En el sector de la fabricación de semiconductores, el modelo tradicional de fabricación a gran escala y con alta inversión de capital se enfrenta a una posible revolución. Con la próxima feria "CEATEC 2024", la Organización de Promoción de la Fabricación de Obleas Mínimas presenta un nuevo método de fabricación de semiconductores que utiliza equipos ultrapequeños para procesos de litografía. Esta innovación ofrece oportunidades sin precedentes para las pymes y startups. Este artículo sintetiza información relevante para explorar los antecedentes, las ventajas, los desafíos y el posible impacto de la tecnología de fabricación de obleas mínimas en la industria de los semiconductores.
La fabricación de semiconductores es una industria con un alto consumo de capital y tecnología. Tradicionalmente, la fabricación de semiconductores requiere grandes fábricas y salas blancas para producir en masa obleas de 12 pulgadas. La inversión de capital para cada gran fábrica de obleas suele alcanzar los 2 billones de yenes (aproximadamente 120 000 millones de RMB), lo que dificulta la entrada de pymes y startups en este sector. Sin embargo, con la aparición de la tecnología de fabricación de obleas mínimas, esta situación está cambiando.
Las fábricas de obleas mínimas son sistemas innovadores de fabricación de semiconductores que utilizan obleas de 0,5 pulgadas, lo que reduce significativamente la escala de producción y la inversión de capital en comparación con las obleas tradicionales de 12 pulgadas. La inversión de capital para este equipo de fabricación es de tan solo unos 500 millones de yenes (aproximadamente 23,8 millones de RMB), lo que permite a las pymes y startups comenzar la fabricación de semiconductores con una inversión menor.
Los orígenes de la tecnología de fabricación de obleas mínimas se remontan a un proyecto de investigación iniciado por el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST) de Japón en 2008. Este proyecto buscaba crear una nueva tendencia en la fabricación de semiconductores mediante la producción multivariante en lotes pequeños. La iniciativa, liderada por el Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón, implicó la colaboración entre 140 empresas y organizaciones japonesas para desarrollar una nueva generación de sistemas de fabricación, con el objetivo de reducir significativamente los costos y las barreras técnicas, permitiendo a los fabricantes de automóviles y electrodomésticos producir los semiconductores y sensores que necesitan.
**Ventajas de la tecnología de fabricación de obleas mínimas:**
1. **Inversión de capital significativamente reducida:** Las grandes fábricas de obleas tradicionales requieren inversiones de capital que superan los cientos de miles de millones de yenes, mientras que la inversión objetivo para las fábricas de obleas mínimas es de tan solo una centésima a una milésima de esa cantidad. Dado que cada dispositivo es pequeño, no se necesitan grandes espacios de fábrica ni fotomáscaras para la formación de circuitos, lo que reduce considerablemente los costos operativos.
2. **Modelos de producción flexibles y diversos:** Las fábricas de obleas mínimas se centran en la fabricación de una variedad de productos en lotes pequeños. Este modelo de producción permite a las pymes y startups personalizar y producir rápidamente según sus necesidades, satisfaciendo así la demanda del mercado de productos semiconductores personalizados y diversos.
3. **Procesos de producción simplificados:** El equipo de fabricación en las fábricas de obleas mínimas tiene la misma forma y tamaño para todos los procesos, y los contenedores de transporte de obleas (lanzaderas) son universales para cada paso. Dado que el equipo y las lanzaderas operan en un entorno limpio, no es necesario mantener grandes salas blancas. Este diseño reduce significativamente los costos y la complejidad de fabricación mediante tecnología limpia localizada y procesos de producción simplificados.
4. **Bajo consumo de energía y uso doméstico:** Los equipos de fabricación de obleas mínimas también presentan un bajo consumo de energía y pueden funcionar con una corriente CA doméstica estándar de 100 V. Esta característica permite su uso en entornos fuera de salas blancas, lo que reduce aún más el consumo de energía y los costes operativos.
5. **Ciclos de fabricación más cortos:** La fabricación de semiconductores a gran escala suele requerir un largo tiempo de espera desde el pedido hasta la entrega, mientras que las fábricas de obleas mínimas pueden lograr la producción puntual de la cantidad requerida de semiconductores dentro del plazo deseado. Esta ventaja es especialmente evidente en campos como el Internet de las Cosas (IoT), que requiere productos semiconductores pequeños y de alta variedad.
**Demostración y aplicación de tecnología:**
En la exposición "CEATEC 2024", la Organización de Promoción de la Fabricación de Obleas Mínimas (MFA) realizó una demostración del proceso de litografía utilizando equipos de fabricación de semiconductores ultrapequeños. Durante la demostración, se dispusieron tres máquinas para mostrar el proceso, que incluía el recubrimiento de resistencia, la exposición y el revelado. El contenedor de transporte de obleas (lanzadera) se sujetó con la mano, se colocó en el equipo y se activó presionando un botón. Tras finalizar, se recogió la lanzadera y se colocó en el siguiente dispositivo. El estado interno y el progreso de cada dispositivo se mostraron en sus respectivos monitores.
Una vez completados estos tres procesos, se inspeccionó la oblea al microscopio, revelando un patrón con las palabras "Feliz Halloween" y una ilustración de una calabaza. Esta demostración no solo demostró la viabilidad de la tecnología de fabricación de obleas mínimas, sino que también destacó su flexibilidad y alta precisión.
Además, algunas empresas han comenzado a experimentar con la tecnología de fabricación mínima de obleas. Por ejemplo, Yokogawa Solutions, filial de Yokogawa Electric Corporation, ha lanzado máquinas de fabricación optimizadas y estéticamente atractivas, aproximadamente del tamaño de una máquina expendedora de bebidas, cada una equipada con funciones de limpieza, calentamiento y exposición. Estas máquinas conforman efectivamente una línea de producción de semiconductores, y el área mínima requerida para una línea de producción de "mini obleas" es tan solo del tamaño de dos canchas de tenis, apenas el 1% del área de una obleas de 30 cm.
Sin embargo, las fábricas de obleas mínimas actualmente tienen dificultades para competir con las grandes fábricas de semiconductores. Los diseños de circuitos ultrafinos, especialmente en tecnologías de proceso avanzadas (como 7 nm e inferiores), aún dependen de equipos avanzados y capacidades de fabricación a gran escala. Los procesos de obleas de 0,5 pulgadas de las fábricas de obleas mínimas son más adecuados para la fabricación de dispositivos relativamente simples, como sensores y MEMS.
Las fábricas de obleas mínimas representan un nuevo modelo muy prometedor para la fabricación de semiconductores. Caracterizadas por su miniaturización, bajo coste y flexibilidad, se espera que brinden nuevas oportunidades de mercado para pymes y empresas innovadoras. Sus ventajas son especialmente evidentes en áreas de aplicación específicas como el IoT, los sensores y los MEMS.
En el futuro, a medida que la tecnología madure y se fomente, las fábricas de obleas mínimas podrían convertirse en una fuerza importante en la industria de fabricación de semiconductores. No solo brindan a las pequeñas empresas oportunidades para entrar en este campo, sino que también pueden impulsar cambios en la estructura de costos y los modelos de producción de toda la industria. Alcanzar este objetivo requerirá mayores esfuerzos en tecnología, desarrollo de talento y desarrollo de ecosistemas.
A largo plazo, la promoción exitosa de las fábricas de obleas mínimas podría tener un profundo impacto en toda la industria de semiconductores, especialmente en términos de diversificación de la cadena de suministro, flexibilidad del proceso de fabricación y control de costos. La aplicación generalizada de esta tecnología impulsará la innovación y el progreso en la industria global de semiconductores.
Hora de publicación: 14 de octubre de 2024