臺積電最新的超大晶圓廠（GIGAFAB），每個月可生產(chǎn)超過10萬片12寸晶圓，每座造價高達(dá)3千億新臺幣（約合610億人民幣）。但今年4月1日，日本推出的“迷你晶圓廠”（MinimalFab），瞄準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)時代小量、多樣的感測器需求，起價卻只要5億日元（0.3億元人民幣）。有媒體稱之為：“顛覆全球半導(dǎo)體業(yè)界的制造系統(tǒng)”。

這個由經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省主導(dǎo)，由140間日本企業(yè)、團(tuán)體聯(lián)合開發(fā)的新世代制造系統(tǒng)，目標(biāo)是透過成本與技術(shù)門檻的大幅降低，讓汽車與家電廠商能自己生產(chǎn)所需的半導(dǎo)體及感應(yīng)器。形同推翻臺積電董事長張忠謀30年前所創(chuàng)的晶圓代工模式，重回早年飛利浦、Sony等大廠都自己生產(chǎn)半導(dǎo)體的垂直整合時代。

販賣這種生產(chǎn)系統(tǒng)的，是日本橫河電機(jī)集團(tuán)旗下的橫河解決方案。每臺外型流線、美觀的制造機(jī)臺，大小約與飲料自動販賣機(jī)差不多，但各自具備洗凈、加熱、曝光等功能。每一臺機(jī)器，都相當(dāng)于一條半導(dǎo)體制造的生產(chǎn)線。一條“迷你晶圓廠”產(chǎn)線，所需的最小面積是大約是兩個網(wǎng)球場的大小。也僅是一座12寸晶圓廠的百分之一面積。

“迷你晶圓廠”能夠做到如此廉價、體積小，首先是挑戰(zhàn)業(yè)界常識的創(chuàng)新做法──不需要無塵室。

半導(dǎo)體芯片上如果沾有超過0.1微米的灰塵就算是不良品，為此，制造室內(nèi)一定要保持超高潔凈度。維持無塵室需要大量的電力，因此不只投資金額很高、維持費用也相當(dāng)驚人。所以半導(dǎo)體不大量生產(chǎn)的話，很難獲利。

產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合研究所的原史朗挑戰(zhàn)了這項業(yè)界的常識。“半導(dǎo)體工廠真的需要無塵室嗎？明明需要隔絕灰塵的只有晶圓而已。”抱持著這項疑問，原史朗從1990年代開始構(gòu)想“迷你晶圓廠”。

幾年后，原史朗終于開發(fā)出局部無塵化的關(guān)鍵技術(shù)，并將此成果制出特殊運輸系統(tǒng)“MinimalShuttle”。利用電磁鐵控制開關(guān)，幾乎不會有灰塵進(jìn)入。

“迷你晶圓廠”的另一個特點，是不需要用到光罩，這又可大幅降低成本。MinimalFab的概念，就是那樣的時代十分需要的多種少量生產(chǎn)系統(tǒng)。要處理的晶圓大約直徑0.5英寸，比1日元硬幣還要小。因為晶圓很小，所以生產(chǎn)設(shè)備也要跟著變小。

芯片從晶圓上切割下來，大約1平方公分大小。“迷你晶圓廠”的年產(chǎn)量大約是50萬個，一般的12寸晶圓廠則是兩億個。如果只生產(chǎn)1萬個，市面上每一芯片要收1萬日元，但“迷你晶圓廠”只要收1，200日元。

這項“迷你晶圓廠”的研發(fā)計劃，源自2010年。從2012年開始的3年內(nèi)，獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的預(yù)算，計劃也隨之通過?，F(xiàn)在包含許多制造大廠在內(nèi)，共140間企業(yè)團(tuán)體參與。雖然是由橫河解決方案在銷售，可是參與開發(fā)制造的日本中小企業(yè)大約有30間，這也是該設(shè)備的一大特色之一。

目前“迷你晶圓廠”的半導(dǎo)體前段制程所需的設(shè)備，已經(jīng)大致研發(fā)完畢，開始正式銷售。預(yù)計2018年以前，切割芯片功能與封裝等的后段制程設(shè)備也會開發(fā)完成。

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