חדשות בתעשייה: מפעל הוופלים הקטן בעולם

מפעלי ופלים מינימליים (Minimum Wafer Fabs) הם מערכות חדשניות לייצור מוליכים למחצה המשתמשות בפרוסות 0.5 אינץ', מה שמפחית משמעותית את היקף הייצור ואת השקעות ההון בהשוואה לפלסטים מסורתיים של 12 אינץ'. השקעות ההון עבור ציוד ייצור זה הן רק כ-500 מיליון ין (כ-23.8 מיליון יואן), מה שמאפשר לעסקים קטנים ובינוניים ולחברות הזנק להתחיל בייצור מוליכים למחצה בהשקעה נמוכה יותר.

מקורותיה של טכנולוגיית ייצור פרוסות מינימליות (Minimum Wafer Fab) נעוצים בפרויקט מחקר שיזם המכון הלאומי למדע וטכנולוגיה תעשייתיים מתקדמים (AIST) ביפן בשנת 2008. פרויקט זה נועד ליצור מגמה חדשה בייצור מוליכים למחצה על ידי השגת ייצור רב-ממדי ובאצווה קטנה. היוזמה, בהובלת משרד הכלכלה, המסחר והתעשייה של יפן, כללה שיתוף פעולה בין 140 חברות וארגונים יפניים לפיתוח דור חדש של מערכות ייצור, במטרה להפחית משמעותית עלויות ומחסומים טכניים, ולאפשר ליצרני רכב ומכשירי חשמל ביתיים לייצר את המוליכים למחצה והחיישנים הדרושים להם.

**יתרונות טכנולוגיית ייצור פרוסות מינימום:**

1. **השקעות הון מופחתות משמעותית:** מפעלי ופלים גדולים מסורתיים דורשים השקעות הון העולות על מאות מיליארדי ין, בעוד שההשקעה הנדרשת עבור מפעלי ופלים מינימליים היא רק 1/100 עד 1/1000 מסכום זה. מכיוון שכל התקן קטן, אין צורך בחללי מפעל גדולים או בפוטומסכות לצורך יצירת מעגלים, מה שמפחית משמעותית את עלויות התפעול.

2. **מודלי ייצור גמישים ומגוונים:** מפעלי ופלים מינימליים מתמקדים בייצור מגוון מוצרים בקבוצות קטנות. מודל ייצור זה מאפשר לעסקים קטנים ובינוניים ולחברות הזנק להתאים אישית ולייצר במהירות בהתאם לצרכיהם, ובכך לענות על דרישת השוק למוצרי מוליכים למחצה מגוונים ומותאמים אישית.

3. **תהליכי ייצור פשוטים יותר:** לציוד הייצור במפעלי ופלים מינימליים יש את אותה צורה וגודל עבור כל התהליכים, ומיכלי הובלת הופלים (שאטלים) הם אוניברסליים לכל שלב. מכיוון שהציוד והמשאטלים פועלים בסביבה נקייה, אין צורך לתחזק חדרים נקיים גדולים. תכנון זה מפחית משמעותית את עלויות הייצור והמורכבות באמצעות טכנולוגיה נקייה מקומית ותהליכי ייצור פשוטים.

4. **צריכת חשמל נמוכה וצריכת חשמל ביתית נמוכה:** ציוד הייצור במפעלי ופלים מינימליים כולל גם צריכת חשמל נמוכה ויכול לפעול על מתח ביתי סטנדרטי של AC100V. מאפיין זה מאפשר שימוש במכשירים אלה בסביבות מחוץ לחדרים נקיים, ובכך להפחית עוד יותר את צריכת האנרגיה ואת עלויות התפעול.

5. **מחזורי ייצור מקוצרים:** ייצור מוליכים למחצה בקנה מידה גדול דורש בדרך כלל זמן המתנה ארוך מהזמנה ועד אספקה, בעוד שמפעלי ופלים מינימליים יכולים להשיג ייצור בזמן של כמות המוליכים למחצה הנדרשת בתוך מסגרת הזמן הרצויה. יתרון זה בולט במיוחד בתחומים כמו האינטרנט של הדברים (IoT), הדורשים מוצרי מוליכים למחצה קטנים ובעלי תמהיל גבוה.

**הדגמה ויישום של טכנולוגיה:**

בתערוכת "CEATEC 2024", ארגון קידום מפעל המינימום ופלים הדגים את תהליך הליתוגרפיה באמצעות ציוד ייצור מוליכים למחצה קטן במיוחד. במהלך ההדגמה, הוצבו שלוש מכונות כדי להציג את תהליך הליתוגרפיה, שכלל ציפוי רזיסט, חשיפה ופיתוח. מיכל הובלת הופלים (המעבורת) הוחזק ביד, הוכנס לציוד והופעל בלחיצת כפתור. לאחר השלמת התהליך, המעבורת נאספה והוצבה בהתקן הבא. הסטטוס הפנימי וההתקדמות של כל התקן הוצגו על גבי המסכים המתאימים.

לאחר השלמת שלושת התהליכים הללו, הוופלים נבדקו תחת מיקרוסקופ, וחשפו תבנית עם המילים "Happy Halloween" ואיור של דלעת. הדגמה זו לא רק הציגה את היתכנות טכנולוגיית מינימום ייצור הוופלים, אלא גם הדגישה את הגמישות והדיוק הגבוה שלה.

בנוסף, כמה חברות החלו להתנסות בטכנולוגיית ייצור מינימלי של ופלים. לדוגמה, Yokogawa Solutions, חברת בת של Yokogawa Electric Corporation, השיקה מכונות ייצור יעילות ואסתטיות נעימות, בערך בגודל של מכונת משקאות אוטומטית, כל אחת מצוידת בפונקציות לניקוי, חימום וחשיפה. מכונות אלו יוצרות למעשה קו ייצור של מוליכים למחצה, והשטח המינימלי הנדרש לקו ייצור של "מיני ופלים" הוא רק בגודל של שני מגרשי טניס, רק 1% משטחו של מפעל ופלים בגודל 12 אינץ'.

עם זאת, מפעלי ופלים מינימליים מתקשים כיום להתחרות במפעלי מוליכים למחצה גדולים. עיצובי מעגלים עדינים במיוחד, במיוחד בטכנולוגיות תהליך מתקדמות (כגון 7 ננומטר ומטה), עדיין מסתמכים על ציוד מתקדם ויכולות ייצור בקנה מידה גדול. תהליכי ופלים בגודל 0.5 אינץ' של מפעלי ופלים מינימליים מתאימים יותר לייצור התקנים פשוטים יחסית, כגון חיישנים ומערכות MEMS.

מפעלי ופלים מינימליים (Minimum Wafer Factorys) מייצגים מודל חדש ומבטיח ביותר לייצור מוליכים למחצה. מאופיינים במזעור, עלות נמוכה וגמישות, וצפויים לספק הזדמנויות שוק חדשות לעסקים קטנים ובינוניים ולחברות חדשניות. היתרונות של מפעלי ופלים מינימליים בולטים במיוחד בתחומי יישומים ספציפיים כגון IoT, חיישנים ו-MEMS.

בעתיד, ככל שהטכנולוגיה תתבגר ותקודם עוד יותר, מפעלי ופלים מינימליים (מינימום wafer fabs) עשויים להפוך לכוח חשוב בתעשיית ייצור המוליכים למחצה. הם לא רק מספקים לעסקים קטנים הזדמנויות להיכנס לתחום זה, אלא גם עשויים להניע שינויים במבנה העלויות ובמודלי הייצור של התעשייה כולה. השגת מטרה זו תדרוש מאמצים רבים יותר בטכנולוגיה, פיתוח כישרונות ובניית מערכת אקולוגית.

בטווח הארוך, קידום מוצלח של מפעלי פרוסות מינימליות (מינימום wafer fabs) עשוי להיות בעל השפעה עמוקה על כלל תעשיית המוליכים למחצה, במיוחד מבחינת גיוון שרשרת האספקה, גמישות תהליכי ייצור ובקרת עלויות. היישום הנרחב של טכנולוגיה זו יסייע להניע חדשנות וקידמה נוספים בתעשיית המוליכים למחצה העולמית.