ทำไมกล่องเวเฟอร์ถึงมี 25 ชิ้น?

ในโลกที่ซับซ้อนของเทคโนโลยีสมัยใหม่เวเฟอร์หรือที่เรียกว่าเวเฟอร์ซิลิคอน เป็นองค์ประกอบหลักของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ เป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำ เซ็นเซอร์ ฯลฯ และแต่ละเวเฟอร์ก็มีศักยภาพของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จำนวนนับไม่ถ้วน แล้วทำไมเราถึงเห็นเวเฟอร์ 25 ชิ้นในกล่องบ่อยๆ? จริงๆ แล้วมีข้อพิจารณาทางวิทยาศาสตร์และเศรษฐศาสตร์ของการผลิตภาคอุตสาหกรรมอยู่เบื้องหลัง

เผยเหตุผลว่าทำไมในกล่องถึงมี 25 ชิ้น

ขั้นแรก ทำความเข้าใจขนาดของเวเฟอร์ก่อน ขนาดเวเฟอร์มาตรฐานมักจะอยู่ที่ 12 นิ้วและ 15 นิ้ว ซึ่งปรับให้เข้ากับอุปกรณ์และกระบวนการการผลิตที่แตกต่างกันเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วปัจจุบันเป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุดเนื่องจากสามารถรองรับชิปได้มากขึ้นและมีต้นทุนและประสิทธิภาพการผลิตค่อนข้างสมดุล

จำนวน "25 ชิ้น" ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ขึ้นอยู่กับวิธีการตัดและประสิทธิภาพการบรรจุหีบห่อของเวเฟอร์ หลังจากผลิตเวเฟอร์แต่ละอันแล้ว จะต้องตัดเพื่อสร้างชิปแยกกันหลายชิ้น โดยทั่วไปแล้วกเวเฟอร์ 12 นิ้วสามารถตัดชิปได้หลายร้อยหรือหลายพันชิป อย่างไรก็ตาม เพื่อความสะดวกในการจัดการและขนส่ง ชิปเหล่านี้มักจะบรรจุในปริมาณที่กำหนด และ 25 ชิ้นก็เป็นตัวเลือกปริมาณทั่วไป เนื่องจากมีขนาดไม่ใหญ่หรือใหญ่เกินไป และรับประกันความเสถียรที่เพียงพอในระหว่างการขนส่ง

นอกจากนี้ปริมาณ 25 ชิ้นยังเอื้อต่อระบบอัตโนมัติและการเพิ่มประสิทธิภาพของสายการผลิตอีกด้วย การผลิตเป็นชุดสามารถลดต้นทุนการประมวลผลของชิ้นเดียวและปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตได้ ในขณะเดียวกัน สำหรับการจัดเก็บและการขนส่ง กล่องเวเฟอร์ขนาด 25 ชิ้นก็ใช้งานง่ายและลดความเสี่ยงที่จะแตกหัก

เป็นที่น่าสังเกตว่าด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์บางรายการอาจใช้บรรจุภัณฑ์จำนวนมากขึ้น เช่น 100 หรือ 200 ชิ้น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตให้ดียิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม สำหรับผลิตภัณฑ์ระดับผู้บริโภคและผลิตภัณฑ์ระดับกลางส่วนใหญ่ กล่องเวเฟอร์ 25 ชิ้นยังคงเป็นโครงร่างมาตรฐานทั่วไป

โดยสรุป กล่องเวเฟอร์มักประกอบด้วย 25 ชิ้น ซึ่งเป็นจุดสมดุลที่พบในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ระหว่างประสิทธิภาพการผลิต การควบคุมต้นทุน และความสะดวกด้านลอจิสติกส์ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง ตัวเลขนี้อาจมีการปรับเปลี่ยน แต่ตรรกะพื้นฐานเบื้องหลัง - การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตและการปรับปรุงผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ - ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

โรงงานเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วใช้ FOUP และ FOSB และขนาด 8 นิ้วและต่ำกว่า (รวมถึง 8 นิ้ว) ใช้ Cassette, SMIF POD และกล่องเวเฟอร์โบ๊ท นั่นคือ 12 นิ้วผู้ให้บริการเวเฟอร์เรียกรวมกันว่า FOUP และรุ่น 8 นิ้วผู้ให้บริการเวเฟอร์เรียกรวมกันว่าคาสเซ็ตต์ โดยปกติ FOUP เปล่าจะหนักประมาณ 4.2 กก. และ FOUP ที่บรรจุเวเฟอร์ 25 แผ่นจะมีน้ำหนักประมาณ 7.3 กก.
จากการวิจัยและสถิติของทีมวิจัยของ QYResearch ยอดขายตลาดกล่องเวเฟอร์ทั่วโลกสูงถึง 4.8 พันล้านหยวนในปี 2565 และคาดว่าจะสูงถึง 7.7 พันล้านหยวนในปี 2572 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้น (CAGR) ที่ 7.9% ในแง่ของประเภทผลิตภัณฑ์ เซมิคอนดักเตอร์ FOUP ครอบครองส่วนแบ่งที่ใหญ่ที่สุดของตลาดทั้งหมด ประมาณ 73% ในแง่ของการใช้งานผลิตภัณฑ์ การใช้งานที่ใหญ่ที่สุดคือเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว รองลงมาคือเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว

ในความเป็นจริง ตัวพาเวเฟอร์มีหลายประเภท เช่น FOUP สำหรับการถ่ายโอนเวเฟอร์ในโรงงานผลิตเวเฟอร์ FOSB สำหรับการขนส่งระหว่างการผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนและโรงงานผลิตแผ่นเวเฟอร์ ตัวพา CASSETTE สามารถใช้สำหรับการขนส่งระหว่างกระบวนการและใช้ร่วมกับกระบวนการต่างๆ

เปิดคาสเซ็ต
OPEN CASSETTE ส่วนใหญ่จะใช้ในการขนส่งระหว่างกระบวนการและกระบวนการทำความสะอาดในการผลิตแผ่นเวเฟอร์ เช่นเดียวกับ FOSB, FOUP และตัวพาอื่นๆ โดยทั่วไปจะใช้วัสดุที่ทนต่ออุณหภูมิ มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม มีความเสถียรของมิติ และทนทาน ป้องกันไฟฟ้าสถิต มีก๊าซออกต่ำ ปริมาณน้ำฝนต่ำ และสามารถรีไซเคิลได้ ขนาดเวเฟอร์ โหนดกระบวนการ และวัสดุที่เลือกสำหรับกระบวนการที่แตกต่างกันแตกต่างกัน วัสดุทั่วไป ได้แก่ PFA, PTFE, PP, PEEK, PES, PC, PBT, PEI, COP เป็นต้น โดยทั่วไปสินค้าจะได้รับการออกแบบให้มีความจุ 25 ชิ้น

OPEN CASSETTE สามารถใช้ร่วมกับสิ่งที่เกี่ยวข้องได้เวเฟอร์คาสเซ็ตผลิตภัณฑ์สำหรับการจัดเก็บและขนส่งเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการต่างๆ เพื่อลดการปนเปื้อนของเวเฟอร์

OPEN CASSETTE ใช้ร่วมกับผลิตภัณฑ์ Wafer Pod (OHT) แบบกำหนดเอง ซึ่งสามารถนำไปใช้กับการส่งสัญญาณอัตโนมัติ การเข้าถึงแบบอัตโนมัติ และการจัดเก็บที่ปิดผนึกมากขึ้นระหว่างกระบวนการในการผลิตแผ่นเวเฟอร์และการผลิตชิป

แน่นอนว่า OPEN CASSETTE สามารถสร้างเป็นผลิตภัณฑ์ CASSETTE ได้โดยตรง กล่องจัดส่ง Wafer ของผลิตภัณฑ์มีโครงสร้างดังแสดงในรูปด้านล่าง สามารถตอบสนองความต้องการในการขนส่งแผ่นเวเฟอร์จากโรงงานผลิตแผ่นเวเฟอร์ไปยังโรงงานผลิตชิป CASSETTE และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ได้จาก CASSETTE สามารถตอบสนองความต้องการในการส่ง การจัดเก็บ และการขนส่งระหว่างโรงงานระหว่างกระบวนการต่างๆ ในโรงงานเวเฟอร์และโรงงานชิป

กล่องจัดส่งเวเฟอร์เปิดด้านหน้า FOSB
กล่องจัดส่งเวเฟอร์แบบเปิดด้านหน้า FOSB ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการขนส่งเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วระหว่างโรงงานผลิตเวเฟอร์และโรงงานผลิตชิป เนื่องจากเวเฟอร์มีขนาดใหญ่และมีข้อกำหนดด้านความสะอาดที่สูงขึ้น ชิ้นส่วนวางตำแหน่งพิเศษและการออกแบบกันกระแทกใช้เพื่อลดสิ่งสกปรกที่เกิดจากแรงเสียดทานของการแทนที่เวเฟอร์ วัตถุดิบทำจากวัสดุที่มีก๊าซออกต่ำ ซึ่งสามารถลดความเสี่ยงของเวเฟอร์ที่ปนเปื้อนจากก๊าซออกได้ เมื่อเปรียบเทียบกับกล่องเวเฟอร์สำหรับการขนส่งอื่นๆ FOSB มีความหนาแน่นของอากาศที่ดีกว่า นอกจากนี้ ในโรงงานสายการบรรจุส่วนหลัง FOSB ยังสามารถใช้เพื่อจัดเก็บและถ่ายโอนเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการต่างๆ

โดยทั่วไป FOSB จะทำเป็น 25 ชิ้น นอกจากการจัดเก็บและดึงข้อมูลอัตโนมัติผ่านระบบขนถ่ายวัสดุอัตโนมัติ (AMHS) แล้ว ยังสามารถดำเนินการด้วยตนเองได้อีกด้วย

Unified Pod แบบเปิดด้านหน้า

Front Opening Unified Pod (FOUP) ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการป้องกัน การขนส่ง และการจัดเก็บเวเฟอร์ในโรงงาน Fab เป็นคอนเทนเนอร์ขนส่งที่สำคัญสำหรับระบบลำเลียงอัตโนมัติในโรงงานเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว หน้าที่ที่สำคัญที่สุดคือตรวจสอบให้แน่ใจว่าเวเฟอร์ทุกๆ 25 แผ่นได้รับการปกป้องเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนจากฝุ่นในสภาพแวดล้อมภายนอกในระหว่างการส่งผ่านระหว่างเครื่องจักรการผลิตแต่ละเครื่อง ซึ่งส่งผลต่อผลผลิต FOUP แต่ละตัวมีแผ่นเชื่อมต่อ หมุด และรูต่างๆ เพื่อให้ FOUP อยู่ที่ช่องโหลดและควบคุมโดย AMHS ใช้วัสดุที่มีก๊าซออกต่ำและวัสดุดูดซับความชื้นต่ำ ซึ่งสามารถลดการปล่อยสารประกอบอินทรีย์ได้อย่างมาก และป้องกันการปนเปื้อนของแผ่นเวเฟอร์ ในเวลาเดียวกัน ฟังก์ชั่นการปิดผนึกและการพองตัวที่ยอดเยี่ยมสามารถให้สภาพแวดล้อมที่มีความชื้นต่ำสำหรับเวเฟอร์ได้ นอกจากนี้ FOUP ยังสามารถออกแบบด้วยสีต่างๆ ได้ เช่น สีแดง สีส้ม สีดำ โปร่งใส ฯลฯ เพื่อตอบสนองความต้องการของกระบวนการ และแยกแยะกระบวนการและกระบวนการที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว FOUP จะถูกปรับแต่งโดยลูกค้าตามความแตกต่างของสายการผลิตและเครื่องจักรของโรงงาน Fab

นอกจากนี้ POUP ยังสามารถปรับแต่งเป็นผลิตภัณฑ์พิเศษสำหรับผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์ตามกระบวนการที่แตกต่างกัน เช่น TSV และ FAN OUT ในบรรจุภัณฑ์แบ็คเอนด์ชิป เช่น SLOT FOUP, 297 มม. FOUP เป็นต้น FOUP สามารถรีไซเคิลได้และมีอายุการใช้งานยาวนาน ระหว่าง 2-4 ปี ผู้ผลิต FOUP สามารถให้บริการทำความสะอาดผลิตภัณฑ์เพื่อตอบสนองผลิตภัณฑ์ที่ปนเปื้อนเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ได้

ผู้ส่งสินค้าเวเฟอร์แนวนอนแบบไร้สัมผัส
ผู้จัดส่งเวเฟอร์แนวนอนแบบไร้สัมผัสส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการขนส่งเวเฟอร์สำเร็จรูป ดังแสดงในรูปด้านล่าง กล่องขนส่งของ Entegris ใช้วงแหวนรองรับเพื่อให้แน่ใจว่าแผ่นเวเฟอร์จะไม่สัมผัสกันระหว่างการจัดเก็บและการขนส่ง และมีการปิดผนึกที่ดีเพื่อป้องกันการปนเปื้อนของสิ่งเจือปน การสึกหรอ การชนกัน รอยขีดข่วน การไล่ก๊าซ ฯลฯ โดยหลักแล้วผลิตภัณฑ์นี้เหมาะสำหรับ Thin 3D, เลนส์ หรือ เวเฟอร์แบบกระแทก และพื้นที่การใช้งาน ได้แก่ 3D, 2.5D, MEMS, LED และเซมิคอนดักเตอร์กำลัง ผลิตภัณฑ์นี้มีวงแหวนรองรับ 26 วง โดยมีความจุเวเฟอร์ 25 อัน (มีความหนาต่างกัน) และขนาดเวเฟอร์ ได้แก่ 150 มม. 200 มม. และ 300 มม.