Trong lĩnh vực sản xuất chất bán dẫn, mô hình sản xuất truyền thống quy mô lớn, vốn đầu tư cao đang đứng trước một cuộc cách mạng tiềm năng. Với triển lãm "CEATEC 2024" sắp tới, Tổ chức Xúc tiến Tấm wafer Tối thiểu đang giới thiệu một phương pháp sản xuất chất bán dẫn hoàn toàn mới sử dụng thiết bị sản xuất chất bán dẫn siêu nhỏ cho quy trình in thạch bản. Sự đổi mới này đang mang lại những cơ hội chưa từng có cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SME) và các công ty khởi nghiệp. Bài viết này sẽ tổng hợp thông tin liên quan để khám phá bối cảnh, lợi thế, thách thức và tác động tiềm tàng của công nghệ chế tạo tấm bán dẫn tối thiểu đối với ngành bán dẫn.
Sản xuất chất bán dẫn là một ngành sử dụng nhiều vốn và công nghệ. Theo truyền thống, sản xuất chất bán dẫn đòi hỏi các nhà máy lớn và phòng sạch để sản xuất hàng loạt tấm wafer 12 inch. Vốn đầu tư cho mỗi nhà máy sản xuất tấm wafer lớn thường lên tới 2 nghìn tỷ yên (khoảng 120 tỷ RMB), gây khó khăn cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ và các công ty khởi nghiệp khi tham gia vào lĩnh vực này. Tuy nhiên, với sự xuất hiện của công nghệ sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu, tình trạng này đang thay đổi.
Nhà máy sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu là hệ thống sản xuất chất bán dẫn cải tiến sử dụng tấm bán dẫn 0,5 inch, giúp giảm đáng kể quy mô sản xuất và vốn đầu tư so với tấm bán dẫn 12 inch truyền thống. Vốn đầu tư cho thiết bị sản xuất này chỉ khoảng 500 triệu yên (khoảng 23,8 triệu RMB), cho phép các doanh nghiệp vừa và nhỏ và các công ty khởi nghiệp bắt đầu sản xuất chất bán dẫn với mức đầu tư thấp hơn.
Nguồn gốc của công nghệ sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu có thể bắt nguồn từ một dự án nghiên cứu do Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến (AIST) Quốc gia (AIST) khởi xướng tại Nhật Bản vào năm 2008. Dự án này nhằm tạo ra một xu hướng mới trong sản xuất chất bán dẫn bằng cách đạt được sự đa dạng , sản xuất hàng loạt nhỏ. Sáng kiến này do Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản dẫn đầu, có sự hợp tác giữa 140 công ty và tổ chức Nhật Bản để phát triển hệ thống sản xuất thế hệ mới, nhằm giảm đáng kể chi phí và các rào cản kỹ thuật, cho phép các nhà sản xuất ô tô và thiết bị gia dụng sản xuất chất bán dẫn. và cảm biến mà họ cần.
**Ưu điểm của công nghệ wafer Fab tối thiểu:**
1. **Đầu tư vốn giảm đáng kể:** Các nhà máy sản xuất tấm wafer lớn truyền thống yêu cầu vốn đầu tư vượt quá hàng trăm tỷ yên, trong khi mức đầu tư mục tiêu cho các nhà máy sản xuất tấm wafer tối thiểu chỉ bằng 1/100 đến 1/1000 số tiền đó. Vì mỗi thiết bị đều nhỏ nên không cần không gian nhà máy lớn hoặc mặt nạ quang để hình thành mạch, giúp giảm đáng kể chi phí vận hành.
2. **Mô hình sản xuất linh hoạt và đa dạng:** Nhà máy wafer tối thiểu tập trung vào sản xuất nhiều loại sản phẩm lô nhỏ. Mô hình sản xuất này cho phép các doanh nghiệp vừa và nhỏ và các công ty khởi nghiệp nhanh chóng tùy chỉnh và sản xuất theo nhu cầu, đáp ứng nhu cầu thị trường về các sản phẩm bán dẫn tùy biến và đa dạng.
3. **Quy trình sản xuất được đơn giản hóa:** Thiết bị sản xuất trong các nhà máy sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu có hình dạng và kích thước giống nhau cho tất cả các quy trình, đồng thời các thùng vận chuyển tấm bán dẫn (con thoi) là phổ biến cho từng bước. Vì thiết bị và xe vận chuyển hoạt động trong môi trường sạch sẽ nên không cần phải duy trì phòng sạch lớn. Thiết kế này giúp giảm đáng kể chi phí và độ phức tạp sản xuất thông qua công nghệ sạch cục bộ và quy trình sản xuất đơn giản hóa.
4. **Tiêu thụ điện năng thấp và sử dụng điện năng trong gia đình:** Thiết bị sản xuất trong các nhà máy sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu cũng có mức tiêu thụ điện năng thấp và có thể hoạt động bằng nguồn điện AC100V tiêu chuẩn trong gia đình. Đặc tính này cho phép các thiết bị này được sử dụng trong môi trường bên ngoài phòng sạch, giúp giảm hơn nữa mức tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành.
5. **Chu kỳ sản xuất rút ngắn:** Sản xuất chất bán dẫn quy mô lớn thường yêu cầu thời gian chờ đợi lâu từ khi đặt hàng đến khi giao hàng, trong khi các nhà máy bán dẫn ở mức tối thiểu có thể sản xuất đúng thời gian số lượng chất bán dẫn cần thiết trong khung thời gian mong muốn. Lợi thế này đặc biệt rõ ràng trong các lĩnh vực như Internet of Things (IoT), vốn yêu cầu các sản phẩm bán dẫn nhỏ, có độ kết hợp cao.
**Trình diễn và ứng dụng công nghệ:**
Tại triển lãm "CEATEC 2024", Tổ chức Xúc tiến wafer Fab tối thiểu đã trình diễn quy trình in thạch bản bằng thiết bị sản xuất chất bán dẫn siêu nhỏ. Trong buổi trình diễn, ba chiếc máy đã được bố trí để giới thiệu quy trình in thạch bản, bao gồm lớp phủ chống thấm, phơi sáng và hiện ảnh. Thùng vận chuyển wafer (con thoi) được cầm trên tay, đặt vào thiết bị và được kích hoạt chỉ bằng cách nhấn nút. Sau khi hoàn thành, tàu con thoi được nhấc lên và đặt trên thiết bị tiếp theo. Trạng thái bên trong và tiến trình của từng thiết bị được hiển thị trên màn hình tương ứng.
Sau khi hoàn thành ba quá trình này, tấm wafer được kiểm tra dưới kính hiển vi, để lộ ra hoa văn có dòng chữ "Happy Halloween" và hình minh họa quả bí ngô. Cuộc trình diễn này không chỉ cho thấy tính khả thi của công nghệ sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu mà còn nêu bật tính linh hoạt và độ chính xác cao của nó.
Ngoài ra, một số công ty đã bắt đầu thử nghiệm công nghệ sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu. Ví dụ, Yokogawa Solutions, một công ty con của Tập đoàn Điện lực Yokogawa, đã cho ra mắt các máy sản xuất hợp lý và có tính thẩm mỹ cao, có kích thước gần bằng một máy bán đồ uống tự động, mỗi máy được trang bị các chức năng làm sạch, sưởi ấm và phơi sáng. Những máy này tạo thành một dây chuyền sản xuất chất bán dẫn một cách hiệu quả và diện tích tối thiểu cần thiết cho dây chuyền sản xuất "nhà máy bán dẫn mini" chỉ bằng kích thước của hai sân tennis, chỉ bằng 1% diện tích của một nhà máy sản xuất bánh bán dẫn 12 inch.
Tuy nhiên, các nhà máy sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu hiện đang gặp khó khăn trong việc cạnh tranh với các nhà máy bán dẫn lớn. Các thiết kế mạch siêu mịn, đặc biệt là trong các công nghệ xử lý tiên tiến (chẳng hạn như 7nm trở xuống), vẫn dựa vào thiết bị tiên tiến và khả năng sản xuất quy mô lớn. Quy trình sản xuất tấm bán dẫn 0,5 inch của các nhà máy sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu phù hợp hơn để sản xuất các thiết bị tương đối đơn giản, chẳng hạn như cảm biến và MEMS.
Các nhà máy sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu đại diện cho một mô hình mới đầy hứa hẹn cho sản xuất chất bán dẫn. Với đặc điểm thu nhỏ, chi phí thấp và tính linh hoạt, chúng được kỳ vọng sẽ mang lại cơ hội thị trường mới cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ và các công ty đổi mới. Ưu điểm của các nhà máy wafer tối thiểu đặc biệt rõ ràng trong các lĩnh vực ứng dụng cụ thể như IoT, cảm biến và MEMS.
Trong tương lai, khi công nghệ hoàn thiện và được phát triển hơn nữa, các nhà máy sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu có thể trở thành một lực lượng quan trọng trong ngành sản xuất chất bán dẫn. Chúng không chỉ mang đến cho các doanh nghiệp nhỏ cơ hội tham gia vào lĩnh vực này mà còn có thể thúc đẩy những thay đổi trong cơ cấu chi phí và mô hình sản xuất của toàn ngành. Để đạt được mục tiêu này sẽ đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn nữa về công nghệ, phát triển nhân tài và xây dựng hệ sinh thái.
Về lâu dài, việc thúc đẩy thành công các nhà máy sản xuất tấm bán dẫn tối thiểu có thể có tác động sâu sắc đến toàn bộ ngành công nghiệp bán dẫn, đặc biệt là về mặt đa dạng hóa chuỗi cung ứng, tính linh hoạt của quy trình sản xuất và kiểm soát chi phí. Việc ứng dụng rộng rãi công nghệ này sẽ giúp thúc đẩy sự đổi mới và tiến bộ hơn nữa trong ngành bán dẫn toàn cầu.
Thời gian đăng: 25/10/2024