ทำไมกล่องเวเฟอร์ถึงบรรจุเวเฟอร์ 25 แผ่น?

ในโลกแห่งเทคโนโลยีสมัยใหม่ที่ล้ำสมัยเวเฟอร์แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน หรือที่รู้จักกันในชื่อเวเฟอร์ซิลิคอน เป็นส่วนประกอบหลักของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ เป็นพื้นฐานในการผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำ เซ็นเซอร์ ฯลฯ และเวเฟอร์แต่ละแผ่นมีศักยภาพในการสร้างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ได้มากมายนับไม่ถ้วน แล้วทำไมเราจึงมักเห็นเวเฟอร์ 25 แผ่นในกล่อง? จริงๆ แล้วมีเหตุผลทางวิทยาศาสตร์และเศรษฐศาสตร์ของการผลิตทางอุตสาหกรรมอยู่เบื้องหลังเรื่องนี้

 

เฉลยเหตุผลว่าทำไมในกล่องถึงมีเวเฟอร์ 25 ชิ้น

ขั้นแรก ต้องทำความเข้าใจขนาดของเวเฟอร์ก่อน ขนาดเวเฟอร์มาตรฐานโดยทั่วไปคือ 12 นิ้วและ 15 นิ้ว ซึ่งปรับให้เข้ากับอุปกรณ์และกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วปัจจุบันเป็นประเภทที่พบได้บ่อยที่สุด เนื่องจากสามารถรองรับชิปได้มากกว่า และมีความสมดุลระหว่างต้นทุนการผลิตและประสิทธิภาพ

ตัวเลข "25 ชิ้น" ไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ มันมาจากวิธีการตัดและประสิทธิภาพการบรรจุแผ่นเวเฟอร์ หลังจากผลิตแผ่นเวเฟอร์แต่ละแผ่นแล้ว จะต้องนำมาตัดเพื่อสร้างชิปอิสระหลายชิ้น โดยทั่วไปแล้ว...เวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วสามารถตัดชิปได้หลายร้อยหรือหลายพันชิ้น อย่างไรก็ตาม เพื่อความสะดวกในการจัดการและการขนส่ง ชิปเหล่านี้มักจะบรรจุในปริมาณที่กำหนด และ 25 ชิ้นเป็นปริมาณที่นิยมใช้กัน เนื่องจากไม่มากเกินไปหรือน้อยเกินไป และสามารถรักษาเสถียรภาพได้ดีในระหว่างการขนส่ง

นอกจากนี้ ปริมาณ 25 ชิ้นยังเอื้อต่อการทำงานอัตโนมัติและการเพิ่มประสิทธิภาพของสายการผลิต การผลิตเป็นชุดสามารถลดต้นทุนการผลิตต่อชิ้นและเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตได้ ในขณะเดียวกัน กล่องบรรจุเวเฟอร์ 25 ชิ้นก็ง่ายต่อการจัดเก็บและขนส่ง และลดความเสี่ยงต่อการแตกหัก

เป็นที่น่าสังเกตว่า ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์บางชนิดอาจใช้บรรจุภัณฑ์ที่มีจำนวนชิ้นมากกว่า เช่น 100 หรือ 200 ชิ้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตให้ดียิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม สำหรับผลิตภัณฑ์ระดับผู้บริโภคและระดับกลางส่วนใหญ่ กล่องบรรจุเวเฟอร์ 25 ชิ้นยังคงเป็นรูปแบบมาตรฐานที่ใช้กันทั่วไป

โดยสรุปแล้ว กล่องบรรจุเวเฟอร์โดยทั่วไปจะมี 25 ชิ้น ซึ่งเป็นจุดสมดุลที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ค้นพบระหว่างประสิทธิภาพการผลิต การควบคุมต้นทุน และความสะดวกในการขนส่ง ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยี จำนวนนี้อาจมีการปรับเปลี่ยนได้ แต่หลักการพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังนั้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลง นั่นคือ การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตและเพิ่มผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

โรงงานผลิตเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วใช้ FOUP และ FOSB ส่วนโรงงานผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วและเล็กกว่า (รวมถึง 8 นิ้ว) ใช้ Cassette, SMIF POD และกล่องบรรจุเวเฟอร์ (wafer boat box) ซึ่งก็คือขนาด 12 นิ้วนั่นเองตัวยึดเวเฟอร์เรียกโดยรวมว่า FOUP และขนาด 8 นิ้วตัวยึดเวเฟอร์โดยรวมแล้วเรียกว่า คาสเซ็ตต์ (Cassette) โดยปกติแล้ว FOUP ที่ว่างเปล่าจะมีน้ำหนักประมาณ 4.2 กิโลกรัม และ FOUP ที่บรรจุเวเฟอร์ 25 ชิ้นจะมีน้ำหนักประมาณ 7.3 กิโลกรัม
จากผลการวิจัยและสถิติของทีมวิจัย QYResearch พบว่า ยอดขายกล่องเวเฟอร์ทั่วโลกในปี 2022 มีมูลค่า 4.8 พันล้านหยวน และคาดว่าจะสูงถึง 7.7 พันล้านหยวนในปี 2029 โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี (CAGR) อยู่ที่ 7.9% ในด้านประเภทผลิตภัณฑ์ กล่องเวเฟอร์สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ (FOUP) ครองส่วนแบ่งตลาดมากที่สุด คิดเป็นประมาณ 73% ส่วนในด้านการใช้งาน เวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วมีการใช้งานมากที่สุด รองลงมาคือเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว

ในความเป็นจริง มีอุปกรณ์ลำเลียงเวเฟอร์หลายประเภท เช่น FOUP สำหรับการเคลื่อนย้ายเวเฟอร์ภายในโรงงานผลิตเวเฟอร์; FOSB สำหรับการขนส่งระหว่างโรงงานผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนและโรงงานผลิตเวเฟอร์; และอุปกรณ์ลำเลียงแบบคาสเซ็ตต์ ซึ่งสามารถใช้สำหรับการขนส่งระหว่างกระบวนการและใช้ร่วมกับกระบวนการต่างๆ ได้

 

เปิดเทปคาสเซ็ต

OPEN CASSETTE ส่วนใหญ่ใช้ในกระบวนการขนส่งและการทำความสะอาดระหว่างกระบวนการผลิตเวเฟอร์ เช่นเดียวกับ FOSB, FOUP และตัวลำเลียงอื่นๆ โดยทั่วไปจะทำจากวัสดุที่ทนต่ออุณหภูมิ มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม มีเสถียรภาพทางมิติ ทนทาน ป้องกันไฟฟ้าสถิต ปล่อยก๊าซน้อย มีตะกอนน้อย และรีไซเคิลได้ ขนาดเวเฟอร์ กระบวนการผลิต และวัสดุที่เลือกใช้สำหรับกระบวนการต่างๆ จะแตกต่างกัน วัสดุที่ใช้โดยทั่วไป ได้แก่ PFA, PTFE, PP, PEEK, PES, PC, PBT, PEI, COP เป็นต้น ผลิตภัณฑ์โดยทั่วไปออกแบบมาให้มีความจุ 25 ชิ้น

สามารถใช้ OPEN CASSETTE ร่วมกับอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องได้ตลับเวเฟอร์ผลิตภัณฑ์สำหรับจัดเก็บและขนส่งเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการผลิต เพื่อลดการปนเปื้อนของเวเฟอร์

OPEN CASSETTE ใช้ร่วมกับผลิตภัณฑ์ Wafer Pod (OHT) ที่ปรับแต่งได้ ซึ่งสามารถนำไปใช้กับการส่งต่ออัตโนมัติ การเข้าถึงอัตโนมัติ และการจัดเก็บที่ปิดสนิทมากขึ้นระหว่างกระบวนการต่างๆ ในการผลิตเวเฟอร์และการผลิตชิป

แน่นอนว่า OPEN CASSETTE สามารถนำไปผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ CASSETTE ได้โดยตรง ผลิตภัณฑ์กล่องขนส่งเวเฟอร์ (Wafer Shipping Boxes) มีโครงสร้างแบบนั้น ดังแสดงในรูปด้านล่าง ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการในการขนส่งเวเฟอร์จากโรงงานผลิตเวเฟอร์ไปยังโรงงานผลิตชิปได้ CASSETTE และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่พัฒนามาจากมัน สามารถตอบสนองความต้องการในการขนส่ง จัดเก็บ และเคลื่อนย้ายระหว่างโรงงานต่างๆ ในโรงงานผลิตเวเฟอร์และโรงงานผลิตชิปได้เป็นอย่างดี

 

กล่องบรรจุเวเฟอร์แบบเปิดด้านหน้า FOSB

กล่องขนส่งเวเฟอร์แบบเปิดด้านหน้า (FOSB) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการขนส่งเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วระหว่างโรงงานผลิตเวเฟอร์และโรงงานผลิตชิป เนื่องจากเวเฟอร์มีขนาดใหญ่และมีความต้องการความสะอาดสูง จึงมีการใช้ชิ้นส่วนจัดตำแหน่งพิเศษและการออกแบบกันกระแทกเพื่อลดสิ่งสกปรกที่เกิดจากแรงเสียดทานในการเคลื่อนย้ายเวเฟอร์ วัสดุที่ใช้ทำจากวัสดุที่มีการระเหยของก๊าซต่ำ ซึ่งสามารถลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนของก๊าซต่อเวเฟอร์ เมื่อเทียบกับกล่องขนส่งเวเฟอร์แบบอื่น FOSB มีความแน่นหนาของอากาศที่ดีกว่า นอกจากนี้ ในโรงงานสายการบรรจุภัณฑ์ขั้นสุดท้าย FOSB ยังสามารถใช้สำหรับการจัดเก็บและถ่ายโอนเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการต่างๆ ได้อีกด้วย

โดยทั่วไป FOSB จะผลิตเป็น 25 ชิ้น นอกจากการจัดเก็บและเรียกคืนอัตโนมัติผ่านระบบการจัดการวัสดุอัตโนมัติ (AMHS) แล้ว ยังสามารถใช้งานด้วยตนเองได้อีกด้วย

ทางเข้าด้านหน้าแบบรวม

ภาชนะบรรจุเวเฟอร์แบบเปิดด้านหน้า (Front Opening Unified Pod หรือ FOUP) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับปกป้อง ขนส่ง และจัดเก็บเวเฟอร์ในโรงงานผลิต เป็นภาชนะบรรจุที่สำคัญสำหรับระบบลำเลียงอัตโนมัติในโรงงานผลิตเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว หน้าที่ที่สำคัญที่สุดคือการปกป้องเวเฟอร์ทุกๆ 25 แผ่น เพื่อป้องกันการปนเปื้อนจากฝุ่นละอองในสภาพแวดล้อมภายนอกระหว่างการลำเลียงระหว่างเครื่องจักรแต่ละเครื่อง ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อผลผลิต FOUP แต่ละอันมีแผ่นเชื่อมต่อ หมุด และรูต่างๆ เพื่อให้ FOUP อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมบนพอร์ตโหลดและควบคุมโดย AMHS ใช้วัสดุที่มีการปล่อยก๊าซต่ำและดูดซับความชื้นต่ำ ซึ่งสามารถลดการปล่อยสารประกอบอินทรีย์และป้องกันการปนเปื้อนของเวเฟอร์ได้อย่างมาก ในขณะเดียวกัน ฟังก์ชันการปิดผนึกและการพองตัวที่ดีเยี่ยมสามารถสร้างสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นต่ำสำหรับเวเฟอร์ได้ นอกจากนี้ FOUP ยังสามารถออกแบบให้มีสีต่างๆ ได้ เช่น สีแดง สีส้ม สีดำ สีใส เป็นต้น เพื่อตอบสนองความต้องการของกระบวนการและแยกแยะกระบวนการต่างๆ ได้ โดยทั่วไป FOUP จะได้รับการปรับแต่งตามความต้องการของลูกค้า โดยคำนึงถึงความแตกต่างของสายการผลิตและเครื่องจักรในโรงงานผลิต

นอกจากนี้ POUP ยังสามารถปรับแต่งเป็นผลิตภัณฑ์พิเศษสำหรับผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์ตามกระบวนการต่างๆ เช่น TSV และ FAN OUT ในบรรจุภัณฑ์ท้ายชิป เช่น SLOT FOUP, 297mm FOUP เป็นต้น FOUP สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และมีอายุการใช้งานระหว่าง 2-4 ปี ผู้ผลิต FOUP สามารถให้บริการทำความสะอาดผลิตภัณฑ์เพื่อตอบสนองความต้องการของผลิตภัณฑ์ที่ปนเปื้อนเพื่อให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้

 

เครื่องจัดส่งเวเฟอร์แนวนอนแบบไร้สัมผัส

กล่องขนส่งเวเฟอร์แนวนอนแบบไร้สัมผัสส่วนใหญ่ใช้สำหรับการขนส่งเวเฟอร์สำเร็จรูป ดังแสดงในรูปด้านล่าง กล่องขนส่งของ Entegris ใช้แหวนรองรับเพื่อให้แน่ใจว่าเวเฟอร์จะไม่สัมผัสกันระหว่างการจัดเก็บและการขนส่ง และมีการปิดผนึกที่ดีเพื่อป้องกันการปนเปื้อนจากสิ่งสกปรก การสึกหรอ การชน รอยขีดข่วน การรั่วไหลของก๊าซ ฯลฯ ผลิตภัณฑ์นี้เหมาะสำหรับเวเฟอร์ 3 มิติแบบบาง เวเฟอร์เลนส์ หรือเวเฟอร์แบบมีปุ่มนูนเป็นหลัก และพื้นที่การใช้งานรวมถึง 3 มิติ 2.5 มิติ MEMS LED และเซมิคอนดักเตอร์กำลัง ผลิตภัณฑ์นี้มีแหวนรองรับ 26 วง มีความจุเวเฟอร์ 25 แผ่น (ที่มีความหนาต่างกัน) และขนาดเวเฟอร์ ได้แก่ 150 มม. 200 มม. และ 300 มม.