغرة" مساحة ملعبَي تنس، أي ما يعادل 1% فقط من مساحة مصنع رقائق بحجم 12 بوصة.

مع ذلك، تواجه مصانع تصنيع الرقائق الدقيقة حاليًا صعوبة في منافسة مصانع أشباه الموصلات الكبيرة. ولا تزال تصميمات الدوائر فائقة الدقة، وخاصةً في تقنيات المعالجة المتقدمة (مثل 7 نانومتر وما دون)، تعتمد على معدات متطورة وقدرات تصنيع واسعة النطاق. وتُعدّ عمليات تصنيع الرقائق بقياس 0.5 بوصة في مصانع الرقائق الدقيقة أكثر ملاءمةً لتصنيع الأجهزة البسيطة نسبيًا، مثل أجهزة الاستشعار وأنظمة MEMS.

تمثل مصانع الرقائق المصغرة نموذجًا جديدًا واعدًا للغاية في صناعة أشباه الموصلات. وبفضل صغر حجمها، وانخفاض تكلفتها، ومرونتها، يُتوقع أن توفر هذه المصانع فرصًا سوقية جديدة للشركات الصغيرة والمتوسطة والشركات المبتكرة. وتتجلى مزايا مصانع الرقائق المصغرة بشكل خاص في مجالات تطبيقية محددة مثل إنترنت الأشياء، وأجهزة الاستشعار، وأنظمة MEMS.

في المستقبل، ومع نضوج التكنولوجيا وتطورها، قد تصبح مصانع رقائق السيليكون المصغرة قوةً مؤثرة في صناعة أشباه الموصلات. فهي لا توفر فقط فرصًا للشركات الصغيرة لدخول هذا المجال، بل قد تُحدث تغييرات في هيكل التكاليف ونماذج الإنتاج في الصناعة بأكملها. ويتطلب تحقيق هذا الهدف بذل المزيد من الجهود في مجالات التكنولوجيا، وتنمية المواهب، وبناء منظومة متكاملة.

على المدى البعيد، قد يكون للترويج الناجح لمصانع رقائق السيليكون المصغرة أثرٌ بالغٌ على صناعة أشباه الموصلات بأكملها، لا سيما فيما يتعلق بتنويع سلاسل التوريد، ومرونة عمليات التصنيع، والتحكم في التكاليف. وسيساهم التطبيق الواسع النطاق لهذه التقنية في دفع عجلة الابتكار والتقدم في صناعة أشباه الموصلات العالمية.