«Фабрика мини-вафель» помогает Японии вернуть себе пик?

Хотя Япония в настоящее время строит завод по производству 2-нанометровых полупроводников и сотрудничает с TSMC для строительства заводов в Японии, многие не считают это эффективной стратегией. В японской полупроводниковой промышленности разработка готовой продукции (полупроводников) может быть достигнута за счет полного использования оборудования и прочности материалов. Сила, способная справиться с этой огромной задачей, исходит от «фабрик по производству мини-пластин».

Принято считать, что производство полупроводников требует огромных инвестиций. С одной стороны, Тайваньская компания по производству полупроводников (TSMC) и предприятия других компаний по производству полупроводников быстро развиваются в отрасли; с другой стороны, постоянно растущий спрос привел к увеличению сроков поставки полупроводников. Чтобы решить проблему длительных сроков поставки и медленной скорости реакции в полупроводниковой промышленности, Национальный институт передовых промышленных наук и технологий (AIST) с 2008 года разрабатывает «фабрики по производству мини-пластин». производить небольшие количества и различные разновидности полупроводников, привнося новые тенденции в индустрию производства полупроводников.

Фабрики по производству мини-пластин традиционно использовались только для прототипирования, но чтобы быстро применить их к массовому производству, исследователи AIST в декабре 2022 года основали компанию Hundred Semiconductors Company (расположенную в городе Касива, префектура Тиба, Япония). Название компании содержит значение «предоставление клиентам нескольких типов полупроводников». Ее представительный директор г-н Фумихито Курамура заявил: «Мы планируем создать мир, в котором каждый сможет разрабатывать и производить полупроводники».

Одним из преимуществ заводов по производству мини-вафель является возможность производить любое количество полупроводников, даже один. В отличие от массового производства, его преимущество заключается в производстве небольших партий и нескольких сортов.

Фабрики по производству мини-вафель не используют традиционные пластины большого размера, а вместо этого изготавливают схемы на «половинчатых пластинах» диаметром 12.5 см. Размер производственного оборудования составляет 30 см (ширина) * 144 см (высота) * 45 см (глубина), и оно может выполнять множество процессов, таких как экспонирование. Также может использоваться совместно с оборудованием «Мега Фаб» (mega wafer fab). Поскольку размеры оборудования, используемого в каждом процессе, одинаковы, для транспортировки пластин между оборудованием можно использовать роботов.

Кроме того, фабрики по производству мини-вафель также оснащены «Мини-челноком», который может запечатывать «полдюймовые вафли», устраняя необходимость в чистых помещениях. Хотя это сложно применить к производству сверхсовременных полупроводников, существует достаточно возможностей для производства таких продуктов, как датчики и микроэлектромеханические системы (МЭМС).

Одним из преимуществ заводов по производству мини-пластин является то, что они позволяют сократить инвестиции в оборудование. В целом мегафабрики по производству пластин требуют инвестиций в оборудование в десятки миллиардов иен (или даже больше). С другой стороны, целевой объем инвестиций в фабрики по производству мини-пластин составляет от 1/100 до 1/1000 от этой суммы. Поскольку размеры всех видов оборудования относительно невелики, оно не требует больших производственных площадей и не требует «фотошаблонов», используемых для формирования линий, поэтому разница в стоимости по сравнению с мегафабриками по производству пластин огромна.

Кроме того, цикл поставки мини-вафельных заводов чрезвычайно короткий. Для крупномасштабного производства полупроводников время от производства до поставки чрезвычайно велико; Фабрики по производству мини-вафель используют режим «точно в срок», позволяющий производить необходимое количество в нужное время.

Ожидается, что вышеуказанные характеристики сыграют роль в производстве небольших партий и различных разновидностей полупроводников в направлении IoT (Интернета вещей). Директор-представитель Курамура сказал: «Поскольку объем заказов клиентов невелик, мы можем обрабатывать небольшие заказы, с которыми не могут справиться литейные предприятия».

С момента запуска проекта в 2008 году АИСТ занимается разработкой оборудования для производства полудюймовых пластин. В то же время, чтобы как можно скорее продвигать фабрики по производству мини-вафель, AIST в 2017 году создала «агентство по продвижению фабрик по производству мини-вафель» в городе Цукуба, префектура Ибараки, Япония, но прогресс был медленным, поскольку они не могли найти игроков, которые мог умело использовать фабрики по производству мини-вафель. Директор-представитель Курамура сказал: «Мы рано коммерциализировали производственное оборудование и полудюймовые пластины, но мы не нашли талантливых людей и компаний, которые могли бы умело использовать фабрики по производству мини-вафель».

Для дальнейшего продвижения фабрик по производству мини-пластин компания Hundred Semiconductors фокусируется на прототипах полупроводников и заказах, которые не могут выполнить фабрики по производству пластин. Фабрики по производству мини-пластин шаг за шагом работают над решением таких проблем, как принятие сложных бизнес-решений (например, точное прогнозирование потребительского спроса и оценка целесообразности инвестиций) и переход от прототипирования к массовому производству. Принимая заказы, которые мега-фабрики по производству пластин не могут выполнить, они будут и дальше продвигать фабрики по производству мини-вафель.

Сегодня компания Hundred Semiconductors активно продвигает деятельность в области проектирования, прототипирования и массового производства полупроводников. Цель – обмен опытом с клиентами для достижения цели популяризации технологии производства. При этом они продолжат повышать скорость совершенствования прототипов, чтобы быстрее перейти к серийному производству.

Кроме того, AIST также способствует разработке программного обеспечения для проектирования, которое можно использовать для предприятий по производству мини-пластин. Его цель — в течение года разработать PDK (Process Design Kit) для комплементарных металлооксидных полупроводников (КМОП). Кроме того, чтобы облегчить использование, они рассматривают возможность стандартизации конструкции базовых линий и определения приоритетности их применения в исследованиях и разработках. В дальнейшем прототипирование будет проводиться в Приморском городском центре AIST (Кото-ку, Токио) и Центре Цукуба (город Цукуба, префектура Ибараки).

Кроме того, AIST изучает новые возможности применения. Например, рассматривая проблему энергопотребления, AIST обсуждает вопрос о заполнении пробела, который не могут удовлетворить интегральные схемы (FPGA, программируемые), с целью предоставления и популяризации большего количества услуг по проектированию и разработке процессов. В AIST заявили: «Мы можем гибко реагировать на индивидуальные требования и удовлетворять их».

АИСТ завершила разработку фронтальных процессов (линий формования), склеивания и других процессов. Цель на ближайшие пять лет — интегрировать упаковочные материалы в полудюймовые пластины. Это позволит упаковывать полупроводники на меньших площадях и снизить энергопотребление, одновременно изучая больше сценариев применения.

Для дальнейшего продвижения фабрик по производству мини-вафель цель AIST состоит в том, чтобы расширить объем производства «Half Inch Wafers» и достичь ежегодного производства в 50,000 XNUMX штук через пять лет. В будущем они планируют не только иметь собственную производственную базу, но и осуществлять производство самостоятельно. Директор-представитель Курамура отметил: «Для компаний, участвующих в рекламном агентстве, фабрики по производству мини-вафель являются лишь одним из вариантов. Мы будем в полной мере использовать роль лидеров для продвижения этой производственной модели».

Основной темой полупроводниковой промышленности всегда было «массовое производство, массовое потребление», но фабрики по производству мини-пластин могут обеспечить клиентов необходимым количеством, когда это необходимо. Однако, с другой стороны, перед ним также стоит задача более глубокого изучения клиентской базы и формирования клиентской базы с многочисленными потребностями. В то же время AIST также усердно работает над разработкой технологий, позволяющих предоставлять услуги по производству и проектированию полупроводников многим клиентам.