في 16 مايو ، استضافت MIET (Zelenograd) ندوة تقليدية مع المطورين اليابانيين والشركات المصنعة للخطوط التكنولوجية المدمجة ، المسماة Minimal Fab.
عقدت الندوة الكبيرة السابقة هناك في عام 2017 ، وهناك ما يقرب من ثلاث ساعات تسجيل على يوتيوب. لفترة طويلة أردت أن أكتب ملاحظة كبيرة حول هذا الموضوع ، جمعت الكثير من المواد ، وبعد هذا الاجتماع "نضجت" أخيرًا. ومع ذلك ، فإن اللقاء المباشر مع الأسئلة والأجوبة أكثر فاعلية من دراسة المقالات. بالإضافة إلى ذلك ، كانت هناك في الآونة الأخيرة عدة مقالات حيث يتم تغطية هذا الخط من جانب واحد ، في نوع من الإعجاب وغير كافية تماما من "الإعجاب". دعونا معرفة ذلك ...
مفهوم التخفيض
العالم الأيديولوجي لمشروع Minimal Fab هو العالم الياباني Shiro Hara. في منتصف العقد الأول من القرن العشرين ، اقترح أسلوبًا جذريًا لخفض تكلفة إنتاج أشباه الموصلات - لاتخاذ مسار تخفيض المعدات وقطر الرقاقات الأصلية.
في عام 2010 ، ولتنفيذ هذه الفكرة ، تم إنشاء كونسورتيوم بدعم من حكومة اليابان وتحت رعاية المعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا الصناعية
المتقدمة (AIST). يضم هذا الكونسورتيوم أكثر من مائة شركة يابانية تعمل في مجال تطوير المواد والمعدات والتقنيات.
في عام 2017 ، تم تخصيص منظمة منفصلة لتعزيز
Minimal Fab كحل جاهز لسوق أشباه الموصلات (مجموعة طوكيو Boeki المحدودة).
فكرة التخفيض تتعارض مع الاتجاه العالمي الحالي. إذا نظرت إلى التطور الحديث لتصنيع أشباه الموصلات ، فمع حدوث انخفاض في الحجم الأدنى ، تحدث زيادة في قطر اللوحات وزيادة إنتاجية المعدات. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن العديد من الشركات الرائدة ، مثل TSMC و Intel و Samsung ، يمكن أن تسحب إنشاء الإنتاج الضخم الحديث اليوم. هؤلاء هم أصحاب ما يسمى MegaFabs ، من حيث المفهوم.
إنهم "يحتفظون" بأكثر من نصف السوق الكلي ، ولديهم قدرات إنتاجية كبيرة لإنتاج بروتوكول الإنترنت الشامل. يتم "غسل" صغار المنتجين من السوق ، غير قادرين على المنافسة في الأسعار مع الشركات العملاقة في قطاع المستهلكين. أو انتقل إلى مجالات محددة من المنتجات الفريدة ، بهامش كبير ، ولكن بكميات صغيرة. في الوقت نفسه ، الشركات الصغيرة في وضع غير مستقر ، حيث إنها مجبرة على اتباع الاتجاه العالمي "العملاق" والاستثمار بكثافة في البنية التحتية والمعدات. تقليديًا ، إذا كنت أرغب في إنشاء خط اليوم لحجم صغير ، والمستوى القديم للتكنولوجيا (حوالي 3 ميكرون) ، فسوف يتعين علي إنفاق أكثر مما كان عليه قبل ثلاثين عامًا بأسعار مماثلة. هذه هي المفارقة.
ماذا تفعل لأولئك الذين يرغبون في شراء سلسلة صغيرة من IP؟ يمكنك الذهاب إلى نفس الشركات العملاقة وطلب مكوك منها ، كجزء من MWP. لن تكون رخيصة جدًا ولن تكون سريعة جدًا (دورة التصنيع 1-2 أشهر في تقنية CMOS 28nm). ولكن إذا كنت بحاجة إلى شيء محدد من حيث التكنولوجيا ، فستكون هناك مشكلة. إن تطوير التكنولوجيا مكلف للغاية ، ولن يقوم أحد بذلك لإكمال الطلب ، على سبيل المثال ، لعشرة لوحات. سيكون من الجيد أن يكون لديك حاكم خاص بك ، لكن ليس مكلفًا.)
اقترح مؤلف مفهوم Minimal Fab تخفيض تكلفة "تذكرة الدخول" لإنتاج أشباه الموصلات بشكل كبير. يتحقق ذلك عن طريق الحلول التالية:
- تقليل قطر اللوحات من المعيار الحديث 300 مم (مساحة اللوحة ~ 70650 مم 2) إلى قطر 12.5 مم (مساحة اللوحة ~ 122 مم 2). هذه المنطقة كافية لاستيعاب مخطط كبير واحد أو عدة مخططات صغيرة. يتم تصنيع الألواح من خلال "قص" اللوحات الكبيرة ، مع معالجة إضافية (صورة للوحة موضوعة في شريط كاسيت):
- توجد اللوحة في كبسولة معزولة عن البيئة الخارجية (تناظرية معينة لـ SMIF) ، والتي تفتح فقط داخل الوحدة. تتم معالجة لوحة واحدة فقط في عملية واحدة.
(يتم تحميل الحاوية مع لوحة داخل الوحدة)
- يتم تنفيذ جميع المعدات في شكل عامل موحد (الأبعاد 1440 × 300 × 450 مم) ، دون إجراء بدء التشغيل والاتصال معقدة. كل وحدة تنفذ نوعًا واحدًا من العمليات (المعالجة الكيميائية ، النقش ، إلخ).
واجهة والسيطرة على المنشآت موحدة.
لا توجد بنية أساسية مطلوبة في تنسيق MegaFactory المعتاد. توجد الغازات والكواشف داخل الوحدات في خراطيش مضغوطة (حاويات) ، وغازات في أسطوانات. مطلوب غطاء محرك السيارة لإزالة منتجات التفاعل الغازي والمشتت الحراري:
- أعلن أن هذا لا يتطلب غرفة نظيفة في الغرفة ، حيث أن منطقة المعالجة للوحة معزولة عن البيئة. داخل منطقة معالجة الألواح بسبب الضيق ، يتم تحقيق فئة نظافة ISO 4 (مع فئة نظافة خارجية في غرفة ISO 9 ، مكتب عادي).
- بدون قناع (بدون قناع ضوئي) لتشكيل نمط على لوحة. يتم تشكيل الصورة بسبب الإسقاط المباشر على مقاوم الضوء (التطبيق الكلاسيكي والتنمية). الطول الموجي هو 365 نانومتر ، القرار المقدر للنظام هو 0.5 ميكرون. تبلغ مساحة الحافة حوالي 0.5 مم (يبلغ قطر عمل اللوحة حوالي 11 ملم).
مزايا واضحة لهذا المفهوم:
- تخفيض التكاليف الأولية لتنظيم الإنتاج بعشرات أو مئات المرات
- لا حاجة لبناء مبنى رأس المال مع دعم البنية التحتية
- تقليل تكلفة الحفاظ على تشغيل هذا الخط بعشرات أو مئات المرات فيما يتعلق بالخط التقليدي (عن طريق تقليل استهلاك الكهرباء والمواد وتقليل الموظفين عن طريق توحيد المعدات)
- أوقات إنتاج عينات أسرع بكثير (من بضعة أسابيع إلى أيام)
- يكون الخيار المختلط ممكنًا ، عندما يمكن إجراء بعض العمليات ، التي تخضع للتكيف ، على أجهزة "كبيرة" قياسية (IL ، f \ l).
- إنتاج أقنعة الصور غير مطلوب ، وتصحيح الصورة ممكن إذا لزم الأمر
يقدم مؤلفو الفكرة التقييم التالي ، بمقارنة MegaFab و Minimal Fab:
مقارنة فعالة جدا. إنه لمن
يرضي أولئك الذين يصرون على أن Minimal Fab يحل محل مصنع متكامل ، وهذه هي الطريقة الأفضل والوحيدة. حسنًا ، فهناك مليارات ، وهنا ملايين.
لكن هذا هو المكان الذي يبدأ فيه صدام المفهوم مع الواقع.
واقع
حتى الآن ، فإن مستوى رقائق CMOS المنفذة على خط Minimal Fab ليس مذهلاً. قدمت عينات بسيطة جدا مثل خلايا NAND ومولدات الحلقة ، التي تتكون من 400 الترانزستورات. حجم الغالق هو بضع ميكرونات ، والتكنولوجيا بدائية للغاية (مستوى أواخر السبعينيات ، أوائل الثمانينات). في الصورة ، العينات المقدمة في عام 2018 في SEMI Japan.
وأيضًا شريحة من العرض التقديمي ، والتي تُظهر مسارًا تخطيطيًا لصنع العينات في عام 2013. مسار يتكون من 39 عملية ، تقاطعات pn من مصدر نشر ، طبقة واحدة من الأسلاك ...
لا يتم تنفيذ عمليات المنشطات الأيونية حاليًا في عامل الشكل Miimal-Fab ، على الرغم من أن العمل مستمر. حتى الآن ، تم وعد الطاقة حتى 60 كيلو فولت ، ونوعين من العناصر ، B و P. ليس من الواضح كيفية تحقيق طاقات عالية في حجم محدود من المنشآت. كخيار - تنفيذ مختلط (القيام بالعمليات على المعدات التقليدية ، بسبب أصحاب الخاصة).
تنفيذ الأسلاك على الأقل من طبقتين ، للحديث عن مستوى 1-0.8 ميكرون ، غير مرئي بعد. لم يتم تنفيذ جميع عمليات معاهدة التعاون بشأن البراءات.
تم تسمية مستوى الطباعة بالليثوغرافيا التي وصل إليها اليوم المطورون حتى 0.5 ميكرون. يقال إن هذا يبدو خطوة ، لكن بعض المواد لا تظهر. علاوة على ذلك ، هناك خطط للانتقال إلى الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون ، ولكن هذا في المستقبل.
هذا ما تبدو عليه خريطة الطريق:
حتى الآن ، فإن المقارنة بين مصنع متكامل تبلغ قيمته خمسة مليارات وتشكيلة Minimal Fab الحالية تبدو مضللة إلى حد ما. وأولئك الذين يناشدون ذلك يفعلون ذلك إما بسبب الجهل ، أو العكس ، بسبب الكثير من المعرفة.
مطور المفاهيم نفسه لا يتناقض مع TSMC ، على سبيل المثال.
ويعتبر مكانة لمؤلفي Miniaml Fab. يوضح الشكل تحليلًا لمصنعي أشباه الموصلات في الولايات المتحدة (شريحة من العرض التقديمي لعام 2017).
يعمل حوالي 98 مصنعًا في الولايات المتحدة على تصنيع أشباه الموصلات في نطاق العملية من 0.5 ميكرون أو أكثر ، بأقطار بسكويت الويفر من 100 وما دون. هذه هي الشركات المنتجة للكميات المتوسطة والصغيرة ، في معظم الأحيان. هذه جميعها أنواع (CMOS ، و MEMS ، منفصلة) ، وحسب مستوى التكنولوجيا ، فإن هذا يتوافق تقريبًا مع إمكانيات خط Minimal Fab ، مع المستوى الحالي لل ph / l (حتى بدون شعاع الإلكترون). هناك مشكلة في الأجهزة لهذه المصانع. المعدات الجديدة لهذا القطر غير متوفرة ، وهنا يعد تنسيق Minimal Fab مناسبًا جدًا. وفقًا للمطورين ، لاستبدال هذه القدرات ، هناك حاجة إلى آلاف خطوط Minimal Fab.
من حيث المبدأ ، يوجد موقف مماثل ، ولكن على نطاق أصغر ، في بلدنا. لدينا أيضًا ما يكفي من الحكام القدامى الذين يصنعون أحجامًا صغيرة باستخدام تقنية King Peas (سلسلة أشعث مختلفة من عشرة الترانزستورات وفقًا لمعايير الخيل ، إلخ).
المتخصصة الثانية ذات الصلة حقا هي تقنيات محددة.
SOI ، MEMS ، وأجهزة الاستشعار ، والدوائر الهجينة (مستشعر CMOS + ، مثل المقاييس) المنفصلة ، والميكروويف ، وعمليات الواجهة الخلفية مثل الاهتزاز ، اتصالات A3B5 ... كل هذا يتم على قطر صغير ، عادةً بأحجام صغيرة. وهنا Minimal Fab يفوز على التنفيذ التقليدي (في الصورة مثال على تنفيذ هيكل ممس).
حتى الآن ، تم الإعلان عن أن 5-6 خطوط من Minimal Fab تعمل بشكل كامل للعملاء. تحدث ممثل عن إحدى الشركات في الندوة وتحدث عن تجربته في تقديم الطلبات.
عادةً ما يستخدمون معدات Minimal Fab بتنسيق هجين. وهذا يعني أن لديهم غرفة نظيفة تقليدية مزودة بمعدات لعملية Backend (شيء مثل المتدخل في الاهتزاز). وتنفذ عدة وحدات من Minimal Fab عمليات f \ l والمعالجة الكيميائية.
الترويج معنا
لدينا فكرة MinimalFab على التوالي
تعزيز MIET. تعقد ندوات واجتماعات مع مطوري التكنولوجيا (في إطار الاجتماع ، بعد المؤتمر ، تم توقيع اتفاقية بين NRU MIET و LLC Tokyo Boeki (RUS) (برأس مال ياباني 100 ٪) ورابطة الجامعات التي تدرب الموظفين في مجال الصناعة الإلكترونية).
يوجد موقع
باللغة الروسية لـ Tokyo BOEKI Rus.
قبل عامين ، أعلنت ADGEX عن شفقة كبيرة
"بداية حقبة جديدة في عالم الإلكترونيات الدقيقة" ، وهددت ببدء تزويد "الأجهزة" المصنعة في Minimal Fab في عام 2018 ، ولكن حدث خطأ ما.
تلخيص النتيجة الشخصية
- تنسيق Minimal Fab ليس مجرد محاكي لتعلم الطلاب (على الرغم من أنني أعترف ، قبل عامين اعتقدت أنه كان أكثر من ذلك)
- مثالية ل MEMS ، وأجهزة الاستشعار ، وأجهزة الاستشعار ، bolometers ، الخ
- مناسب للأجهزة المنفصلة والميكروويف وإلكترونيات الطاقة ومواد معينة ، مثل SOI و A3B5. (ربما في التنفيذ المختلط)
- خيار واقعي للغاية لتصنيع دوائر ثنائية القطب أو CMOS بمستوى 3 ميكرون وما فوق ، مع درجة صغيرة من التكامل (على سبيل المثال ، سلسلة
عسكرية عديدة ، من عشرة الترانزستورات وثلاثة مقاومات ذات أحجام حصان ، والتي لا تزال مزورة) - واعدة لاستبدال المساطر القديمة للوحات ذات الأقطار الصغيرة ولسلسلة صغيرة (مشكلة المعدات القديمة التي لا يقوم بها أحد ماديًا)
- المثير للاهتمام للغاية هو تنفيذ التعبئة والتغليف \ الاهتزاز \ المتدخلين وهلم جرا (في حالة سلسلة صغيرة)
- يعتمد مستوى CMOS من 0.5 ميكرون إلى 0.25 ميكرون - ربما في المستقبل ، على الاستثمارات في التكنولوجيا.
كخيار في الوضع المختلط (Minimal Fab في مصنع كلاسيكي).
- للحصول على CMOS كامل الدرجات ودرجة كبيرة من التكامل (أقل من 0.25 ميكرون) ، هناك بعض المتطلبات الأساسية ، حتى إذا كان هناك شعاع إلكتروني f \ l. ومع ذلك ، فإن الحجم في الشكل المجرد بعيد عن كل شيء. أقل من 0.25 ميكرون ، العملية التقنية أكثر تعقيدًا ، والأهم من ذلك ، عنصر التصميم.
- أقل من 0.18mkm - حتى المطورين لا يرون الخطط في المستقبل القريب
- المصانع الكبيرة ذات العقد 28 نانومتر والأقل يمكن أن تنام بهدوء ، Minimal Fab ليس منافسًا لها في المستقبل المنظور.
الحد الأدنى من المواد والموارد فاب
- تسجيل ندوة كبيرة في MIET ، 2017.
- الفيديو حول عملية التصنيع واضح للغاية.
- عرض SEMI EXPO موسكو 2017