صنعت نیمه هادی با چالش‌ها و فرصت‌های افزایش تقاضای محصولات در آینده نزدیک مواجه است. رشد هوش مصنوعی (AI) و اینترنت اشیا (IoT) و همچنین تقاضای مداوم از سوی صنعت تلفن‌های هوشمند و سایر صنایع پیشرفته، فشار زیادی بر زنجیره تأمین نیمه‌هادی‌ها وارد می‌کند. این چالش‌ها با اختلافات تجاری بین‌المللی پیچیده‌تر می‌شود، که ممکن است باعث افزایش هزینه‌های مواد اولیه نیمه‌هادی‌ها و مختل شدن همکاری‌های جهانی در این صنعت شود.
راه‌حل‌های جدید برای مقابله با این تقاضاها لازم است. بازیافت مواد نیمه‌هادی پس از پایان عمر دستگاه‌ها همچنان مشکل‌ساز است، همانطور که نیاز به تولید دستگاه‌های نیمه‌هادی با فرآیندهای پایدارتر برای کاهش انتشار آلاینده‌های سمی در طول فرآیند تولید، یک چالش مهم باقی مانده است.
چالش های اتوماسیون در صنعت نیمه هادی ها
نیاز به بهبود زنجیره تأمین صنعت نیمه‌هادی به وضوح قابل مشاهده است. در حال حاضر، تولید یک مدار مجتمع می‌تواند تا شش ماه طول بکشد، که این شامل بسته‌بندی و تحویل تراشه‌ها به خریدار نمی‌شود. شرکت‌های نیمه‌هادی به فرآیندهای تولیدی روان‌تر و کارآمدتری نیاز دارند.
اتوماسیون به‌عنوان یکی از راه‌حل‌های بالقوه مطرح می‌شود. با این حال، اتوماسیون فرآیندهای تولید نیمه‌هادی چالش‌های خاص خود را نیز به همراه دارد و نیازمند برنامه‌ریزی دقیق و سرمایه‌گذاری قابل توجه است تا بتوان از مزایای آن بهره‌برد.
چرا تولید نیمه هادی ها را خودکار کنیم؟
برای درک تأثیراتی که چالش‌های مربوط به خودکارسازی بر صنعت دارند، ابتدا باید اصول اولیه دلیل نیاز صنعت به خودکارسازی را فهمید.
اتوماسیون بازگشت سرمایه را بهبود می بخشد
خودکارسازی بارهای کاری و بهبود قابلیت اطمینان فرآیند منجر به افزایش و ثبات بیشتر در تولید ویفر و کاهش هدررفت مواد می‌شود. بر اساس یک مطالعه از شرکت IBM، صد درصد از مدیران اجرایی صنایع الکترونیکی، از جمله تولیدکنندگان نیمه‌رساناها، قصد دارند هوش مصنوعی را در فرآیند تولید خود پیاده‌سازی کنند یا در حال اجرای آن هستند، و ۸۳ درصد گزارش داده‌اند که به دلیل بهبود پیش‌بینی‌های تولید، بازگشت سرمایه (ROI) متوسط تا قابل توجهی داشته‌اند.
اتوماسیون قابلیت اطمینان فرآیند را بهبود می بخشد
با توجه به مدت زمان طولانی لازم برای پردازش دستگاه‌های نیمه‌رسانا، توقف در هر مرحله از فرآیند تولید، هزینه‌های مالی و مواد اولیه را به همراه دارد. در حمل‌ونقل ویفرها (wafer)، دخالت انسان خطر وقوع خطاهای انسانی را به همراه دارد. با در نظر گرفتن هزاران مرحله در فرآیند تولید، احتمال وقوع خطا در انتقال ویفرها به ماشین‌های صحیح و در ترتیب صحیح تولید بسیار بالاست.
علاوه بر این، دخالت انسان می‌تواند خطر آلوده شدن ویفرها به ذرات گرد و غبار را افزایش دهد. حتی در اتاق‌های تمیز که تراکم ذرات معلق در هوا کنترل می‌شود. تولیدکنندگان نیمه‌رسانا از محفظه‌های متحد با درب جلویی (FOUP) استفاده می‌کنند که توسط سیستم‌های خودکار حمل‌ونقل مواد (AMHS) کنترل می‌شود. این باعث می شود از آلودگی جلوگیری کرده و اطمینان حاصل کنند که هر ویفر با دقت جابجا و در موقعیت صحیح قرار می‌گیرد.
خطاها همچنین می‌توانند هنگام آزمایش معیارهای عملکرد رخ دهند. برای کاهش این خطر، ارزیابی عملکرد به طور فزاینده‌ای خودکار شده است. از سیستم‌های هوشمند برای آزمایش کارایی اجزا، هم به صورت فردی و هم در هنگام مونتاژ در دستگاه‌های نیمه‌رسانای بزرگ‌تر، استفاده می‌شود.
این به معنای بی‌نقص بودن سیستم‌های خودکار نیست. خرابی تجهیزات خودکار می‌تواند فرآیند تولید را به طور کامل متوقف کند. استفاده از حسگرهای اینترنت اشیاء صنعتی و تعمیرات پیش‌بینی‌کننده به تولیدکنندگان نیمه‌رسانا کمک می‌کند تا مشکلات تجهیزات را در مراحل اولیه شناسایی کرده و زمان توقف تولید را کاهش دهند.
اتوماسیون هوشمند از مشکلات قابلیت اطمینان و کاهش بازدهی جلوگیری می کند
هوش مصنوعی به طور مستقیم با خودکارسازی در ارتباط است. ماشین‌های هوشمند به افزایش قابلیت‌های تأسیسات کمک می‌کنند و در عین حال نقاط ضعف تولید را شناسایی و به حذف آنها کمک می‌کنند.
برای جلوگیری از مشکلات مربوط به قابلیت اطمینان محصول و از دست دادن بازده، سیستم‌های خودکار هوشمند از سیستم‌های شناسایی و طبقه‌بندی خطا (FDC) برای شناسایی ناهنجاری‌های تولید—مقدارهای غیرطبیعی در پارامترهای ماشین و داده‌های حسگری—استفاده می‌کنند. با توجه به حاشیه باریک خطا در هنگام تولید مدارهای مجتمع، این ویژگی به تنهایی باعث می‌شود که خودکارسازی به ابزاری مهم در صنعت تبدیل شود.
چالش اصلی برای اتوماسیون فرآیندها در صنعت نیمه هادی چیست؟
سیستم‌های خودکارسازی نیمه‌رسانا باید بتوانند تولید ویفر را در تمام مراحل آن کنترل کنند، که باید به‌طور مداوم در پاسخ به تقاضاهای در حال تغییر در مورد خود نیمه‌رساناها تغییر کنند. این امر فشار زیادی به سیستم‌های خودکارسازی وارد می‌کند تا به‌طور مداوم فرآیند تولید و مراحل مختلف آن را تنظیم کنند.
تولیدکنندگان نیمه‌رسانا نباید از سرمایه‌گذاری در نظارت انسانی و هوش مصنوعی دست بکشند تا اطمینان حاصل کنند که چارچوب‌های خودکارسازی آنها در تنظیم تولید ویفر و سایر فرآیندها به‌روز باقی می‌مانند. به عبارت دیگر، خودکارسازی امری ضروری است، اما با هزینه سنگینی همراه است—هزینه‌هایی که نه تنها به به‌روز کردن تأسیسات برای فرآیندهای خودکار مربوط می‌شود بلکه شامل هزینه نگهداری از این فرآیندها نیز می‌شود.
چگونه برون سپاری و همکاری بر اتوماسیون نیمه هادی ها تأثیر می گذارد؟
نیاز به خودکارسازی، تمایل بسیاری از شرکت‌ها را به برون‌سپاری جنبه‌های پردازش ویفر افزایش می دهد. این کار به آنها این امکان را می‌دهد که هزینه‌های خودکارسازی را به شرکای خود منتقل کرده و بر منابع داخلی و تفاوت‌های استراتژیک تمرکز کنند. برون‌سپاری مهندسی‌های غیر هسته‌ای به مزیت ساده‌سازی زنجیره تأمین بدون هزینه‌های مالی مربوط به به‌روز کردن تأسیسات با ویژگی‌های خودکار تبدیل می‌شود.
با این حال، برون‌سپاری پردازش ویفر بدون مشکلات بالقوه خود نیست. کارخانه‌ای که برای تولید ویفرها استفاده می‌شود، ممکن است در یک کشور دیگر قرار داشته باشد. برای مثال، بسیاری از کارخانه‌های بزرگ در منطقه آسیا و اقیانوسیه هستند. این موضوع عنصر جهانی را به زنجیره تأمین یک شرکت اضافه می‌کند که در شرایط اقتصادی پایدار سودآور است. اما می‌تواند در زمان ایجاد جنگ‌های تجاری و استفاده کشورهای مختلف از تعرفه‌ها و سایر ابزارهای اقتصادی برای تنبیه یکدیگر، به مشکلی تبدیل شود.
پیشرفت‌های جدید در اتوماسیون چگونه بر تولید نیمه‌رسانا برای هوش مصنوعی تأثیر می‌گذارد؟
در حال حاضر، تولید نیمه‌رساناها چیپ‌های ۷ نانومتری (nm) تولید می‌کند و این صنعت در حال بررسی امکان تولید چیپ‌های ۵ نانومتری و حتی ۳ نانومتری است. تولید قطعات در چنین مقیاس‌های کوچکی، تولید را در معرض اثرات الکترواستاتیک و کوانتومی قرار می‌دهد که می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد و بازده ویفرها را کاهش دهد.
به‌طور مشابه، نواقص موجود در زیرلایه سیلیکون که قبلاً می‌توانستند نادیده گرفته شوند، اکنون می‌توانند کل دسته‌های ویفر را غیرقابل استفاده کنند. هوش مصنوعی می‌تواند به شیوه‌هایی به این مشکلات رسیدگی کند که تولید دستی قادر به انجام آن نیست.
به عنوان مثال، هوش مصنوعی ممکن است قادر به شناسایی ناهنجاری‌ها در نتایج آزمون تولید یا داده‌های حسگر باشد و ارزیابی کند که چقدر احتمال دارد عوامل خاصی، مانند ناخالصی‌های مواد یا آسیب ناشی از تخلیه الکترواستاتیک (ESD)، مسئول این ناهنجاری‌ها باشند. از این اطلاعات، مهندسان کنترل می‌توانند فرآیندهای تولید را به‌طور متناسب تنظیم کنند تا از کاهش تولید ناشی از نواقص زیرلایه جلوگیری کنند.
بازیافت مواد نیمه هادی
بسیاری از موادی که در تولید نیمه‌رساناها استفاده می‌شوند، با ارزش بوده و در پایان عمر مفید یک دستگاه، ارزش بازیافت دارند. با این حال، مقادیر بسیار کمی از مواد موجود در مدارهای مجتمع فردی، بازیابی مواد استفاده‌شده را دشوار می‌کند و تقریباً ۷۰ درصد از محصولات الکترونیکی به زباله‌های غیرقابل بازیافت تبدیل می‌شوند.
اگر آینده نیمه‌رساناها بخواهد پایدار باشد، تلاش‌های قابل‌توجهی در زمینه‌های بازیافت و بازیابی مواد باید انجام شود.
چگونه بازیافت چالش های جدیدی را به صنعت نیمه هادی ها وارد می کند؟
بر اساس گزارش مجمع جهانی مواد، بازیافت یک میلیون گوشی هوشمند مواد زیر را بازپس می‌گیرد:
- مس: ۱۶,۰۰۰ کیلوگرم (۳۵,۲۷۴ پوند)
- نقره: ۳۵۰ کیلوگرم (۷۷۲ پوند)
- طلا: ۳۴ کیلوگرم (۷۵ پوند)
- پالادیم: ۱۵ کیلوگرم (۳۳ پوند)
مشکل آشکار در اینجا مقیاس است. مقدار موادی که از طریق بازیافت توسط صنعت بازیابی می‌شود از نظر اقتصادی قابل توجیه نیست. دستگاه‌های نیمه‌رسانای فردی حاوی مقادیر بسیار کوچکی از مواد ارزشمند هستند، به طوری که بازیابی آنها فرآیندی پرهزینه است.
بازیافت مواد نیمه‌رسانا نه تنها هزینه‌بر است، بلکه فرآیند بازیابی این مواد از زباله‌های الکترونیکی، خود زباله تولید می‌کند که بسیاری از آنها سمی هستند. مشکل دیگر این است که بازیافت زباله‌های الکترونیکی اغلب به کشورهای در حال توسعه برون‌سپاری می‌شود. جایی که شرکت‌های بازیافتی محلی اغلب از نیروی کار کودک برای تفکیک مواد قابل بازیافت، بازیافت دستی محصولات و سوزاندن بخش‌های غیرقابل استفاده استفاده می‌کنند.
طبق گزارش سازمان بهداشت جهانی، کودکانی که در چنین شرایطی کار می‌کنند. در معرض موادی مانند سرب، لیتیوم، کادمیوم، جیوه و کروم قرار دارند. هرچند که تعیین میزان استفاده از نیروی کار کودک در بازیافت محصولات الکترونیکی در سطح جهانی دشوار است. سازمان بین‌المللی کار تخمین می‌زند که تنها در دهلی، هند، بین ۳۵,۰۰۰ تا ۴۵,۰۰۰ کودک به عنوان جمع‌آورندگان زباله و جداسازان قطعات کار می‌کنند.
علاوه بر این، پساب تولید شده در فرآیندهای رسوب‌گذاری و اچینگ می‌تواند حاوی آرسنیک و سایر آلاینده‌ها باشد. در حالی که مواد شیمیایی سوزانده‌شده وارد جو می‌شوند. صنعت در مرحله تولید، به‌جای پایان عمر دستگاه، بیشترین شانس را برای بازیابی مواد هدر رفته دارد. از جمله تانتالوم، که یکی از اجزای مهم در نیمه‌رساناهای نسل آینده است.
کیفیت تانتالیوم مورد استفاده در تراشه های نیمه رسانا چقدر مهم است؟
تانتالوم یک فلز نادر، سخت و مقاوم در برابر خوردگی است که معمولاً برای ساخت خازن‌های نیمه‌رسانا استفاده می‌شود. به دلیل تقاضای آن در صنعت نیمه‌رسانا و کمیابی نسبی، تانتالوم به عنوان یکی از عناصر حیاتی فناوری محسوب می‌شود. این فلز در گروه‌های معدنی مانند تانتالیت، کولومبیت و کولتان یافت می‌شود و همیشه همراه با نیوبیوم حضور دارد.
برای استفاده در صنعت نیمه‌رسانا، تانتالوم باید از مواد معدنی استخراج و تصفیه شود. این فرآیند معمولاً با قرار دادن مواد معدنی حاوی تانتالوم در معرض اسیدهای هیدروفلوئوریک یا سولفوریک فوق‌گرم انجام می‌گیرد که تانتالوم، نیوبیوم و سایر عناصر را حل می‌کنند. لجن حاصل از این فرآیند فیلتر و پردازش می‌شود تا تانتالوم استخراج شود. پساب این فرآیند حاوی اسیدها و مقادیر کمی از عناصر نادر، توریم، اورانیوم، منگنز و تیتانیوم و سایر مواد است.
تانتالوم با درجه خلوص بسیار بالا لازم است، به‌ویژه به دلیل استفاده از لایه‌های بسیار نازک در ساخت مدارهای مجتمع. لایه‌های نیمه‌رسانا اکنون کمتر از ۵۰ نانومتر ضخامت دارند. در این مقیاس، هرگونه ناخالصی می‌تواند تأثیر منفی بر توانایی تانتالوم در بهبود یکنواختی فرآیند بدون ذرات و ثبات لایه‌نشانی فلزی (رسوب‌گذاری فیلم‌های نازک فلزی روی ویفر) داشته باشد.
چرا سیلیکون بیشتر به عنوان نیمه رسانا استفاده می شود؟
با وجود پیشرفت‌ها در مواد نیمه‌رسانا، سیلیکون همچنان رایج‌ترین پایه برای ویفرها است. این امر به دلیل توانایی سیلیکون در عمل به عنوان رسانا و عایق، بسته به میزان گرما و انرژی است که دریافت می‌کند. همچنین به دلیل فراوانی آن در زمین است. سیلیکون و سیلیکون دی‌اکسید به راحتی از شن‌های معمولی تصفیه می‌شوند.
ممکن است فراوان‌ترین ماده نیمه هادی همان ماده‌ای باشد که به راحتی قابل بازیافت است. ویفرهای سیلیکونی با حلقه کوتاه در طول توسعه فرآیند استفاده می‌شوند. از این ویفرها برای ارزیابی قابلیت اطمینان قطعات خاص استفاده می‌شود و سپس برای استفاده مجدد بازیافت می‌شوند.
رباتیک، هوش مصنوعی و تولید نیمه هادی
رباتیک مدت‌هاست که بخشی از صنعت نیمه‌رساناها بوده است. هنگام انجام وظایف میکروسکوپی مورد نیاز برای ایجاد کاربردهای نیمه‌رسانا، استفاده از ربات‌های بسیار دقیق به عنوان مؤثرترین راه برای آماده‌سازی دستگاه‌ها برای عرضه به بازار ثابت شده است.
ربات‌ها قادر به انجام وظایف دقیق و تکراری با دقت بالا هستند که برای ساخت قطعات پیچیده‌ای مانند تراشه‌ها ضروری است. این دقت و کارایی رباتیک به کاهش خطاهای انسانی، افزایش سرعت تولید و بهبود کیفیت محصولات نهایی کمک کرده است.
چگونه صنعت نیمه رسانا می تواند از رباتیک برای رویارویی با چالش های جدید استفاده کند؟
بازار نیمه‌رساناها به سرعت به مدارهای مجتمع و کاربردهای نیمه‌رسانا نیاز دارد، در حالی که بر استانداردهای بالای قابلیت اطمینان و عملکرد اصرار می‌ورزد. استفاده از ربات‌های کوچک برای افزایش سرعت تولید بدون قربانی کردن کیفیت کاملاً منطقی است.
ربات‌های دلتای پرسرعت با مفاصل شش‌محوره سرعت و دقت لازم برای جهت‌دهی به قطعات نیمه‌رسانا در دو یا چند صفحه را ارائه می‌دهند و در عین حال بسته‌بندی برد مدار را نیز مونتاژ می‌کنند. این ربات‌ها این وظایف را با کارایی بیشتری نسبت به دستگاه‌های پرسرعت چیپ‌شوتر انجام می‌دهند.
چه مولفه‌های سخت‌افزاری در ایجاد نوآوری در دستگاه‌های جدید اینترنت اشیاء حیاتی خواهند بود؟
تولید خودکار این امکان را فراهم می‌کند تا صنعت بتواند نیازهای سخت‌افزاری اینترنت اشیا، زیرساخت‌های 5G و خودروهای خودران را برآورده کند.
سیستم‌های میکروالکترومکانیکی، حسگرها، LEDها و فناوری نمایشگرهای انعطاف‌پذیر برای دستگاه‌های 5G، شهرهای هوشمند، خانه‌های هوشمند و خودروهای خودران ضروری هستند. فرآیندهای تولید رباتیک قادر خواهند بود تقاضا را برآورده کنند و در عین حال سطح بالایی از عملکرد و قابلیت اطمینان را فراهم آورند — و قابلیت اطمینان بسیار حیاتی خواهد بود. نقص در کاربردهای صنعتی و خودروهای خودران می‌تواند پیامدهای مرگباری داشته باشد.
سازندگان نیمه هادی در هنگام طراحی سیستم های بازار روباتیک چین چه چیزی را باید در نظر بگیرند؟
رابطه بین رباتیک و تولید نیمه‌رساناها یک رابطه همزیستی است. ربات‌ها و هوش مصنوعی امکان تولید دقیق‌تر تراشه‌ها را فراهم می‌کنند، در حالی که مدارهای مجتمع و دیگر کاربردهای نیمه هادی برای بازار رباتیک ضروری هستند.
چین یکی از بازیگران اصلی در بازار رباتیک است. با پشتیبانی دولت، صنعت رباتیک چین می‌تواند به سرعت با شرایط بازار سازگار شود. هنگامی که اقتصاد قوی است، این صنعت انتظار دارد که تولیدکنندگان نیمه‌رسانا به سرعت کاربردهای مورد نیاز را فراهم کنند، که این موضوع می‌تواند فشار زیادی به زنجیره تأمین نیمه‌رسانا وارد کند.
با وجود اهمیت فزاینده تراشه‌های بومی هواوی، صنعت رباتیک چین هنوز به شدت به دستگاه‌های نیمه‌رسانای ساخت آمریکا وابسته است. کارخانه‌های تراشه‌سازی چین از نظر فناوری تولید عقب‌تر هستند — در حالی که سامسونگ و اینتل از فناوری 7 نانومتری استفاده می‌کنند، شرکت SMIC (پیشروترین کارخانه تراشه‌سازی چینی) هنوز با فناوری 145 نانومتری کار می‌کند.
با این حال، آنچه بخش نیمه‌رسانای چین در فناوری کم دارد، با نفوذ قوی دولت جبران می‌شود. این نفوذ می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر تولید جهانی نیمه‌رساناها و بازار هوش مصنوعی داشته باشد، به‌ویژه با توجه به تنش‌های اقتصادی فعلی بین چین و آمریکا.
پیامدهای جنگ تجاری ایالات متحده و چین برای شرکت های نیمه هادی
با وجود همکاری جهانی که فرآیند IRDS™ را پیش می‌برد، تولیدکنندگان نیمه هادی همچنان در برابر اختلالات زنجیره تأمین ناشی از مناقشات تجاری بین‌المللی آسیب‌پذیر هستند. در حال حاضر، جنگ تجاری جاری بین ایالات متحده و چین شرکت‌های نیمه‌رسانای هر دو کشور را نگران کرده است. زیرا تعرفه‌ها و مذاکرات سیاسی فرآیندهای تولید و تحویل را تهدید می‌کنند.
نیمه هادی ها چه نقشی در تجارت بین المللی دارند؟
نیمه هادی ها پایه و اساس تجارت الکترونیک بین‌المللی هستند، زیرا برای هر دستگاه الکترونیکی امروزی، از تلویزیون‌ها و رایانه‌ها گرفته تا خودروهای الکتریکی و حسگرهای صنعتی، مورد نیاز هستند. به عنوان مثالی از اهمیت آنها، نیمه‌رساناها چهارمین کالای صادراتی بزرگ ایالات متحده پس از هواپیماها، نفت پالایش‌شده و نفت خام هستند — و خود هواپیماها نیز به اجزای نیمه‌رساناهای متعددی نیاز دارند. رایانه‌ها و دستگاه‌هایی که برای ردیابی تجارت بین‌المللی استفاده می‌شوند نیز وابسته به نیمه‌رساناها هستند.
شرکت‌های آمریکایی تقریباً نیمی از سهم بازار جهانی نیمه‌رساناها را در اختیار دارند. اکثر این شرکت‌ها زنجیره‌های تأمین دارند که باعث می شودبه شرکت‌هایی در سایر کشورها و مناطق برای آزمایش، تولید، مونتاژ و بسته‌بندی محصولات اصلی خود وابسته باشند. بسیاری از این کشورها و مناطق، از جمله مالزی، چین و تایوان، در منطقه آسیا-اقیانوسیه قرار دارند.
این ساختار به یک بازار جهانی منجر می‌شود. یک شرکت ممکن است طراحی و آزمایش نیمه‌رساناها را در کشور خود انجام دهد، مواد اولیه را از کشور دیگری خریداری کند و برای تولید و بسته‌بندی محصولات خود به شرکت‌های کشور سومی تکیه کند. این سیستم به خوبی برای شرکت‌های نیمه‌رسانا در سطح بین‌المللی کار کرده است، اما به میزان معینی از همکاری تجاری بین کشورها متکی است — همکاری‌ای که ممکن است با جنگ‌های تجاری مختل شود.
چگونه نیمه رسانه ها تحت تأثیر جنگ تجاری با چین قرار می گیرند؟
متأسفانه برای صنعت، تولید نیمه هادی ها زمینه‌ای است که منافع آمریکا و چین در آن با هم در تضاد است. تعرفه‌های آمریکا بر واردات چینی، مواد و دستگاه‌های نیمه‌رسانا را گران‌تر کرده است. این صنعت نگران است که اگر جنگ تجاری ادامه پیدا کند، چین ممکن است تصمیم بگیرد صادرات فلزات خاکی کمیاب به آمریکا را محدود یا ممنوع کند، که این موضوع به شدت بر توانایی صنعت نیمه‌رسانای ایالات متحده برای تولید قطعات تأثیر خواهد گذاشت.
چین، که در حال حاضر یک واردکننده عمده نیمه‌رساناها است، برنامه‌ریزی کرده تا صنعت طراحی و تولید تراشه خود را توسعه دهد. دولت چین اعلام کرده که قصد دارد تا پایان سال 2020، 40 درصد از نیمه‌رساناهای خود را تأمین کند و هدف بلندمدت آن رسیدن به تولید 70 درصدی تراشه‌های بومی تا سال 2025 است.
این موضوع به معنای چالشی برای سهم بازار نیمه‌رسانای ایالات متحده است. شرکت‌های آمریکایی مانند کوالکام، براودکام و میکرون بیش از 50 درصد از سود خود را از چین کسب می‌کنند. تعرفه‌های ایالات متحده بر محصولات مرتبط با نیمه‌رساناها تهدیدی برای کند کردن توسعه اقتصادی چین به شمار می‌رود و ممکن است منجر به اقدامات تلافی‌جویانه از سوی این کشور آسیایی شود. تعرفه‌های ایالات متحده همچنین بر شرکت‌های آمریکایی تأثیر می‌گذارد: شرکتی که تولید خود را به چین واگذار کرده است، با افزایش هزینه واردات روبه‌رو خواهد شد که بر درآمد آن تأثیر خواهد گذاشت.
دولت ها چگونه از طریق شبکه های اقتصادی جهانی قدرت را اعمال می کنند؟
به طور کلی، کشورها با کنترل دسترسی به گره‌های تولید مورد نیاز، قدرت اقتصادی جهانی خود را به نمایش می‌گذارند. در مورد چین، این به معنای کنترل صادرات فلزات خاکی کمیاب است. در حال حاضر، چین 80 درصد از فلزات خاکی کمیاب وارداتی ایالات متحده و 85 درصد از فرآوری جهانی این فلزات را در اختیار دارد.
فلزات خاکی کمیاب برای چندین صنعت ضروری هستند، از جمله تولید باتری‌های شارژی، توربین‌های بادی، خودروهای الکتریکی، رایانه‌ها، تلویزیون‌ها، فیبرهای نوری و سوپرکامپیوترها. همچنین این فلزات برای کاربردهای نظامی، از جمله سیستم‌های هدایت موشک، ماهواره‌ها و موتورهای جت مورد نیاز هستند. اگر جنگ تجاری بین ایالات متحده و چین ادامه پیدا کند، محدود کردن دسترسی ایالات متحده به فلزات خاکی کمیاب به چین قدرت چانه‌زنی قابل توجهی خواهد داد.
مسائل مربوط به زنجیره تامین و تولید نیمه هادی
درگذشته، صنعت نیمه هادی از یک بازار جهانی نسبتاً پایدار برخوردار بود، به طوری که عمده تقاضاها برای زنجیره تأمین از تلفن‌های هوشمند و تجهیزات صنعتی ناشی می‌شد. این موضوع باعث می‌شد که نظارت بر موجودی زنجیره تأمین، تولید، فروش و حتی تحقیق و توسعه نسبتاً قابل پیش‌بینی باشد(IEEE). اگر تولیدکنندگان نیمه‌رسانا به نیازهای این بخش‌ها پاسخ می‌دادند، احتمالاً رشد متعادل و افزایش سود را تجربه می‌کردند.
اما ظهور هوش مصنوعی، اینترنت اشیا و خودروهای خودران چشم‌انداز صنعت نیمه‌رسانا را تغییر می دهد. شرکت‌های نیمه‌رسانای امروزی نیاز به انعطاف‌پذیری بیشتری دارند و باید بیشتر بر تحقیق و توسعه، افزایش قابلیت‌ها و زمان‌های تولید کوتاه‌تر و کارآمدتر تمرکز کنند. این تغییرات چالش‌های قابل‌توجهی را برای زنجیره تأمین سنتی نیمه‌رسانا ایجاد کرده است.
صنعت نیمه هادی به دلیل تغییرات زنجیره تامین با چه چالش های جدیدی مواجه است؟
بزرگ‌ترین چالش برای زنجیره تأمین نیمه هادی ها، قانون مور (Moore’s Law) است، یا به عبارت دیگر، یافتن راه‌هایی برای دور زدن محدودیت‌های قانون مور به منظور ارائه تراشه‌های کوچک‌تر و قدرتمندتر با هزینه‌های معقول. سیستم در بسته (System in Package) و نوآوری‌های مشابه این امکان را فراهم می‌کنند، اما در عین حال پیچیدگی فرآیندهای تولید را نیز افزایش می‌دهند.
به ندرت شرکت‌هایی خواهند توانست این چالش تولید را به تنهایی برطرف کنند. همکاری اهمیت بیشتری خواهد یافت. تمام سطوح تولید، از جمله خود تولیدکنندگان، کارخانه‌های تراشه‌سازی، شرکت‌های مونتاژ و آزمایش، تأمین‌کنندگان مواد، تأمین‌کنندگان ابزار تولید و شرکت‌های تولیدکننده قطعات باید زنجیره تأمین تعاملی و ارگانیکی را تشکیل دهند تا به تقاضاهای جدید برای افزایش ظرفیت، عملکرد و کاهش هزینه‌های تولید پاسخ دهند.
زنجیره‌های تأمین کارآمدتر ضروری هستند. شرکت‌های هوش مصنوعی و اینترنت اشیا به طور فزاینده‌ای به دامنه وسیع‌تری از قابلیت‌ها و عملکردها با زمان‌های تحویل کوتاه‌تر نیاز دارند — که این خود یک مشکل است زیرا زمان‌های تحویل برای اکثر دستگاه‌های نیمه‌رسانا تا بیست و هشت هفته طول می‌کشد. شرکت‌هایی که می‌توانند زنجیره‌های تأمین خود را بهینه کنند و زمان‌های تحویل را کاهش دهند، از مزیت قابل‌توجهی برخوردار خواهند بود.
نقش تولید تراشه در زنجیره تامین نیمه هادی ها چیست؟
تولید کارآمد و به‌موقع تراشه‌ها برای زنجیره تأمین نیمه هادی ها، هم در بخش جلویی (front end) و هم در بخش پشتی (back end) حیاتی است.
بخش جلویی به تولید تراشه‌های نیمه‌رسانا اشاره دارد که از تصفیه ویفر آغاز می‌شود و شامل ساخت لایه‌های متعدد برای ایجاد مدارهای مجتمع است. این مرحله به عنوان پیچیده‌ترین گام در زنجیره تأمین شناخته می‌شود و در این مرحله بیشترین خطر ایجاد گلوگاه‌ها، خطاها و تأخیرهای مکانیکی وجود دارد.
بخش پشتی به مونتاژ و بسته‌بندی اجزای متعدد به محصول نهایی نیمه‌رسانا اشاره دارد. این فرآیند که بسیار دقیق است، باید به‌طور کارآمد عمل کند تا زمان‌های تحویل به موقع را تضمین کند و از اتلاف محصول بکاهد.
البته تغییرات در زنجیره‌های تأمین چالش‌هایی را به همراه دارد. با تبدیل هوش مصنوعی و اینترنت اشیا به بخشی از فرآیند تولید، شرکت‌ها نیاز به سرمایه‌گذاری در نوسازی یا بازسازی کامل کارخانه‌های تراشه‌سازی دارند. این کار منجر به تأخیر در تولید خواهد شد، اما عدم انجام آن خطر عقب‌افتادگی در برابر رقبایی که تکنولوژی جدید را می‌پذیرند، به دنبال دارد.
چه عملکردهایی در زنجیره تامین برای نیمه هادی ها حیاتی است؟
این شاید نشان‌دهنده ماهیت پیچیده و مرتبط زنجیره تأمین نیمه‌رسانا باشد که هیچ یک از عملکردها مهم‌تر از دیگر عملکرد ها نیست. تولید، فروش، تحقیق و توسعه، و بازاریابی باید به‌عنوان یک کل برای دستیابی به موفقیت کنار هم قرار بگیرند. با این حال، بیشتر شرکت‌ها می‌توانند عملکرد خود را در چهار حوزه خاص بهبود بخشند:
-
بازاریابی
نیاز به توجه دقیق به نظرات مشتریان، استراتژی قیمت‌گذاری متناسب با نیروهای بازار و درک عمیق از معماری دستگاه و نحوه پاسخگویی و حل مشکلات مشتریان دارد. با توجه به این که دستگاه‌های هوش مصنوعی و اینترنت اشیا غالباً نیاز به محصولات سفارشی‌شده به نیازهای خود دارند، بازاریابی نیمه‌رسانا باید بیشتر بر نیازهای فردی مصرف‌کنندگان تمرکز کند.
-
تحقیق و توسعه
باید به آینده نگاه کند، نه تنها به محصولات و راه‌حل‌های جدید، بلکه به حفظ محصولات، مسائل مربوط به میراث و چرخه‌های پایان عمر. با توجه به تقاضا برای تراشه‌های کوچک‌تر و قدرتمندتر، تحقیق و توسعه بخش اساسی زنجیره تأمین نیمه‌رسانا است و نیاز به سرمایه‌گذاری بالایی از سوی شرکت‌ها دارد.
-
تولید
برای استراتژی زنجیره تأمین حیاتی است و نیاز دارد که فراتر از تولید و کنترل کیفیت گسترش یابد و به برنامه‌ریزی ظرفیت، لجستیک و برون‌سپاری تولید توجه کند. هرچه فرآیند تولید تأمین‌کننده نیمه‌رسانا کارآمدتر باشد، شرکت می‌تواند سریع‌تر و کارآمدتر به تقاضای مصرف‌کنندگان پاسخ دهد.
-
تحقق سفارشات
باید راه‌های جدید و کارآمدتری برای مدیریت سفارشات، توزیع محصولات و تحویل در زمان‌های مشخص پیدا کند و در عین حال توانایی کار در ظرفیت‌های عمیق‌تر را توسعه دهد. تحقق سفارشات فرصتی برای ایجاد روابط بلندمدت با مشتریان راضی را فراهم می‌کند.
صنعت نیمه هادی با چالش‌های داخلی بسیاری مواجه است، از مدیریت مواد گرفته تا بازیافت و بهبود فرآیندها. همچنین با چالش‌های خارجی رو به رشد، مانند مسائل ژئوپولیتیکی مرتبط با دسترسی به منابع و تجارت مواجه است. با این حال، بازار کلی نیمه‌رسانا به سرعت در حال رشد است و تقاضا نشان‌دهنده نشانه‌ای از کاهش نیست. شرکت‌هایی که مایل و قادر به سرمایه‌گذاری در آینده و موفقیت در پیمایش این چالش‌ها هستند، قطعاً موفق خواهند بود.
