"Mini Gofret Fabrikası" Japonya'nın Zirveye Yeniden Kavuşmasına Yardımcı mı Oluyor?

Japonya şu anda 2 nanometrelik bir yarı iletken fabrikası inşa ediyor ve Japonya'da fabrikalar kurmak için TSMC ile ortaklık yapıyor olsa da, bu pek çok kişi tarafından etkili bir strateji olarak görülmüyor. Japon yarı iletken endüstrisi için, bitmiş ürünlerin (yarı iletkenler) geliştirilmesi, ekipman ve malzeme gücünden tam olarak yararlanılarak gerçekleştirilebilir. Bu büyük görevi üstlenebilecek güç ise “mini gofret fabrikalarından” geliyor.

Genellikle yarı iletken üretiminin büyük yatırımlar gerektirdiğine inanılmaktadır. Bir yandan Tayvan Yarı İletken Üretim Şirketi (TSMC) ve diğer şirketlerin yarı iletken dökümhane işleri sektörde hızla gelişiyor; Öte yandan sürekli artan talep, yarı iletken teslimat sürelerinin giderek uzamasına neden oldu. Yarı iletken endüstrisindeki uzun teslimat süreleri ve yavaş tepki hızı sorununu çözmek için, Ulusal İleri Endüstriyel Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (AIST) 2008'den beri "mini levha fabrikaları" geliştirmektedir. "Mini levha fabrikaları", aşağıdaki yeteneklerle karakterize edilir: yarı iletken üretim endüstrisine yeni trendler getirerek küçük miktarlarda ve çok çeşitli yarı iletkenler üretmek.

Mini levha fabrikaları geleneksel olarak yalnızca prototip oluşturmak için kullanılıyordu, ancak bunları hızlı bir şekilde seri üretime uygulamak için AIST araştırmacıları Aralık 2022'de "Yüz Yarı İletken Şirketi"ni kurdu (kashiwa Şehri, Chiba Eyaleti, Japonya'da bulunuyor). Şirketin adı "müşterilere birden fazla türde yarı iletken sağlamak" anlamını içermektedir. Temsilci müdürü Bay Fumihito Kuramura, "Herkesin yarı iletken tasarlayıp üretebileceği bir dünya yaratmayı planlıyoruz" dedi.

Mini levha fabrikalarının avantajlarından biri, herhangi bir sayıda, hatta tek bir yarı iletken üretebilme yeteneğidir. Seri üretimden farklı olarak avantajı az miktarda ve çok çeşitte üretilebilmesidir.

Mini gofret fabrikalarında geleneksel büyük boyutlu gofretler kullanılmaz, bunun yerine 12.5 cm çapında "Yarım İnç Gofretler" üzerinde devreler yapılır. Üretim ekipmanlarının boyutları 30cm (genişlik) * 144cm (yükseklik) * 45cm (derinlik) olup, pozlama gibi birçok işlemi gerçekleştirebilmektedir. Ayrıca "Mega Fab (mega wafer fab)" ekipmanıyla birlikte de kullanılabilir. Her proseste kullanılan ekipmanların boyutları benzer olduğundan, gofretlerin ekipmanlar arasında taşınmasında robotlar kullanılabilir.

Buna ek olarak, mini gofret fabrikaları aynı zamanda "Yarım İnç Gofretleri" kapatabilen ve temiz oda ihtiyacını ortadan kaldıran bir "Mini Mekik" özelliğine sahiptir. Ultra gelişmiş yarı iletkenlerin üretimine uygulanması zor olsa da sensörler ve mikro elektromekanik sistemler (MEMS) gibi ürünlerin üretilmesi için oldukça fazla kapasite bulunmaktadır.

Mini gofret fabrikalarının avantajlarından biri ekipman yatırımını azaltabilmeleridir. Genel olarak mega levha fabrikaları, ekipmana on milyarlarca yen (hatta daha yüksek) tutarında yatırım yapılmasını gerektirir. Mini gofret fabrikaları için ise yatırım hedefi bunun 1/100 ila 1/1000'i kadardır. Her türlü ekipmanın boyutu nispeten küçük olduğundan, büyük ölçekli fabrika arazisine veya hat oluşturmak için kullanılan "fotomaskelere" ihtiyaç duymaz; bu nedenle, mega levha fabrikalarına kıyasla maliyet farkı çok büyüktür.

Ayrıca mini gofret fabrikalarının teslimat döngüsü son derece kısadır. Büyük ölçekli yarı iletken üretimi için üretimden teslimata kadar geçen süre son derece uzundur; mini gofret fabrikaları, gerekli miktarda gerekli zamanda üretim yapmak için "Tam Zamanında" modunu benimser.

Yukarıdaki özelliklerin, IoT (Nesnelerin İnterneti) doğrultusunda küçük miktarlarda ve çok çeşitli yarı iletkenlerin üretiminde rol oynaması beklenmektedir. Temsilci Direktör Kuramura, "Müşteri sipariş hacmi küçük olduğundan, Dökümhanelerin karşılayamayacağı küçük siparişleri karşılayabiliriz" dedi.

AIST, 2008 yılında projenin başlatılmasından bu yana üretim ekipmanları ve "Yarım İnç Gofretler" geliştiriyor. Aynı zamanda AIST, mini gofret fabrikalarını mümkün olan en kısa sürede tanıtmak amacıyla 2017 yılında Japonya'nın Ibaraki Eyaleti, Tsukuba Şehrinde bir "mini gofret fabrikası tanıtım ajansı" kurdu, ancak ilerleme yavaştı çünkü uygun oyuncuları bulamadılar. Mini gofret fabrikalarını ustaca kullanabilir. Temsilci Direktör Kuramura, "Üretim ekipmanını ve Yarım İnç Gofreti erkenden ticarileştirdik, ancak mini gofret fabrikalarını verimli bir şekilde kullanabilecek yetenekli kişi ve şirketleri bulamadık" dedi.

Hundred Semiconductors Company, mini levha fabrikalarını daha da tanıtmak için yarı iletken prototiplere ve mega levha fabrikalarının karşılayamayacağı siparişlere odaklanıyor. Mini levha fabrikaları, karmaşık iş kararları vermek (müşteri talebini doğru bir şekilde tahmin etmek ve yatırımın fizibilitesini değerlendirmek gibi) ve prototip oluşturmadan seri üretime geçmek gibi sorunları adım adım çözmeye çalışıyor. Mega gofret fabrikalarının karşılayamayacağı siparişleri kabul ederek mini gofret fabrikalarının tanıtımını daha da artıracaklar.

Bugün, Hundred Semiconductors Company aktif olarak yarı iletken tasarımı, prototip oluşturma ve seri üretim faaliyetlerini desteklemektedir. Amaç, üretim teknolojisini yaygınlaştırma hedefine ulaşmak için deneyimleri müşterilerle paylaşmaktır. Aynı zamanda hızlı bir şekilde seri üretime geçmek için prototip geliştirme hızını da artırmaya devam edecekler.

Ayrıca AIST, mini levha fabrikaları için kullanılabilecek tasarım yazılımının geliştirilmesini de destekliyor. Amacı, bir yıl içinde tamamlayıcı metal oksit yarı iletkenler (CMOS) için bir PDK (Proses Tasarım Kiti) geliştirmektir. Ayrıca kullanımı kolaylaştırmak için temel hat tasarımlarını standartlaştırmayı ve Ar-Ge'de uygulamalarına öncelik vermeyi düşünüyorlar. Gelecekte, prototipleme AIST Sahil Kent Merkezinde (Koto-ku, Tokyo) ve Tsukuba Merkezinde (Tsukuba Şehri, Ibaraki Eyaleti) gerçekleştirilecek.

Ayrıca AIST yeni uygulamalar araştırıyor. Örneğin, güç tüketimi konusunu göz önünde bulunduran AIST, daha fazla tasarım ve süreç geliştirme hizmeti sağlamak ve yaygınlaştırmak amacıyla entegre devrelerin (FPGA, programlanabilir) karşılayamayacağı boşluğu doldurmayı tartışıyor. AIST, "Kişiselleştirilmiş gereksinimlere esnek bir şekilde yanıt verebilir ve bunları karşılayabiliriz" dedi.

AIST, ön uç süreçlerin (çizgilerin oluşturulması), birleştirme ve diğer süreçlerin geliştirilmesini tamamlamıştır. Önümüzdeki beş yılın hedefi, ambalaj alt katmanlarını "Yarım İnç Gofretlere" entegre etmektir. Bu, yarı iletkenlerin daha küçük alanlarda paketlenmesine ve daha fazla uygulama senaryosunu keşfederken güç tüketimini azaltmasına olanak tanıyacak.

Mini gofret fabrikalarını daha da teşvik etmek için AIST'in hedefi, beş yıl sonra yıllık 50,000 parça üretime ulaşmak için "Yarım İnç Gofret" üretim hacmini genişletmektir. Gelecekte sadece kendi üretim üssüne sahip olmayı değil, kendi üretimlerini de yapmayı planlıyorlar. Temsilci Direktör Kuramura şunu belirtti: "Promosyon ajansına katılan şirketler için mini gofret fabrikaları onlar için sadece bir seçenek. Bu üretim modelini tanıtmak için liderlerin rolünü tam olarak kullanacağız."

Yarı iletken sektörünün ana teması her zaman "seri üretim, seri tüketim" olmuştur, ancak mini levha fabrikaları gerektiğinde müşterilere gerekli miktarı sağlayabilmektedir. Ancak diğer yandan müşteri tabanının derinliklerine inme ve birden fazla ihtiyacı olan bir müşteri tabanı oluşturma zorluğuyla da karşı karşıyadır. AIST aynı zamanda birçok müşteriye yarı iletken üretim ve tasarım hizmetleri sunmak için teknoloji geliştirmek için de yoğun bir şekilde çalışıyor.