臺(tái)積電最新的超大晶圓廠(GIGAFAB)，每個(gè)月可生產(chǎn)超過(guò)10 萬(wàn)片12 寸晶圓，每座造價(jià)高達(dá)3 千億新臺(tái)幣(約合610億人民幣)。但今年4 月1 日，日本推出的“迷你晶圓廠”(Minimal Fab)，瞄準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代小量、多樣的感測(cè)器需求，起價(jià)卻只要 5 億日元(0.3 億元人民幣)。有媒體稱之為：“顛覆全球半導(dǎo)體業(yè)界的制造系統(tǒng)”。

 

    這個(gè)由經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省主導(dǎo)，由140 間日本企業(yè)、團(tuán)體聯(lián)合開(kāi)發(fā)的新世代制造系統(tǒng)，目標(biāo)是透過(guò)成本與技術(shù)門(mén)檻的大幅降低，讓汽車(chē)與家電廠商能自己生產(chǎn)所需的半導(dǎo)體及感應(yīng)器。形同推翻臺(tái)積電董事長(zhǎng)張忠謀 30 年前所創(chuàng)的晶圓代工模式，重回早年飛利浦、Sony 等大廠都自己生產(chǎn)半導(dǎo)體的垂直整合時(shí)代。

 

    販賣(mài)這種生產(chǎn)系統(tǒng)的，是日本橫河電機(jī)集團(tuán)旗下的橫河解決方案。每臺(tái)外型流線、美觀的制造機(jī)臺(tái)，大小約與飲料自動(dòng)販賣(mài)機(jī)差不多，但各自具備洗凈、加熱、曝光等功能。每一臺(tái)機(jī)器，都相當(dāng)于一條半導(dǎo)體制造的生產(chǎn)線。一條“迷你晶圓廠”產(chǎn)線，所需的最小面積是大約是兩個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)的大小。也僅是一座12 寸晶圓廠的百分之一面積。

 

    “迷你晶圓廠”能夠做到如此廉價(jià)、體積小，首先是挑戰(zhàn)業(yè)界常識(shí)的創(chuàng)新做法──不需要無(wú)塵室。

 

    半導(dǎo)體芯片上如果沾有超過(guò)0.1 微米的灰塵就算是不良品，為此，制造室內(nèi)一定要保持超高潔凈度。維持無(wú)塵室需要大量的電力，因此不只投資金額很高、維持費(fèi)用也相當(dāng)驚人。所以半導(dǎo)體不大量生產(chǎn)的話，很難獲利。

 

    產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合研究所的原史朗挑戰(zhàn)了這項(xiàng)業(yè)界的常識(shí)。“半導(dǎo)體工廠真的需要無(wú)塵室嗎?明明需要隔絕灰塵的只有晶圓而已。”抱持著這項(xiàng)疑問(wèn)，原史朗從 1990 年代開(kāi)始構(gòu)想“迷你晶圓廠”。

 

    幾年后，原史朗終于開(kāi)發(fā)出局部無(wú)塵化的關(guān)鍵技術(shù)，并將此成果制出特殊運(yùn)輸系統(tǒng)“Minimal Shuttle”。利用電磁鐵控制開(kāi)關(guān)，幾乎不會(huì)有灰塵進(jìn)入。

 

    “迷你晶圓廠”的另一個(gè)特點(diǎn)，是不需要用到光罩，這又可大幅降低成本。Minimal Fab 的概念，就是那樣的時(shí)代十分需要的多種少量生產(chǎn)系統(tǒng)。要處理的晶圓大約直徑0.5 英寸，比1 日元硬幣還要小。因?yàn)榫�圓很小，所以生產(chǎn)設(shè)備也要跟著變小。

 

    芯片從晶圓上切割下來(lái)，大約1 平方公分大小。“迷你晶圓廠”的年產(chǎn)量大約是50 萬(wàn)個(gè)，一般的12 寸晶圓廠則是兩億個(gè)。如果只生產(chǎn)1 萬(wàn)個(gè)，市面上每一芯片要收1 萬(wàn)日元，但“迷你晶圓廠”只要收1，200 日元。

 

    這項(xiàng)“迷你晶圓廠”的研發(fā)計(jì)劃，源自2010 年。從2012 年開(kāi)始的3 年內(nèi)，獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的預(yù)算，計(jì)劃也隨之通過(guò)�，F(xiàn)在包含許多制造大廠在內(nèi)，共140 間企業(yè)團(tuán)體參與。雖然是由橫河解決方案在銷售，可是參與開(kāi)發(fā)制造的日本中小企業(yè)大約有30 間，這也是該設(shè)備的一大特色之一。

 

    目前“迷你晶圓廠”的半導(dǎo)體前段制程所需的設(shè)備，已經(jīng)大致研發(fā)完畢，開(kāi)始正式銷售。預(yù)計(jì)2018 年以前，切割芯片功能與封裝等的后段制程設(shè)備也會(huì)開(kāi)發(fā)完成。