مصنع أشباه موصلات
في صناعة الإلكترونيات الدقيقة، مصنع أشباه الموصلات (semiconductor fabrication plant)، يُعرف أيضاً باسم المسبك (fab، foundry)، و المصنع الذي تُصنع فيه أجهزة مثل الدوائر المتكاملة.[1]
الغرفة النظيفة هي المكان الذي تُجرى فيه جميع عمليات التصنيع وتحتوي على آلات إنتاج الدوائر المتكاملة مثل الأجهزة الخطوية و/أو ماسحات الطباعة الضوئية، التنميش، التنظيف، والتشويب.[2]
تتراوح أسعار قطع المعدات اللازمة لمعالجة الرقائق بقطر 300 مم إلى ما يزيد عن 4 مليون دولار لكل منها، مع وصول عدد قليل من قطع المعدات إلى 340 مليون دولار (مثل ماسحات الطباعة الضوئية فوق البنفسجية القصوى). تحتوي المسابك النموذجية على عدة مئات من عناصر المعدات. يتطلب تصنيع المكونات شبه الموصلة العديد من الأجهزة باهظة الثمن. تشير التقديرات إلى أن تكلفة بناء منشأة صناعية جديدة تزيد عن بليون دولار بقيم تصل إلى عشرات البلايين من الدولارات، وهو أمر ليس بالأمر غير المألوف. على سبيل المثال، استثمرت شركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات ما يزيد عن 45 بليون دولار في مصنع جديد لعملية 2 نانومتر.[3]
ظهر نموذج المسبك في التسعينيات: كانت الشركات التي تمتلك مصانع إنتاجية والتي أنتجت تصميماتها الخاصة تُعرف "بالشركات المصنعة للأجهزة المتكاملة" (IDMs). الشركات التي تستعين بمصادر خارجية لتصنيع تصميماتها كانت تسمى شركات أشباه موصلات بلا مصنع. تلك المسابك التي لم تنشئ تصميماتها الخاصة كانت تسمى نماذج المسابك.[4]
في الغرفة النظيفة، يتم التحكم في البيئة للتخلص من أي غبار، حيث أن حتى بقعة واحدة يمكن أن تدمر دائرة كهربائية دقيقة، والتي تحتوي على ميزات نانوية أصغر بكثير من جزيئات الغبار. ويجب أيضاً تأمين الغرفة النظيفة ضد الاهتزازات لتمكين محاذاة آلات الطباعة الضوئية على نطاق نانومتري، ويجب الاحتفاظ بها ضمن نطاقات ضيقة من درجة الحرارة والرطوبة. يمكن تحقيق التحكم في الاهتزاز عن طريق استخدام أكوام عميقة في أساس غرفة الأبحاث التي تثبت غرفة الأبحاث على حجر الأساس، والاختيار الدقيق لموقع البناء، و/أو استخدام مخمدات الاهتزاز. يعد التحكم في درجة الحرارة والرطوبة أمراً بالغ الأهمية لتقليل الكهرباء الساكنة. يمكن أيضاً استخدام مصادر تفريغ كورونا لتقليل الكهرباء الساكنة.
في كثير من الأحيان، سيُبنى المصنع بالطريقة التالية (من الأعلى إلى الأسفل): السقف، والذي قد يحتوي على معدات مناولة الهواء التي تسحب الهواء الخارجي وتنقيه وتبرده، ووحدة الهواء الممتلئة لتوزيع الهواء على عدة وحدات مرشح المروحة المثبتة على الأرض، والتي تعد أيضاً جزءاً من سقف الغرفة النظيفة، والغرفة النظيفة نفسها، والتي قد تحتوي أو لا تحتوي على أكثر من طابق واحد، ووحدة تعبئة الهواء الراجع، والبنية الفرعية النظيفة التي قد تحتوي على معدات دعم للآلات في الغرفة النظيفة مثل أنظمة توصيل المواد الكيميائية والتنقية وإعادة التدوير والتدمير، والطابق الأرضي الذي قد يحتوي على معدات كهربائية. غالباً ما يكون لدى المصانع أيضاً بعض المساحات المكتبية.[2]
التاريخ
عادة ما يتطلب التقدم في تكنولوجيا صناعة الرقائق بناء مسبك جديد تماماً. في الماضي، لم تكن المعدات اللازمة لتجهيز المسابك المصنعة باهظة الثمن وكان هناك عدد كبير من المسابك الصغيرة التي تنتج الرقائق بكميات صغيرة. ومع ذلك، فقد ارتفعت تكلفة أحدث المعدات منذ ذلك الحين إلى حد أن المسبك الجديد يمكن أن يكلف عدة بلايين من الدولارات.[citation needed]
ومن الآثار الجانبية الأخرى للتكلفة هو التحدي المتمثل في الاستفادة من المسابك القديمة. بالنسبة للعديد من الشركات، تعد هذه الشركات المسابك القديمة مفيدة لإنتاج تصميمات لأسواق فريدة، مثل المعالج المضمن، الذاكرة الوميضية، والمتحكم الدقيق. ومع ذلك، بالنسبة للشركات ذات خطوط الإنتاج المحدودة، غالباً ما يكون من الأفضل إما تأجير المسبك أو إغلاقه بالكامل. ويرجع ذلك إلى ميل تكلفة ترقية المسبك القائم لإنتاج أجهزة تتطلب تكنولوجيا أحدث لتتجاوز تكلفة المسبك الجديد تماماً.[citation needed]
كان هناك توجه لإنتاج رقاقة أكبر من أي وقت مضى؛ تُنفذ كل خطوة من خطوات العملية على المزيد والمزيد من الرقائق في وقت واحد. الهدف هو توزيع تكاليف الإنتاج (المواد الكيميائية، ووقت التصنيع) على عدد أكبر من الرقائق القابلة للبيع. من المستحيل (أو على الأقل غير عملي) تعديل الآلات للتعامل مع الرقائق الأكبر حجماً. هذا لا يعني أن المسابك التي تستخدم الرقائق الأصغر حجماً قد عفا عليها الزمن بالضرورة؛ يمكن أن تكون المسابك القديمة أرخص في التشغيل، ولها إنتاجية أعلى للرقائق البسيطة، ولا تزال منتجة.[citation needed]
كان الهدف من هذه الصناعة هو الانتقال من حجم الرقاقة المتطور 300 مم إلى 450 مم بحلول عام 2018.[5] في مارس 2014، توقعت إنتل نشر رقائق 450 مم بحلول عام 2020.[6] لكن في عام 2016، توقفت جهود البحث المشتركة المقابلة.[7]
بالإضافة إلى ذلك، هناك دفعة كبيرة لأتمتة إنتاج رقائق أشباه الموصلات بالكامل من البداية إلى النهاية. غالباً ما يشار إلى هذا بمفهوم "المسابك بلا إضاءة".
انظر أيضاً
- نموذج المسبك فيما يتعلق بالجوانب التجارية للمسابك والشركات بلا مصنع.
- قائمة مسابك أشباه الموصلات
- قانون روك
- دمج شركات أشباه الموصلات
- تصنيع أشباه الموصلات لعملية تصنيع النبائط
الهوامش
- ^ Brown, Clair; Linden, Greg (2011). Chips and change : how crisis reshapes the semiconductor industry (1st ed.). Cambridge, Mass.: MIT Press. ISBN 9780262516822.
- ^ أ ب "How a semiconductor factory works" (PDF). Retrieved April 26, 2026.
- ^ Gulick, Josh (2025-04-01). "TSMC Holds Expansion Ceremony, Marking Its 2nm Era". ExtremeTech (in الإنجليزية). Retrieved 2026-04-26.
- ^ 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.
- ^ 2011 Report Archived 2012-07-10 at the Wayback Machine - International Technology Roadmap for Semiconductors
- ^ "Intel says 450 mm will deploy later in decade". 2014-03-18. Archived from the original on 2014-05-13. Retrieved 2014-05-31.
- ^ McGrath, Dylan (17 October 2017). "With 450mm on Ice, 300mm Shoulders Heavier Load". EE Times. Retrieved 3 January 2021.
المصادر
- 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)
قراءات إضافية
- "Chip Makers Watch Their Waste", The Wall Street Journal, July 19, 2007, p.B3