Semiconductor Manufacturing Industry | 2025 Trends Guide

Полупроводниковая промышленность производит крошечные микросхемы, которые питают все ваши электронные устройства. Вы ежедневно взаимодействуете с этими микросхемами в своих телефонах, компьютерах, автомобилях и бытовой технике. Эта глобальная отрасль стоит более $500 миллиардов и включает в себя сложные процессы, требующие сверхчистых помещений, специализированных материалов и точных производственных этапов для создания микроскопических схем.

По прогнозам, в 2025 году мировая полупроводниковая промышленность достигнет доходов в размере около $697 млрд. по данным компании Infosys. Это означает рост на 11% в годовом исчислении, обусловленный в основном спросом со стороны центров обработки данных и технологий искусственного интеллекта. Решения Yijin играет важную роль в этой отрасли. Вот что вам нужно знать о производстве полупроводников в Америке.

Основные выводы

• Полупроводники - это специальные материалы, которые управляют потоком электричества во всей вашей электронике, причем кремний - самый распространенный тип, используемый сегодня.
• Производство компьютерных чипов включает в себя шесть сложных этапов: подготовка кремниевых пластин, печать крошечных рисунков с помощью света, вытравливание материалов, добавление специальных химикатов, нанесение тонких слоев и тестирование чипов.
• Чистые комнаты очень важны, поскольку они не допускают попадания пыли и частиц в чипы во время производства, ведь даже одна частица может испортить весь чип.
• Закон CHIPS выделяет более $50 миллиардов на строительство новых заводов по производству микросхем в Америке, что означает увеличение числа рабочих мест и сокращение дефицита электроники, которую вы используете каждый день.

Что такое полупроводник?

Полупроводник - это материал, который может проводить электричество лучше, чем изолятор, но не так хорошо, как проводник. Полупроводники можно найти почти во всех электронных устройствах. Они управляют потоком электричества в вашем телефоне, компьютере, телевизоре и автомобиле. Кремний - самый распространенный полупроводниковый материал, используемый сегодня.

Что такое 6 шагов к производству полупроводников?

6 основных этапов производства полупроводников включают в себя:

• Приготовление чистых кремниевых пластин.
• Использование света для печати крошечных узоров (фотолитография).
• Травление ненужного материала.
• Добавление химических веществ (допинг).
• Нанесение тонких слоев материалов.
• Тестирование готовых чипов.

Благодаря этому сложному процессу работают ваши электронные устройства.

Согласно тенденциям развития полупроводниковой промышленности, ознакомьтесь с этим обзором этапов, а затем рассмотрим каждый из этих процессов более подробно.

Подготовка пластин

Кристаллы кремния вырастают из крошечного семени в большой цилиндр, который нарезается на тонкие пластины. Эти пластины полируют до тех пор, пока они не засияют как зеркала и не станут чище, чем все, что вы когда-либо видели. Ваш будущий чип начинается как песок, который превращается в эти сверхчистые кремниевые диски.

Фотолитография

Специальные машины используют свет для печати крошечных рисунков на пластинах, покрытых светочувствительными химическими веществами. Этот процесс похож на фотосъемку, когда детали уменьшаются до размеров, в тысячи раз меньших, чем человеческий волос. Вы можете считать, что таким образом вы рисуете дорожную карту, по которой электричество будет проходить в вашем устройстве.

Травление

Мощные газы или химические вещества удаляют ненужный материал с пластины, вырезая узоры, созданные в процессе фотолитографии. Этот процесс создает долины и впадины, которые формируют дорожки микросхем. На этом этапе ваш чип становится похожим на крошечный пейзаж.

Допинг

Йидзин добавляет в кремний специальные атомы, которые изменяют прохождение электричества через различные участки. Эти легирующие вещества создают "двери", которые управляют электрическим током, заставляя ваш чип работать как крошечный переключатель. Это можно сравнить с добавлением секретных ингредиентов, которые придают чипу электрические суперспособности.

Осаждение

Тонкие слои металлов и других материалов покрывают пластину, соединяя все части вашего чипа вместе. Толщина этих слоев может составлять всего несколько атомов, и они создают провода, по которым проходит электричество. На чип наносится несколько слоев, как на сэндвич.

Тестирование и упаковка

Каждый чип тестируется в Yijin, чтобы убедиться, что он работает идеально, прежде чем его вырежут из пластины и упакуют. Упаковка защищает чип и соединяет его с внешним миром с помощью крошечных металлических штырьков. Вы получаете преимущества от сотен тестов, которые гарантируют, что только рабочие чипы попадут в ваши устройства.

Какие материалы используются в производстве полупроводников?

Кремний - самый распространенный материал в производстве полупроводников, но также встречаются германий, арсенид галлия и карбид кремния. Производители используют такие химические вещества, как фоторезисты для создания рисунков, легирующие вещества для управления потоком электричества и металлы, такие как медь и алюминий, для соединений. Ваши устройства работают благодаря этим специализированным материалам.

Кремний

Кремний начинается как обычный песок, который очищают до чистоты 99,9999999%. Вы найдете кремний почти в каждом электронном устройстве, потому что его много, и он обладает отличными полупроводниковыми свойствами. Уникальная кристаллическая структура кремния позволяет производители в Ицзине Создайте крошечные переключатели, которые заставляют работать ваш телефон, компьютер и телевизор.

Германий

Германий использовался в первых транзисторах до того, как кремний стал предпочтительным материалом. Возможно, сегодня вы не увидите его в большинстве устройств, но он по-прежнему находит применение в солнечных батареях и оптоволоконных системах. В некоторых высокоскоростных приложениях, где устройствам требуется повышенная производительность, германий работает лучше кремния.

Арсенид галлия

Арсенид галлия обрабатывает электричество гораздо быстрее, чем кремний, поэтому он идеально подходит для беспроводных устройств. Арсенид галлия может быть полезен при использовании высокочастотной электроники, например в радарных системах, спутниковой связи и некоторых смартфонах. Этот материал лучше работает при экстремальных температурах и эффективнее преобразует свет в электричество в солнечных батареях.

Карбид кремния

Карбид кремния выдерживает гораздо более высокие температуры и напряжения, чем обычный кремний. Ваш электромобиль можно использовать чипы из карбида кремния, потому что они теряют меньше энергии в виде тепла и помогают увеличить дальность поездки. Этот прочный материал также находит применение в светодиодных лампах и в мощном оборудовании, где обычные чипы могут выйти из строя.

Фоторезисты

Фоторезисты - это специальные светочувствительные химические вещества, которые помогают создавать крошечные узоры на чипах. Когда на эти материалы попадает свет, они меняют свои свойства и позволяют производители в Ицзине для рисования микроскопических схем, которые питают ваши устройства. Процессор вашего смартфона имеет схемы, созданные фоторезистами, которые в тысячи раз меньше человеческого волоса.

Допанты

Допанты - это специальные атомы, такие как бор или фосфор, которые производители добавляют в кремний, чтобы изменить то, как через него проходит электричество. Можно считать допанты "секретными ингредиентами", которые превращают обычный кремний в рабочий полупроводник. Эти допанты нужны вашим электронным устройствам для создания основных переключателей, которые управляют всей вашей цифровой информацией.

Медь

Медь Проводит электричество между различными частями вашего чипа с очень малым сопротивлением. Благодаря отличной электропроводности меди вы получаете более быстрые устройства с длительным временем автономной работы. Производители тщательно прокладывают тонкие медные линии, соединяющие миллиарды транзисторов в процессоре, питающем ваш ноутбук или телефон.

Алюминий

Алюминий был основным металлом, использовавшимся в микросхемах до того, как медь стала более распространенной. Вы по-прежнему найдете алюминий во многих устройствах, потому что он легкий и хорошо соединяется с кремнием. Алюминий создает крошечные провода и точки соединения, которые соединяют различные слои схем в ваших электронных устройствах.

Что такое чистая комната и почему она важна?

Чистая комната - это специальное производственное помещение, где воздух невероятно чист и не содержит пыли и частиц. В лучших чистых комнатах вы не найдете ни пылинки. Такие помещения жизненно важны при производстве полупроводников, поскольку даже крошечные частицы могут испортить микросхемы, питающие ваши устройства.

Чистые помещения оцениваются по номерам классов, которые показывают, сколько частиц допускается на кубический фут воздуха. В чистом помещении класса 1 (самом чистом) на кубический фут приходится менее 1 частицы, в то время как в обычной комнате вашего дома их может быть миллионы! Работники носят специальные "костюмы зайчика", закрывающие все тело, чтобы чешуйки кожи или волосы не загрязняли микросхемы.

Что такое закон CHIPS?

Закон CHIPS - это закон, принятый в 2022 году, который выделяет $52,7 миллиарда на производство большего количества компьютерных чипов в Америке. Вы получите выгоду, поскольку закон направлен на снижение зависимости от чипов иностранного производства, создание американских рабочих мест и предотвращение дефицита, который делает вашу электронику дороже. Закон поддерживает исследования и строительство новых заводов.

Полное название - "Акт о создании полезных стимулов для производства полупроводников и науки". Около $39 миллиардов направляется непосредственно на строительство новых фабрик по производству чипов в США. Такие компании, как Intel, Micron и TSMC, уже объявили о планах по строительству заводов в таких штатах, как Огайо, Нью-Йорк и Аризона, благодаря этому финансированию.

Роль Yijin в мировой индустрии производства полупроводников

Свяжитесь с Yijin Hardware сегодняМы играем вспомогательную роль в мировой полупроводниковой промышленности, производя прецизионные компоненты, используемые в полупроводниковом оборудовании. Вы найдете наши детали, обработанные на станках с ЧПУ, в различных устройствах, которые делают возможным производство микросхем. Мы специализируемся на создании заказных полупроводниковых компонентов из таких материалов, как кремний, оксид алюминия и сапфир.

Промышленность полупроводников | Вопросы и ответы

Как производство полупроводников влияет на окружающую среду?

Производство полупроводников создает серьезные экологические проблемы, связанные с большим потреблением воды, энергии и химических отходов. Для производства одного компьютерного чипа могут использоваться тысячи галлонов воды и различные вредные химикаты. Промышленность производит парниковые газы, такие как перфторуглероды, которые гораздо сильнее, чем углекислый газ.

С какими проблемами сталкивается полупроводниковая промышленность?

Полупроводниковая промышленность сталкивается с серьезными перебоями в цепочке поставок, нехваткой кадров и геополитической напряженностью, которые влияют на доступность чипов. Вы можете заметить рост цен и более длительное ожидание электроники, поскольку компании борются с этими проблемами. Кроме того, отрасль сталкивается с растущей сложностью производства, поскольку характеристики чипов уменьшаются до атомарных масштабов, что требует строительства заводов стоимостью в миллиарды долларов и применения самых современных технологий.

Какие достижения определяют будущее производства полупроводников?

Новые полупроводниковые материалы, такие как нитрид галлия и карбид кремния, революционно повышают производительность чипов по сравнению с традиционным кремнием. Скоро вы увидите эти материалы в своих устройствах, что позволит ускорить зарядку, повысить энергоэффективность и улучшить управление тепловыделением. Инновации в области 3D-стекинга позволяют производителям размещать больше вычислительной мощности на том же пространстве.

Вернуться к началу: Полупроводниковая промышленность