Závod na výrobu polovodičov

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Globalfoundries Fab 1 v nemeckých Drážďanoch. Vo veľkých štvorcových budovách sa nachádzajú veľké čisté priestory.

Závod na výrobu polovodičov alebo továreň na výrobu polovodičov anglicky fab alebo foundry je v mikroelektronickom priemysle továreň, kde sa vyrábajú polovodičové súčiastky, napr. integrované obvody.[1]

Terminológia[upraviť | upraviť zdroj]

Továreň, ktorá vyrába návrhy iných spoločností, ako sú napríklad fabless semiconductor companies (angl., doslovný preklad: polovodičové spoločnosti bez výroby), sa po anglicky volá semiconductor fabrication plant alebo semiconductor fab alebo semiconductor foundry. Ak továreň nevyrába aj svoje vlastné návrhy, po anglicky sa nazýva pure-play semiconductor foundry.[2] Ak továreň vyrába aj svoje vlastné návrhy, po anglicky sa nazýva integrated device manufacturer – IDM).

Cena[upraviť | upraviť zdroj]

Výroba polovodičov si vyžaduje veľa drahých zariadení. Odhaduje sa, že náklady na výstavbu novej továrne presahujú jednu miliardu amerických dolárov, pričom hodnoty 3 až 4 miliardy dolárov nie sú nezvyčajné. TSMC investovala 9,3 miliardy dolárov do svojho Fab15 závodu na spracovanie 300 mm plátkov (angl. waffer – substrátový disk) na Taiwane. Odhad tejto spoločnosti je, že ich budúca továreň môže stáť 20 miliárd dolárov.[3]

Zloženie[upraviť | upraviť zdroj]

Centrálnou časťou továrne je čistá miestnosť (iný názov: čisté priestory, angl. cleanroom), kde je prostredie kontrolované tak, aby sa eliminoval všetok prach, pretože aj jedno zrnko prachu môže zničiť mikroobvod, ktorý má nanorozmery oveľa menšie ako majú prachové častice. Čistá miestnosť musí byť chránená aj proti vibráciám, aby sa umožnilo nastavenie strojov v nanometrovej mierke, a musí sa udržiavať v úzkych pásmach kolísania teploty a vlhkosti. Tlmenie vibrácií sa dá dosiahnuť použitím hlbokých pilótami v základoch čistej miestnosti, ktoré ju ukotvia k skalnému podložiu, starostlivým výberom miesta stavby a / alebo použitím tlmičov vibrácií. Kontrola teploty a vlhkosti je rozhodujúca pre minimalizáciu vzniku statickej elektriny. Na zníženie statickej elektriny možno použiť aj zdroje korónového výboja. Továreň je často postavená nasledujúcim spôsobom (zhora nadol[4][5]): strecha, ktorá môže obsahovať vzduchotechnické zariadenie, ktoré nasáva, čistí a ochladzuje vonkajší vzduch, vzduchovú tlakovú komoru na distribúciu vzduchu do niekoľkých ventilátorových filtračných jednotiek namontovaných na podlahe, ktoré sú ale tiež súčasťou stropu aj samotného čistého priestoru, ktorý môže, ale nemusí mať viac ako jedno poschodie,[4] pretlaková komora vratného vzduchu, clean subfab (doslova: čistá podvýroba), ktorá môže obsahovať podporné zariadenia pre stroje v čistej miestnosti, napr. ako systémy na dodávku, čistenie, recykláciu chemikálií a prízemie, ktoré zvyčajne môže obsahovať elektrické zariadenia. Továrne na výrobu polovodičov majú často aj nejaké kancelárske priestory.[chýba zdroj]

Čistá miestnosť je miesto, kde prebieha všetka výroba a obsahuje strojové zariadenie na výrobu integrovaných obvodov, ako sú „steppery“ a/alebo skenery na fotolitografiu, stroje na leptanie, čistenie, dotovanie a „dicing“ (rozdeľovanie na čipy). Všetky tieto zariadenia sú extrémne presné, a tým aj extrémne drahé. Ceny najbežnejších zariadení na spracovanie 300 mm polovodičových plátkov sa pohybujú od 700 tisíc USD do viac ako 4 milióny USD za kus, pričom niektoré zariadenia môžu stáť až 130 miliónov USD (napr. EUV skenery). Typická továreň na výrobu polovodičov má niekoľko stoviek takýchto zariadení.[chýba zdroj]

História[upraviť | upraviť zdroj]

Pokrok v technológii výroby čipov si zvyčajne vyžaduje vybudovanie úplne novej továrne. V minulosti vybavenie na vybavenie továrne na výrobu polovodičov nebolo až tak drahé a existovalo obrovské množstvo menších tovární vyrábajúcich čipy v malých množstvách. Náklady na najaktuálnejšie vybavenie však odvtedy narástli natoľko, že nová továreň môže stáť niekoľko miliárd dolárov.[chýba zdroj]

Ďalším vedľajším efektom nákladov bola výzva využiť staršie továrne. Pre mnohé spoločnosti sú tieto staršie továrne užitočné na výrobu návrhov pre špeciálne trhy, ako sú napríklad vstavané procesory, flash pamäte alebo mikrokontroléry. Pre podniky s obmedzenejším produktovým radom je však často najlepšie buď prenajať továreň, alebo ju úplne zatvoriť, pretože náklady na modernizáciu existujúcej továrne na výrobu zariadení s novšou technológiou, prevyšujú náklady na úplne novú továreň.[chýba zdroj]

Výrobcovia svoje továrne číslujú alebo podobne rozlišujú. V Japonsku Rohm (Lapis Semiconductor) čísluje továrne ako Building No.1 až Building No.4[6] v USA napr. Texas Instruments má továrne D1 až DMOS6. Najčastejšie je číslovanie priamo s prídavkom slova fab (továreň/výroba). Napríklad Micron (predtým Rexchip) má továrne až po Fab 16, TSMC až po Fab 21 a Intel otvoril v roku 2017 Fab 8 v Číne.[7]

Existuje trend vyrábať stále väčšie polovodičové plátky, takže každý procesný krok sa vykonáva na stále viac čipoch naraz. Cieľom je rozložiť výrobné náklady (chemikálie, čas) na väčší počet predajných čipov. Je nemožné (alebo prinajmenšom neuskutočniteľné) dodatočne vybaviť strojové zariadenie na manipuláciu s väčšími polovodičovými plátkami. To neznamená, že zlievarne používajúce menšie plátky sú nevyhnutne zastarané; staršie továrne na výrobu polovodičov môžu mať lacnejšie prevádzku a majú vyššiu výťažnosť plátkov. Priemysel sa snažil posunúť súčasnú veľkosť plátkov 300 mm (12 palcov) na 450 mm do roku 2018, no v roku 2016 sa príslušné výskumné úsilie zastavilo. Okrem toho existuje veľký tlak na úplnú automatizáciu výroby polovodičových čipov od začiatku až do konca. Toto sa často označuje ako koncept „light-out fab“ (výroba bez svetla). Ďalším dôležitým cieľom je skrátiť čakaciu dobu medzi krokmi spracovania.[chýba zdroj]

Slovensko[upraviť | upraviť zdroj]

Tesla Piešťany bola súčasťou česko-slovenského koncernového podniku Tesla. Bola určená hlavne na výrobu logických integrovaných obvodov, prevláda unipolárna technológia výroby. Tesla Piešťany bola odkúpená v roku 1998 koncernom Motorola, z ktorého sa v roku 1999 oddelila časť polovodičovej divízie a vznikla spoločnosť ON Semiconductor,[8] ktorá v Piešťanoch naďalej pôsobí dodnes ako firma Onsemi, ktorá zamestnáva 300 zamestnancov. Vývojové centrum Onsemi v Bratislave navrhuje čipy pre svetové automobilky a je jedinečné na Slovensku.

Najväčší výrobcovia[upraviť | upraviť zdroj]

Najväčší výrobcovia podľa výnosov z bežnej činnosti z roku 2017[9]
Poradie Podnik Typ Štát/pôvod Výnosy z bežnej činnosti (milióny USD)
2017 2017 2016
1 TSMC Pure-play Taiwan 32 040 29 437
2 Globalfoundries Pure-play USA 5 407 4 999
3 UMC Pure-play Taiwan 4 898 4 587
4 Samsung Semiconductor IDM Južná Kórea 7 398 4 284
5 SMIC Pure-play Čína 3 099 2 914
6 TowerJazz Pure-play Izrael 1 388 1 249
7 PowerChip IDM Taiwan 1 035 870
8 Vanguard (VIS) Pure-play Taiwan 817 801
9 Hua Hong Semi Pure-play Čína 807 721
10 Dongbu HiTek Pure-play Južná Kórea 676 666

Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]

Literatúra v angličtine[upraviť | upraviť zdroj]

  • Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology, Second Edition by Robert Doering and Yoshio Nishi (Hardcover – Jul 9, 2007)
  • Semiconductor Manufacturing Technology by Michael Quirk and Julian Serda (paperback – Nov 19, 2000)
  • Fundamentals of Semiconductor Manufacturing and Process Control by Gary S. May and Costas J. Spanos (hardcover – May 22, 2006)
  • The Essential Guide to Semiconductors (Essential Guide Series) by Jim Turley (paperback – Dec 29, 2002)
  • Semiconductor Manufacturing Handbook (McGraw–Hill Handbooks) by Hwaiyu Geng (hardcover – April 27, 2005)
  • „Chip Makers Watch Their Waste“, The Wall Street Journal, 19. júla 2007, s. B3

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. BROWN, Clair; LINDEN, Greg. Chips and Change: How Crisis Reshapes the Semiconductor Industry. [s.l.] : MIT Press, 2011-08-19. Google-Books-ID: 9RnxtWd3ZEkC. Dostupné online. ISBN 978-0-262-25806-7. (po anglicky)
  2. Mutschler, Ann Steffora (2008). "Pure-play foundries comprise 84% of market, IC Insights says". Electronics News. Australia: Reed Business Information Pty Ltd, a division of Reed Elsevier Inc.
  3. TSMC says 3nm plant could cost it more than $20bn [online]. web.archive.org, 2017-10-12, [cit. 2021-11-23]. Dostupné online.
  4. a b SYNUS Tech [online]. www.synustech.com, [cit. 2021-11-23]. Dostupné online.
  5. Závod na výrobu polovodičov – Forge of Empires – Wiki SK [online]. sk.wiki.forgeofempires.com, [cit. 2021-11-23]. Dostupné online.
  6. Rohm Buys Renesas Wafer Fab [online]. [Cit. 2021-11-23]. Dostupné online.
  7. List of semiconductor fabrication plants. [s.l.] : [s.n.], 2021-11-21. Page Version ID: 1056381376. Dostupné online. (po anglicky)
  8. ON Semiconductor Opens Production Facility In Piestany Slovakia [online]. www.onsemi.com, [cit. 2021-11-23]. Dostupné online.
  9. Press Center – TrendForce Reports Top 10 Ranking of Global Semiconductor Foundries of 2017, TSMC Ranks First with Market Share of 55.9% | TrendForce – Market research, price trend of DRAM, NAND Flash, LEDs, TFT-LCD and green energy, PV [online]. TrendForce, [cit. 2021-11-23]. Dostupné online. (po anglicky)

Externé odkazy[upraviť | upraviť zdroj]