Особенности современного производства изделий микроэлектроники

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности современного производства изделий микроэлектроники

Болсынов Максат Ыдрысулы

Аннотация

В статье анализируются особенности современного производства изделий микроэлектроники. Рассматриваются потенциал и роль микроэлектронной индустрии в современном технологическом укладе. Выявляются направления развития микроэлектроники в России. Приводятся фазы микроэлектронного производства, отмечается важность их автоматизации и механизации. Рассматриваются актуальные проблемы, которые возникают при проектировании и производстве изделий микроэлектроники.

Ключевые слова: микроэлектроника, микроэлектронное производство, автоматизация, новые технологии, полупроводниковые материалы. микроэлектронное производство автоматизация

Abstract. The article examines the peculiarities of contemporary microelectronics manufacturing. It explores the potential and role of the microelectronics industry in the modern technological landscape. The directions of microelectronics development in Russia are identified. The phases of microelectronic production are presented, emphasizing the significance of automation and mechanization. The paper discusses pertinent issues arising during the design and manufacturing of microelectronic devices.

Keywords: microelectronics, microelectronics manufacturing, automation, new technologies, semiconductor materials.

Аппаратура на основе изделий микроэлектроники широко используется во всех сферах деятельности человека и выступает индикатором технологического развития общества [1]. Изделия микроэлектроники позволяют проектировать и производить в промышленных масштабах функционально сложное оборудование. Стремительное развитие отрасли позволило обеспечить трансформацию вычислительных средств из редких и дорогостоящих в приемлемые по цене средства повседневного применения. Микроэлектронное производство стремится к размерному масштабированию до топологий 14, 10 и 7 нм и менее и развитию элементной базы в направлениях функционального усложнения, увеличения надёжности, сокращения размеров, массы, потребляемой энергии стоимости.

Однако в настоящее время процесс масштабирования вошёл в фазу торможения, совершенствования текущего производственного процесса и развития методов 2,5D- и SD-интеграции [2]. В микроэлектронном производстве возникла тенденция к сокращению компонентных издержек и увеличению уровня интеграции при параллельном продолжении использования 28-нм технологического уровня. Инновационное развитие микроэлектроники определяют факторы увеличения плотности расположения элементов и площади кристалла, интеллектуальности приборов и эффективности производства, обеспечиваемой за счёт использования новейшего технологического оборудования.

Целью работы является изучение особенностей современного производства изделий микроэлектроники. Для её достижения были использованы аналитический, синтетический, индуктивный и дедуктивный методы обработки тематических исследований, научных публикаций и релевантных литературных источников.

Микроэлектроника определяет производительность любого современного оборудования и ориентируется на выпуск продуктов с высокой добавленной стоимостью, доля интеллектуальной составляющей в которых достигает 80 %[3]. Это определяет роль микроэлектронной индустрии в современном технологическом укладе и актуализирует необходимость увеличения темпов её развития в России. В настоящее время в российской микроэлектронике преобладает продукция военного назначения - на неё приходится порядка 70 % производимых изделий. Для гражданского использования в стране производятся интегральные микросхемы и основные электронные компоненты.

Такое положение негативно сказывается на развитии отрасли, поэтому российское руководство поставило перед предприятиями оборонно - промышленного комплекса задачу наращивания доли гражданской продукции[4]. Однако для предприятий, в структуре производства которых доля гражданской продукции не превышает 10 %, самостоятельный выход на рынок высокотехнологичной гражданской продукции проблематичен в силу неготовности производственных мощностей к выпуску таких изделий и отсутствия конструкторских, административно-управленческих и маркетинговых компетенций по организации производства и выводу товаров на гражданский рынок.

Переход на выпуск изделий двойного и гражданского применения позволит обеспечить загрузку производственных мощностей, однако для этого предприятиям необходимо оптимизировать производственный цикл, разработав и освоив комплексную автоматизированную линию сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем двойного применения в металлопластмассовых корпусах. При этом остальные этапы производства - разработка электронной компонентной базы, создание фотошаблонов, производство кристаллов, сборка, измерения и все виды испытаний - не требуют изменений.

Помимо переориентации предприятий оборонно -промышленного комплекса, к первоочередным задачам развития отечественных микроэлектронных производств относятся [5]:

• запуск на имеющихся производствах новых технологий, таких как BCD, FRAM (MRAM), микроболометры, SiGe, DRAM и EEPROM;

• развитие на существующих микроэлектронных производствах технологий и правил проектирования для создания высоковольтных и аналоговых микросхем, FlipChip кристаллов и специальных ПЛИС;

• запуск полномасштабного производства пластин по технологиям кремния на изоляторе и объёмного кремния;

• запуск производства 300-мм пластин по технологии 28 нм и менее;

• расширение существенного производства фотошаблонов и запуск производства фотошаблоновс уровнем технологии 90 нм и менее;

• освоение серийного производства кремниевыхпластин и пластин кремния на изоляторе диаметром 200 мм.

Повысить эффективность микроэлектронного производства возможно путём автоматизации и механизации процессов на всех фазах производственного цикла [6]:

1. Заготовительная. Включает изготовление и разрезание слитков на пластины, подготовку оснастки и инструментов и производство корпусов.

2. Обрабатывающая. Предназначена для получения интегральных структур в полупроводниковом материале либо на его поверхности.

3. Сборочно-контрольная. Включает разделение пластин на кристаллы, сборку схем в корпус, герметизацию, контроль качества изделий и различные испытания.

Основные характеристики изделий микроэлектроники фор мируются в обрабатывающей фазе, поэтому в ней предъявляются наиболее высокие требования к стабильности, точности и условиям выполнения технологических процессов. Для их обеспечения современное оборудование микроэлектронных производств полностью компьютеризируется, что позволяет практически полностью исключить вероятность ошибок операторов и снизить влияние человеческого фактора[7]. Программа технологического процесса включает всю необходимую последовательность манипуляций по обработке подложек. При этом в программу можно вносить изменения, адаптируя производство под конкретные заказы.

Однако автоматизации и механизации процессов недостаточно для развития конкурентного микроэлектронного производства: для обеспечения глубоких качественных изменений в производительных силах, создания принципиально новых видов продукции и технологий требуется интенсивное расширение и развитие исследований в области естественных и технических наук[8]. В частности, исследователям необходимо решить ряд проблем, возникающих при проектировании и производстве изделий микроэлектроники:

• проблема межсоединений, заключающаяся в необходимости обеспечения коммутации между огромным количеством элементов микросхемы;

• проблема теплоотвода, заключающаяся в увеличении удельной мощности, рассеиваемой единицей поверхности подложки, при уменьшении размеров элементов и расстояния между ними;

• проблема уменьшения размеров элементов интегральных схем и увеличения площади обрабатываемых подложек;

• проблема дефектов подложки, возникающих при интеграции кристаллов больших размеров;

• проблема контроля параметров компонентов.

Другая актуальная проблема микроэлектроники - возрастающая потребность в поиске и применении новых полупроводниковых материалов, превосходящих доминирующий в настоящее время кремний по ряду электрофизических свойств [9]. Наиболее перспективными полупроводниковыми материалами являются SiC, GaN, Ga₂O₃, алмаз и AlN.

Значимой проблемой в контексте импортозамещения микроэлектронного производства является обеспечение безопасности продукции [10]. Поскольку практически на любом этапе создания в микросхемы возможно внедрить аппаратный троян - вирус, могущий выполнять несанкционированные и скрытые от наблюдателя функции, одним из ключевых направлений развития отечественного производства изделий микроэлектроники должно являться обеспечение безопасности и качества производимых изделий, что требует внедрения комплекса нормативно - технических мероприятий по противодействию возможным угрозам.

Таким образом, микроэлектроника является одной из наиболее динамично развивающихся областей промышленности, следующий этап развития которой сопряжён с использованием квантовых эффектов. Для их применения технологическое оборудование микроэлектронного производства должно основываться на передовых научно -технических достижениях, быть автоматизированным и работать в составе адаптивных робототехнических комплексов. Ключевое значение для производства изделий микроэлектроники имеет качество выпускаемой продукции, повышение которого напрямую связано с экономическим благополучием предприятий и государств в условиях открытого рынка.

Список литературы:

1. Малькова Н.Ю., Петрова М.Д., Кирьянова М.Н. Условия труда и функциональное состояние органа зрения работающих в современном производстве изделий микроэлектроники // Гигиена и санитария. - 2020.- № 99 (6). - С. 591-596. - DOI: 10.33029/0016-9900-2020-99-6-591-596

2. Инновационные технологии и оборудование

субмикроннойэлектроники / А.П. Достанко [и др.]; под ред. акад. НАН Беларуси А.П.Достанко. - Минск: Беларуская наука, 2020. - 260 с.

3. Сиротин Д.В. Состояние и возможности развития российской микроэлектронной отрасли // Экономическое возрождение России. - 2021. - № 3 (69). - С. 105-122. - DOI: 10.37930/1990-9780-2021-3-69-105-122

4. Белоусова Н.Н., Плис Н.И. Проблемы диверсификации производства

на предприятиях оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации: на примере микроэлектроники // Экономические и социально - гуманитарные исследования. - 2019. - № 3 (23). - С. 14-21. - DOI:

10.24151/2409-1073-2019-3-14-21

5. Эннс В. Меры по развитию отечественной микроэлектроники в современных условиях // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2022. - № 6 (217). - С. 86-93. - DOI: 10.22184/1992-4178.2022.217.6.86.92

6. Основы автоматизации технологических процессов: учеб. пособие для СПО / А.В. Щагин, В.И. Демкин, В.Ю. Кононов, А.Б. Кабанова. - М.: Изд- во Юрайт, 2023. - 163 с.

7. Васильев В.Ю. Современное производство изделий

микроэлектроники: учебное пособие / В.Ю. Васильев. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. - 88 с.

8. Алмаметов В.Б. Современные проблемы развития микроэлектроники / В.Б. Алмаметов, В.В. Марченко, А.В. Кузина, Е.С. Суряев, Л.А. Тюрина // Труды международного симпозиума «Надёжность и качество». - 2020. - Т. 1. - С. 17-19.

9. Демидов А.А., Рыбалка С.Б. Современные и перспективные полупроводниковые материалы для микроэлектроники следующего десятилетия (2020-2030 гг.) // Прикладная математика & Физика. - 2021. - № 53(1). - С. 53-72. - DOI: 10.52575/2687-0959-2021-53-1-53-72

10. Основные тенденции развития, проблемы и угрозы современной

микроэлектроники: аналитический обзор [Электронный ресурс] // Маш Юнит.- URL: http s: //machunit. com/ articles/osnovnye -tendentsii-razvitiya-

problemy-i-ugrozy-sovremennoy-mikroelektroniki/ (дата обращения: 16.07.2023).

Размещено на Allbest.ru