Puolijohdeteollisuus

Puolijohdeteollisuus on teollisuuden ala, joka on käynnistynyt puolijohdekomponenttien, kuten transistorien teollisen valmistuksen alkaessa 1960-luvulla Yhdysvalloissa. Alan pioneeriyrityksiä ovat Shockley Semiconductor, Fairchild Semiconductor ja IBM. Pelkästä transistorien valmistuksesta ala on laajentunut muisteihin, mikroprosessoreihin ja litteisiin näyttöihin. Yhdistävänä tekijänä alan yrityksillä on nykyään samankaltainen valmistusteknologia ja asiakkaat eli elektroniikkateollisuus.

Piikiekkoja, joilla on mikropiirejä.

Puolijohteiden valmistustekniikkaMuokkaa

Puolijohdeteollisuuden tuotteita valmistetaan useimmiten piikiekoille, mutta myös lasille ja erilaisille keraameille sekä muoveille siirtämällä niiden pinnalle kaasufaasissa metalleja ja metallioksideja ohuiksi, jopa muutaman atomin paksuisiksi kalvoiksi. Tätä tekniikkaa kutsutaan ohutkalvon kasvatukseksi. Ohutkalvorakenteet voivat olla hyvin monimutkaisia. Tyypillinen pinnoitusmenetelmä on CVD (Chemical Vapor Deposition) ja sen erilaiset muunnelmat. Suomessa teolliseksi prosessiksi kehitetty ALD (Atomic Layer Deposition) on eräs muunnelma kaasufaasipinnoituksesta, jossa kalvoja pystytään rakentamaan atomikerroksittain. Kalvoja voidaan myös poistaa, kun halutaan muodostaa erilaisia johdekuviointeja ja silloin menetelmänä on syövytys, jota sanotaan myös etsaukseksi.

Mikropiiritekniikan kehitysMuokkaa

Mikropiirit valmistetaan yhä 1970-luvulla kehitetyn MOS-tekniikan (esimerkiksi CMOS ja MOSFET) muunnoksilla. Optisen litografian tekniikoilla, joilla valokuvausta muistuttavilla menetelmillä tuotetaan mikropiirin johdinkuviot, on pystytty muutaman vuoden välein pienentämään niin sanottua viivan leveyttä eli pienintä johtimen paksuutta ja saavutettu suurempi pakkaustiheys transistoreille. 1990-luvun lopulla alumiinijohtimista siirryttiin kupariin, jotta mikroprosessoreiden lämpeneminen pienenisi. Uusimpana 45 nm piirien MOS-rakenteeseen on tulossa high-k-eristekalvo. Tätä pakkaustiheyden kehittymistä on aikoinaan ennustettu Mooren lailla ja hämmästyttävän hyvin tämä on toteutunut.

Mikropiirien massatuotantoMuokkaa

Mikropiirien kaikkien, jopa noin sadan pinnoitusvaiheen tekeminen, voi tuottaa tulokseksi niinkin pitkän läpimenoajan kuin 3 kuukautta. Useimmiten koko tuotanto tehdään puhdastiloissa. Kun kaikki pinnoitusvaiheet piikiekolle on tehty, kiekko paloitellaan prosessoreiden kokoisiin paloihin, jotka sitten paketoidaan siten, että ne ovat asennettavissa piirikorteille. Koska pinnoitus kaikkine vaiheineen kestää kauan eikä aika ole riippuvainen pinnoitusalan koosta, myös litteät näytöt tehdään neliömetrin tai suuremmillekin laseille, jotka myös pinnoituksen jälkeen paloitellaan. Mitä suurempi alusta sitä parempi tuottavuus. IC-piirien ja muistisirujen massatuotantoteollisuus alkoi siirtymään 2000-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä halkaisijaltaan 200 mm (8") kiekoista 300 mm (12") kiekkoihin ja täysautomaattisiin "mega"-tehtaisiin aluksi paljolti sellaisten valtioiden tuella, jotka halusivat kasvattaa puolijohdeteollisuuttaan.[1] Ennen 200 mm kiekkoja, tuotanto oli tehty 150 mm kiekoille. Alkuun oli 70-luvulla lähdetty 1 tuuman kiekoilla, sitten tuli 2 ja 3 tuumaa ja 100 mm. Standardointi on valmiina 450 mm kiekkoihin, mutta teknisenä ongelmana 2010-luvulla ollut EUV (Extreme Ultra Violet) litografian käytettävyys tuolle kiekkokoolle. On myös esitetty kannattavuuslaskelmia, jotka eivät tue siirtymistä suurempaan kokoon nykyisillä tehdasinvestointien kustannuksilla.

MuistipiiritMuokkaa

Puolijohdeteollisuuden tuotteita ovat myös muistipiirit:

YrityksetMuokkaa

Suurimmat yrityksetMuokkaa

Suurimmat yritykset myynnin mukaan vuoden 2019 ensimmäisellä neljänneksellä:[2]

  1. Intel
  2. Samsung
  3. TSMC
  4. SK Hynix
  5. Micron Technology
  6. Broadcom
  7. Qualcomm
  8. Texas Instruments
  9. Toshiba
  10. Infineon

Suomalaisia puolijohdeteollisuuden yrityksiäMuokkaa

Valmistuskapasiteetti maittainMuokkaa

IC Insightsin mukaan puolijohdeteollisuuden valmistuskapasiteetin jakaantuminen vuoden 2019 lopussa:[3]

Alue Valmistuskapasiteetin osuus maailmanlaajuisesta
Taiwan 21,6 %
Etelä-Korea 20,9 %
Japani 16,0 %
Kiina 13,9 %
Pohjois-Amerikka 12,8 %
Eurooppa 5,8 %
Muu maailma 9,0 %

Katso myösMuokkaa

LähteetMuokkaa

  1. Megafabs: Why they build them Virtual museum of semiconductors, timeline. 17.1.2008. The Chip history center. Viitattu 22.2.2020.
  2. "Intel Tops Q1 Chip Sales; Semiconductor Market to Decline 7.2% in 2019", IC insights, May 17, 2019. 
  3. Taiwan to stay ahead of China as top chip manufacturing titan theregister.com. 25.6.2020. Viitattu 25.6.2020. (englanniksi)