Półprzewodnikowe wafle krzemowe stanowią podstawowe elementy konstrukcyjne przemysłu elektronicznego, tworząc niezbędne podłoże dla około 90% wszystkich chipów produkowanych na całym świecie. Te ultra-czyste, cienkie dyski z krystalicznego krzemu stanowią fizyczną podstawę, na której budowane są układy scalone i urządzenia półprzewodnikowe, co czyni je niezbędnymi dla nowoczesnej technologii.

Proces produkcji wafli krzemowych obejmuje przekształcanie surowców w zaawansowane podłoża poprzez wyrafinowane procesy, w tym oczyszczanie, wzrost kryształów i precyzyjną obróbkę, co skutkuje produktami, które bezpośrednio determinują wydajność i wydajność końcowych urządzeń półprzewodnikowych.

Produkcja półprzewodnikowych wafli krzemowych reprezentuje jeden z najbardziej precyzyjnych procesów produkcyjnych w nowoczesnym przemyśle. Zaczyna się od oczyszczania surowego krzemu do krzemu polikrystalicznego klasy elektronicznej, wymagającego wyjątkowych poziomów czystości sięgających 99,999999999% (11N) dla zaawansowanych zastosowań.

Kluczowe etapy produkcji obejmują:

• Wzrost kryształów: Użycie metod takich jak proces Czochralskiego do produkcji monokrystalicznych wlewków krzemowych o określonych orientacjach kryształów

• Krojenie wafli: Precyzyjne cięcie wlewków na cienkie wafle za pomocą specjalistycznego sprzętu, takiego jak piły drutowe diamentowe

• Obróbka powierzchni: Szlifowanie, polerowanie i trawienie chemiczne w celu uzyskania płaskości powierzchni na poziomie atomowym

• Czyszczenie i inspekcja: Rygorystyczna kontrola jakości w celu wyeliminowania zanieczyszczeń i wad

Konkurencja techniczna w zaawansowanej produkcji wafli koncentruje się przede wszystkim na czystości i jednorodności. Międzynarodowi liderzy osiągnęli niezwykłą spójność w parametrach takich jak wahania zawartości tlenu (utrzymywane poniżej <5ppma), podczas gdy krajowi producenci wciąż borykają się z wyzwaniami w osiągnięciu porównywalnej jednorodności w krytycznych parametrach, takich jak grubość warstwy epitaksjalnej dla 12-calowych wafli, gdzie odchylenia muszą być utrzymywane poniżej 1% dla zastosowań wysokiej klasy.

Wafle krzemowe są głównie kategoryzowane według średnicy, a każdy rozmiar obsługuje odrębne segmenty rynku i zastosowania technologiczne:

• Główne zastosowania: Półprzewodniki mocy (diody, tyrystory), elektronika użytkowa o mniej rygorystycznych wymaganiach procesowych oraz podstawowe obwody sterowania dla zastosowań przemysłowych

• Pozycja na rynku: Stopniowo wycofywane dla zastosowań głównych, ale zachowujące zastosowania niszowe w określonych urządzeniach dyskretnych

• Główne zastosowania:

  • Elektronika samochodowa (układy napędowe, sterowanie nadwoziem, komponenty ADAS)

  • Automatyka przemysłowa (czujniki, kontrolery)

  • Urządzenia mocy (MOSFETy, IGBTs)

  • Sterowniki wyświetlaczy, czujniki linii papilarnych i obwody analogowe

• Trendy rynkowe: Utrzymujący się popyt ze strony sektorów motoryzacyjnego i przemysłowego, z nowymi zakładami produkcyjnymi pojawiającymi się w celu zaspokojenia specyficznych potrzeb rynkowych

• Główne zastosowania:

  • Zaawansowane układy logiczne (CPU, GPU, procesory smartfonów)

  • Układy pamięci (DRAM, NAND Flash)

  • Sztuczna inteligencja, wysokowydajne przetwarzanie i infrastruktura chmury

  • Zaawansowane czujniki obrazu i specjalistyczne procesory

• Trendy rynkowe: Segment o najwyższym wzroście napędzany popytem na moc obliczeniową, z głównymi producentami rozszerzającymi zdolności produkcyjne na całym świecie

Rynek półprzewodnikowych wafli krzemowych doświadcza dywergencji strukturalnej w różnych segmentach. Podczas gdy rynek 12-calowych wafli nadal wykazuje silny wzrost napędzany zaawansowanymi aplikacjami logicznymi i pamięci, segmenty 6-calowych i mniejszych wafli borykają się z presją dostosowawczą ze względu na osłabienie popytu na elektronikę użytkową.

Kluczowe zmiany na rynku obejmują:

• Rozbudowa mocy produkcyjnych: Wiodący globalni producenci inwestują znacząco w zakłady produkcyjne 12-calowych wafli, a nowe zakłady mają zostać uruchomione do 2025 roku

• Czynniki geopolityczne: Kwestie związane z łańcuchem dostaw wpływają na decyzje dotyczące lokalizacji produkcji, ze zwiększoną dywersyfikacją inwestycji w różnych regionach

• Mapy drogowe technologii: Ciągły postęp w kierunku większych średnic i bardziej zaawansowanych wafli epitaksjalnych w celu spełnienia rosnących wymagań węzłów półprzewodnikowych

Globalny rynek półprzewodnikowych wafli epitaksjalnych ma osiągnąć $10,9 miliarda do 2025 roku, odzwierciedlając krytyczne znaczenie tych zaawansowanych podłoży dla urządzeń półprzewodnikowych nowej generacji.

Chiński przemysł półprzewodnikowych wafli krzemowych poczynił znaczący postęp, szczególnie w technologii 8-calowych wafli, gdzie krajowe możliwości coraz bardziej zbliżają się do standardów międzynarodowych. Kraj wykazał zdolność do szybkiego zakładania zaawansowanych zakładów produkcyjnych, a niektóre projekty osiągają gotowość produkcyjną w ciągu 16 miesięcy od rozpoczęcia budowy.

Jednak luki technologiczne pozostają w najbardziej zaawansowanym segmencie 12-calowych wafli, gdzie parametry, w tym czystość, specyfikacje geometryczne (grubość, płaskość, ugięcie, wypaczenie), liczba cząstek na powierzchni, pozostałości metali i jednorodność domieszkowania stanowią poważne wyzwania.

Przyszła trajektoria rozwoju półprzewodnikowych wafli krzemowych nadal kładzie nacisk na większe średnice, wyższą czystość i coraz bardziej wyspecjalizowane specyfikacje w celu wspierania wschodzących technologii, w tym sztucznej inteligencji, pojazdów elektrycznych i infrastruktury komunikacyjnej nowej generacji. Ten postęp zapewnia, że wafle krzemowe utrzymają swoją podstawową rolę w globalnym ekosystemie elektroniki w dającej się przewidzieć przyszłości.

Tabela: Zastosowania półprzewodnikowych wafli krzemowych według rozmiaru