ทำไมกล่องเวเฟอร์ถึงมีเวเฟอร์ 25 ชิ้น?

ในโลกที่ก้าวหน้าของเทคโนโลยีสมัยใหม่เวเฟอร์หรือที่เรียกอีกอย่างว่าเวเฟอร์ซิลิคอน เป็นส่วนประกอบหลักของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ เป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำ เซ็นเซอร์ เป็นต้น และเวเฟอร์แต่ละแผ่นมีศักยภาพเทียบเท่ากับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์นับไม่ถ้วน แล้วทำไมเราจึงมักเห็นเวเฟอร์ 25 ชิ้นในกล่อง? จริงๆ แล้วมีข้อพิจารณาทางวิทยาศาสตร์และเศรษฐศาสตร์ของการผลิตทางอุตสาหกรรมอยู่เบื้องหลังเรื่องนี้

 

เผยเหตุผลว่าทำไมกล่องหนึ่งถึงมีเวเฟอร์ 25 ชิ้น

ขั้นแรก ทำความเข้าใจขนาดของเวเฟอร์ก่อน ขนาดเวเฟอร์มาตรฐานโดยทั่วไปคือ 12 นิ้วและ 15 นิ้ว ซึ่งสามารถปรับให้เข้ากับอุปกรณ์และกระบวนการการผลิตที่แตกต่างกันเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วเป็นประเภทที่พบมากที่สุดในปัจจุบันเนื่องจากสามารถรองรับชิปได้มากขึ้นและมีความสมดุลกันในด้านต้นทุนการผลิตและประสิทธิภาพ

จำนวน "25 ชิ้น" ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ แต่ขึ้นอยู่กับวิธีการตัดและประสิทธิภาพการบรรจุของเวเฟอร์ หลังจากผลิตเวเฟอร์แต่ละชิ้นแล้ว จะต้องตัดเพื่อสร้างชิปอิสระหลายชิ้น โดยทั่วไปแล้วแผ่นเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วสามารถตัดเศษไม้ได้หลายร้อยหรือหลายพันชิ้น อย่างไรก็ตาม เพื่อความสะดวกในการจัดการและการขนส่ง เศษไม้เหล่านี้จึงมักบรรจุเป็นจำนวนหนึ่ง โดยปริมาณที่นิยมใช้คือ 25 ชิ้น เนื่องจากไม่ใหญ่หรือใหญ่เกินไป และช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะมั่นคงเพียงพอระหว่างการขนส่ง

นอกจากนี้ จำนวน 25 ชิ้นยังเอื้อต่อการทำงานอัตโนมัติและเพิ่มประสิทธิภาพของสายการผลิตอีกด้วย การผลิตแบบแบตช์สามารถลดต้นทุนการประมวลผลของชิ้นเดียวและปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต ในเวลาเดียวกัน สำหรับการจัดเก็บและขนส่ง กล่องเวเฟอร์ 25 ชิ้นใช้งานง่ายและลดความเสี่ยงของการแตกหัก

ที่น่าสังเกตก็คือ ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์บางรายการอาจใช้บรรจุภัณฑ์จำนวนมากขึ้น เช่น 100 หรือ 200 ชิ้น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตให้ดียิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม สำหรับผลิตภัณฑ์ระดับผู้บริโภคและระดับกลางส่วนใหญ่ กล่องเวเฟอร์ 25 ชิ้นยังคงเป็นรูปแบบมาตรฐานทั่วไป

โดยสรุปแล้ว เวเฟอร์ 1 กล่องมักมี 25 ชิ้น ซึ่งถือเป็นความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการผลิต การควบคุมต้นทุน และความสะดวกในการขนส่งของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยี ตัวเลขนี้อาจปรับเปลี่ยนได้ แต่หลักการพื้นฐานเบื้องหลังคือการปรับปรุงกระบวนการผลิตและปรับปรุงผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

โรงงานเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วใช้ FOUP และ FOSB ส่วนขนาด 8 นิ้วและน้อยกว่า (รวมถึง 8 นิ้ว) ใช้ Cassette, SMIF POD และกล่องเรือเวเฟอร์ นั่นคือขนาด 12 นิ้วตัวพาเวเฟอร์เรียกรวมๆ ว่า FOUP และขนาด 8 นิ้วตัวพาเวเฟอร์เรียกโดยรวมว่า Cassette โดยปกติ FOUP เปล่าจะมีน้ำหนักประมาณ 4.2 กก. และ FOUP ที่เต็มไปด้วยเวเฟอร์ 25 ชิ้นจะมีน้ำหนักประมาณ 7.3 กก.
ตามการวิจัยและสถิติของทีมวิจัย QYResearch ยอดขายตลาดกล่องเวเฟอร์ทั่วโลกสูงถึง 4.8 พันล้านหยวนในปี 2022 และคาดว่าจะสูงถึง 7.7 พันล้านหยวนในปี 2029 ด้วยอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้น (CAGR) ที่ 7.9% ในแง่ของประเภทผลิตภัณฑ์ เซมิคอนดักเตอร์ FOUP ครองส่วนแบ่งตลาดทั้งหมดมากที่สุดประมาณ 73% ในแง่ของการใช้งานผลิตภัณฑ์ การใช้งานที่ใหญ่ที่สุดคือเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว รองลงมาคือเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว

ในความเป็นจริงแล้ว มีตัวพาเวเฟอร์หลายประเภท เช่น FOUP สำหรับการถ่ายโอนเวเฟอร์ในโรงงานผลิตเวเฟอร์ FOSB สำหรับการขนส่งระหว่างโรงงานผลิตเวเฟอร์ซิลิกอนและโรงงานผลิตเวเฟอร์ ตัวพาแบบคาสเซ็ตสามารถใช้สำหรับการขนส่งระหว่างกระบวนการและใช้ร่วมกับกระบวนการต่างๆ

 

ตลับเทปเปิด

ตลับเปิดส่วนใหญ่ใช้ในกระบวนการขนส่งระหว่างกระบวนการและกระบวนการทำความสะอาดในการผลิตเวเฟอร์ เช่นเดียวกับ FOSB, FOUP และตัวพาอื่นๆ โดยทั่วไปจะใช้วัสดุที่ทนต่ออุณหภูมิ มีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม มีเสถียรภาพด้านมิติ และทนทาน ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ปล่อยก๊าซออกน้อย ตกตะกอนน้อย และรีไซเคิลได้ ขนาดเวเฟอร์ โหนดกระบวนการ และวัสดุที่เลือกใช้สำหรับกระบวนการต่างๆ จะแตกต่างกัน วัสดุทั่วไป ได้แก่ PFA, PTFE, PP, PEEK, PES, PC, PBT, PEI, COP เป็นต้น โดยทั่วไปแล้วผลิตภัณฑ์นี้ได้รับการออกแบบให้มีความจุ 25 ชิ้น

OPEN CASSETTE สามารถใช้งานร่วมกับเทปเวเฟอร์ผลิตภัณฑ์สำหรับการจัดเก็บและขนส่งเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการเพื่อลดการปนเปื้อนของเวเฟอร์

OPEN CASSETTE ใช้ร่วมกับผลิตภัณฑ์ Wafer Pod (OHT) ที่กำหนดเอง ซึ่งสามารถนำไปใช้กับระบบส่งสัญญาณอัตโนมัติ การเข้าถึงอัตโนมัติ และการจัดเก็บแบบปิดผนึกมากขึ้นระหว่างกระบวนการต่างๆ ในการผลิตเวเฟอร์และการผลิตชิป

แน่นอนว่า OPEN CASSETTE สามารถผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ CASSETTE ได้โดยตรง ผลิตภัณฑ์ Wafer Shipping Boxes มีโครงสร้างดังที่แสดงในรูปด้านล่าง สามารถตอบสนองความต้องการในการขนส่งเวเฟอร์จากโรงงานผลิตเวเฟอร์ไปยังโรงงานผลิตชิป CASSETTE และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ได้จาก CASSETTE สามารถตอบสนองความต้องการในการส่งผ่าน การจัดเก็บ และการขนส่งระหว่างโรงงานระหว่างกระบวนการต่างๆ ในโรงงานเวเฟอร์และโรงงานชิปได้

 

กล่องขนส่งเวเฟอร์เปิดด้านหน้า FOSB

กล่องขนส่งเวเฟอร์แบบเปิดด้านหน้า FOSB ส่วนใหญ่ใช้สำหรับขนส่งเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วระหว่างโรงงานผลิตเวเฟอร์และโรงงานผลิตชิป เนื่องจากเวเฟอร์มีขนาดใหญ่และมีข้อกำหนดด้านความสะอาดที่สูงกว่า จึงใช้ชิ้นส่วนสำหรับวางตำแหน่งพิเศษและการออกแบบป้องกันแรงกระแทกเพื่อลดสิ่งเจือปนที่เกิดจากแรงเสียดทานในการเคลื่อนตัวของเวเฟอร์ วัตถุดิบทำจากวัสดุที่ปล่อยก๊าซออกน้อย ซึ่งสามารถลดความเสี่ยงในการปล่อยก๊าซออกสู่เวเฟอร์ที่ปนเปื้อนได้ เมื่อเปรียบเทียบกับกล่องเวเฟอร์ขนส่งอื่นๆ FOSB มีความแน่นอากาศที่ดีกว่า นอกจากนี้ ในโรงงานสายการบรรจุภัณฑ์ด้านหลัง FOSB ยังสามารถใช้สำหรับการจัดเก็บและถ่ายโอนเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการต่างๆ ได้อีกด้วย

โดยทั่วไป FOSB จะผลิตเป็น 25 ชิ้น นอกจากการจัดเก็บและค้นหาอัตโนมัติผ่านระบบจัดการวัสดุอัตโนมัติ (AMHS) แล้ว ยังสามารถควบคุมด้วยมือได้อีกด้วย

ช่องเปิดด้านหน้าแบบรวม

FOUP (Front Opening Unified Pod) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการป้องกัน การขนส่ง และการจัดเก็บเวเฟอร์ในโรงงาน Fab เป็นภาชนะขนส่งที่สำคัญสำหรับระบบการลำเลียงอัตโนมัติในโรงงานเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว หน้าที่ที่สำคัญที่สุดคือเพื่อให้แน่ใจว่าเวเฟอร์ทุก 25 ชิ้นได้รับการปกป้องเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนจากฝุ่นละอองในสภาพแวดล้อมภายนอกระหว่างการส่งผ่านระหว่างเครื่องจักรผลิตแต่ละเครื่อง จึงส่งผลกระทบต่อผลผลิต FOUP แต่ละชิ้นมีแผ่นเชื่อมต่อ หมุด และรูต่างๆ เพื่อให้ FOUP ตั้งอยู่บนพอร์ตโหลดและควบคุมโดย AMHS ใช้วัสดุที่มีการปล่อยก๊าซต่ำและวัสดุที่ดูดซับความชื้นต่ำ ซึ่งสามารถลดการปล่อยสารประกอบอินทรีย์ได้อย่างมากและป้องกันการปนเปื้อนของเวเฟอร์ ในเวลาเดียวกัน ฟังก์ชันการปิดผนึกและการพองตัวที่ยอดเยี่ยมสามารถสร้างสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นต่ำสำหรับเวเฟอร์ นอกจากนี้ FOUP ยังสามารถออกแบบได้หลายสี เช่น แดง สีส้ม สีดำ โปร่งใส เป็นต้น เพื่อตอบสนองความต้องการของกระบวนการและแยกแยะกระบวนการและกระบวนการต่างๆ โดยทั่วไป FOUP จะถูกปรับแต่งโดยลูกค้าตามสายการผลิตและความแตกต่างของเครื่องจักรของโรงงาน Fab

นอกจากนี้ POUP ยังสามารถปรับแต่งให้เป็นผลิตภัณฑ์พิเศษสำหรับผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์ตามกระบวนการต่างๆ เช่น TSV และ FAN OUT ในบรรจุภัณฑ์ด้านหลังชิป เช่น SLOT FOUP, 297mm FOUP เป็นต้น FOUP สามารถรีไซเคิลได้และมีอายุการใช้งานระหว่าง 2-4 ปี ผู้ผลิต FOUP สามารถให้บริการทำความสะอาดผลิตภัณฑ์เพื่อแก้ปัญหาผลิตภัณฑ์ปนเปื้อนเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ได้

 

เครื่องจัดส่งเวเฟอร์แนวนอนแบบไร้สัมผัส

เครื่องขนส่งเวเฟอร์แนวนอนแบบไร้สัมผัสส่วนใหญ่ใช้สำหรับการขนส่งเวเฟอร์สำเร็จรูปดังที่แสดงในรูปด้านล่าง กล่องขนส่งของ Entegris ใช้วงแหวนรองรับเพื่อให้แน่ใจว่าเวเฟอร์จะไม่สัมผัสกันระหว่างการจัดเก็บและการขนส่ง และมีการปิดผนึกที่ดีเพื่อป้องกันการปนเปื้อนของสิ่งเจือปน การสึกหรอ การชน รอยขีดข่วน การระบายแก๊ส ฯลฯ ผลิตภัณฑ์นี้เหมาะสำหรับเวเฟอร์ 3D แบบบาง เลนส์ หรือแบบกระแทกเป็นหลัก และพื้นที่การใช้งาน ได้แก่ 3D, 2.5D, MEMS, LED และเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์มีวงแหวนรองรับ 26 วง โดยมีความจุเวเฟอร์ 25 วง (มีความหนาต่างกัน) และขนาดเวเฟอร์ ได้แก่ 150 มม. 200 มม. และ 300 มม.