صنعت نیمه هادی

صنعت نیمه هادی صنعتی است که نیمه هادی ها را تولید و به فروش می رساند نیمه هادیها قطعات الکترونیکی هستند. صنعت نیم‌رسانای جهانی تحت سلطه ایالات متحده، تایوان،کره جنوبی، ژاپن، چین،اسراییل، اتحادیه اروپا، سنگاپور و مالزی است.  در سال 2008، کل فروش نیمه هادی در سراسر جهان 255 میلیارد دلار بود. از سال ۲۰۱۸ تاکنون به بیش از ۴۸۱ میلیارد دلار آمریکا افزایش یافته‌است.

ساختار صنعتی

در صنعت نیمه هادی، شرکت هایی هستند که فقط طراحی می کنند، شرکت هایی هستند که فقط تولید می کنند، شرکت هایی هستند که تجهیزات تولید می کنند، شرکت هایی که تجهیزات بازرسی می سازند، شرکت هایی که فقط توزیع می کنند و شرکت های تولید و عرضه مواد هستند که با همه این شرکتها درارتباط هستند. توسط یک شرکت، شرکت ها با حفظ روابط با یکدیگر، دنیای صنعتی بزرگی را تشکیل می دهند.

سرمایه گذاری اولیه برای راه اندازی تاسیسات تولیدی که عمدتاً از ویژگی های صنعت نیمه هادی دیجیتال است، بسیار زیاد است، بنابراین بایدهر محصول برای بازار جهانی و در مقیاس جهانی تولید شود .

تغییر نسل سریع

 در نیمه هادی های دیجیتال، هنگامی که نسل جدیدی از محصولات با تراکم یکپارچه سازی بهبود یافته ظهور می کنند، نه تنها عملکرد را بهبود می بخشند، بلکه هزینه های تولید را نیز کاهش می دهند. به همین دلیل، توسعه فناوری‌های جدید با محوریت فناوری کوچک‌سازی مدار ادامه همچنان ادامه دارد و به دلیل تغییرات نسلی در فرآیند فناوری که هر چند سال یک بار اتفاق می‌افتد، بسیاری از موارد اصلی تجهیزات تولیدی مورد استفاده در تاسیسات تولیدی قبلی، منسوخ می شود، هزینه های توسعه و سرمایه گذاری در تجهیزات تولید جدیدبسیارزیاد است حتی در بخش فقط تولید که به نظر می رسدهزینه های آن ازسایربخش ها باید کمترباشد.

سرمایه گذاری عظیم و چرخه سیلیکونی

 در تولید نیمه هادی های دیجیتال، هزینه های ثابت،که عمدتا سرمایه گذاری های اولیه هستند، زیاد است، اما هزینه های متغیر اندک است، بنابراین با افزایش حجم تولید، هزینه هر محصول به سرعت کاهش می یابد. به همین دلیل، با توجه به مزایا و معایب اقتصادی، بهترین کار این است که تجهیزات تولیدی همیشه با ظرفیت کامل کار کنند و حتی در صورت کاهش قیمت محصولات، بازهم باید باظرفیت کامل تولید کرد تاحداقل، سرمایه اولیه بدست آید. اگر بتوان مقیاس تولید انبوه را گسترش داد، کنترل کاهش قیمت‌ها امکان‌پذیر خواهد بود، بنابراین مدیریت گاهی اوقات تصمیم می‌گیرد که با تولید و فروش بیشتر محصولات نسبت به رقبا، تا حدودی از رقابت با قیمت پایین جان سالم به در ببرد، حتی در شرایطی که بازار دچار مشکل باشد. هنگامی که چندین شرکت به طور همزمان مقیاس تولید خود را بر اساس این ایده گسترش می دهند، تعادل عرضه و تقاضا در بازار به طور قابل توجهی مختل می شود و به عنوان یک «چرخه سیلیکونی» (یک چرخه تجاری در صنعت نیمه هادی به عنوان یک کل) ظاهر می شود.

طراحی/تولید کننده

در صنعت نیمه هادی، شرکت هایی که عناصر نیمه هادی جدید را در داخل توسعه و طراحی می کنند، خطوط تولید دارند و آنها را تولید می کنند، هسته اصلی صنعت را تشکیل می دهند .

این تولید کنندگان بسته به نوع نیمه هادی هایی که تولید می کنند به طور کلی به دو نوع تقسیم می شوند(تولید کننده نیمه هادی های آنالوگ،تولید کننده نیمه هادی دیجیتال) و اگرچه بسیاری از شرکت های تولید کننده نیمه هادی یک نوع محصول را به عنوان محصول اصلی خود تولید می کنند، آنها محصولات دیجیتال و آنالوگ ترکیبی را نیز تولید می کنند .

 تولید کننده نیمه هادی های آنالوگ

نیمه هادی آنالوگ یک جزء الکترونیکی است که عملکردهای زیادی را پشتیبانی می کند. ممکن است سیگنال ایجاد کند یا خصوصیات سیگنال مانند دامنه ، فاز و فرکانس را تغییر دهد. نیمه هادی های آنالوگ به عنوان برنامه های کاربردی با فرکانس صوتی یا رادیویی کم مصرف یا پر قدرت طبقه بندی می شوند.دریک طبقه بندی دیگر،نیمه هادی های آنالوگ شامل نیمه هادی های گسسته و مدارهای مجتمع IC) )هستند. نیمه هادی های گسسته از محصولات آشنا مانند LED و سلول های خورشیدی گرفته تا محصولات با کارایی بالا مربوط به امواج رادیویی با فرکانس بالا و مدارهای مجتمع هستندمحصولات ویژه ای نیزمانند الکترونیک قدرت صنعتی وجود دارند محصولات این بخش، و تجهیزات صوتی که به طور سنتی از نیمه هادی های منفرد مانند ترانزیستورها و دیودها تشکیل می شدند، اکنون عمدتاً از مدارهای مجتمع ساخته شده اند . مدارهای آنالوگ معمولاً به عنوان دستگاه های خطی شناخته می شوند و ممکن است رابطه ورودی با خروجی این دستگاه ها با یک نقشه خطی نسبتاً دقیق توصیف شود. دستگاههای دیجیتال رابطه خطی ورودی با سطح خروجی را نشان نمی دهند. در عوض ، مدارهای دیجیتالی از جداول حقیقت و حالت های متوالی، در سطح منطق استفاده می کنند.

در زمینه نیمه هادی های دیجیتال، تقسیم کار بسته به محصولات تولید شده پیشرفت بیشتری داشته است و حتی تولیدکنندگانی که محصولات تولید انبوه تولید می کنند، محصولاتی را در زمینه های مختلف تولید می کنند، مانند CPU، DRAM، SRAM، فلش مموری، میکروکنترلر. دستگاه‌های منطقی قابل برنامه ریزی و FPGA، و آی‌سی‌های منطقی استاندارد هم بیشتر بر حوزه تخصصی خود تمرکز می‌کنند. علاوه بر این، در میان نیمه هادی های دیجیتال، ASIC محصولی است که می توان آن را به عنوان یک محصول سفارشی طبقه بندی کرد و این ASIC نه تنها به عنوان یک محصول سفارشی بلکه به عنوان یک محصول همه منظوره نیز به فروش می رسد. ای سیک ها به مدارهای مجتمعی گفته می شوند که برای انجام عملیات خاصی طراحی شده است. این مدارها در مقایسه با مدارهای معمولی، سرعت محاسبات را افزایش داده و برق کمتری مصرف می کنند اما هزینه تولید آن ها نیز بیشتر است.(دربحث تولید رمزارزها مورد استفاده قرارمی گیرند)

شرکت‌هایی که نیمه‌هادی‌های دیجیتال تولید می‌کنند، شامل شرکت‌های یکپارچه عمودی می‌شوند که همه عملکردهای داخلی، از طراحی مدار گرفته تا کارخانه‌های تولید و فروش را دارند. موارد زیر تقسیم کار در نیمه هادی های دیجیتال را نشان می دهد، اما چندین شرکت فابل نیز وجود دارند که در نیمه هادی های آنالوگ تخصص دارند.

تولید کننده فابل

 شرکتی است که مدارهای نیمه هادی را طراحی می کند و محصولات را پس از برون سپاری تولید به فروش می رساند. طراحی یک مدار جدید برای بخش نیمه هادی مدار الکترونیکی بر اساس نیازهای مشتری و پیش بینی های بازار و برون سپاری تولید به یک شرکت خارجی که صاحب یک "فاب" (ریخته گری) است که دروافع یک کارخانه تولید نیمه هادی است.شرکت‌هایی که در گذشته مالک امکانات تولیدی بودند، اما در نتیجه اسپین‌آف‌ها یا فروش به شرکت‌هایی بی‌سابقه تبدیل شدند تا از سرمایه استفاده مؤثری کنند و به سیال شدن مقیاس تولید پاسخ دهند، و همچنین شرکت‌های تازه‌کاری وجوددارندکه دارای امکانات تولیدی هستندو محصولاتی را با تقاضای نسبتاً کمی تولید می کنند.

فاب تخصصی (شرکت ریخته گری)

 این شرکتی است که فقط تجهیزات تولید نیمه هادی دارد. این شرکت خودش مدارها را طراحی نمی‌کند، اما در عوض در پاسخ به درخواست‌های تولیدکنندگان و شرکت‌هایی که هم طراحی و هم تولید را انجام می‌دهند، تولید نیمه‌رساناها را به صورت قراردادی انجام می‌دهد. اساساً، فقط فرآیند جلویی (فرایند بالادست) تولید نیمه هادی انجام می شود و ویفرهای تولید شده به شرکت مشتری یا یک شرکت متخصص تست و بسته بندی به نام "پیمانکار فرعی" ارسال می شود که فرآیند back-end را انجام می دهد. همچنین فابرهای تخصصی وجود دارند که تمامی فرآیندهای فرانت اند و بک اند را انجام می دهند

در قرن بیست و یکم، شرکت‌هایی که مدارها را طراحی می‌کنند، صرف نظر از اینکه امکانات تولیدی دارند یا نه، با خرید حق استفاده از طرح‌های مدار موجود، به نام IP    (مالکیت معنوی) تمام تلاش خود را برای ایجاد مدارهای همه منظوره به تنهایی انجام می‌دهند.

ارائه دهنده IP

 می توان گفت که فرم تخصصی یک شرکت طراحی یا یک شرکت تولیدی است و شرکتی است که با فروش تنظیمات مداری که طراحی کرده به شرکت های دیگر به عنوان حق استفاده، سود کسب می کند. علاوه بر این، برخی از کارخانه های تخصصی سعی می کنند با داشتن بلوک های کاربردی که مشتریان ممکن است به عنوان IP بخواهند و فروش حقوق استفاده از آنها، مشتریان را حفظ کنند. از آنجایی که IP توسط فناوری فرآیند محدود می شود، داشتن IP در فرآیندی که یک فابر تخصصی در آن خوب است، معمولاً از سایر IP های همه منظوره سودمندتر است.

خانه طراحی

 شرکت های طراحی، تولید را برون سپاری می کنند، اما خود محصولات متعلق به شرکت طراحی است. از سوی دیگر، در خانه طراحی، شرکت نیمه هادی که طراحی و تولید می کند، تمام یا بخشی از کار طراحی مدار را به یک شرکت خارجی، خانه طراحی، برون سپاری می کند، بنابراین محصول طراحی شده متعلق به خانه طراحی نیست.

تولید کننده تجهیزات تولیدی

در تمام صنعت نیمه هادی، شرکت هایی که تجهیزات تولید نیمه هادی ها را تولید می کنند، پس از شرکت هایی که خودشان نیمه هادی ها را طراحی و تولید می کنند، دومین صنعت بزرگ هستند.

تولید نیمه هادی شامل پردازش نوری میکروسکوپی، خلاء و گاز است و به محیطی تمیز با خلوص بالا نیاز دارد. با توجه به این ویژگی ها که آن را از سایر صنایع تولیدی متمایز می کند، بسیاری از تجهیزات اصلی مورد استفاده در تولید نیمه هادیها ، نیازهای بالا را برآورده کنند سازندگان تجهیزات با قابلیت های فنی پیشرفته که الزامات را برآورده می کنند ، به شرکت هایی که نیمه هادی ها را طراحی و تولید می کنند فروخته می شوند.

با توجه به شرایط منحصر به فرد صنعت نیمه هادی، که در آن می توان هزینه تولید انبوه را با کوچکتر شدن محصولات نیمه هادی کاهش داد، کوچک سازی تجهیزات تولید نیمه هادی در طول چندین سال پیشرفت چشمگیری کرده است و در بسیاری از موارد، برای شرکت‌های تولید نیمه‌رسانا که کاربرآن هستند دشواریهایی راایجادکرده است. این همکاری ،فرآیندهای تولید نسل بعدی را با استفاده از علم و فناوری پیشرفته توسعه می‌دهد و بر این اساس، نسل جدیدی از تجهیزات ایجاد می‌شود. علاوه بر این، قطر ویفرهای قابل جابجایی توسط این دستگاه ها هر چند نسل افزایش یافته است تا راندمان تولید بهبود یابد.

از آنجایی که نیاز دائمی به معرفی فناوری نوآورانه وجود دارد، صنعت فناوری اطلاعات متشکل از چند شرکت بزرگ و گروهی از شرکت‌های نوپا است که توسط کارآفرینان بی‌شماری که از دانشگاه‌ها و شرکت‌ها خارج شده‌اند، اداره می‌شوند.

تولید نیمه هادی به طور کلی به «فرایند ایجاد ماسک عکس (شبکه)»، «پیش فرآیند» و «پس از فرآیند» تقسیم می شود. محصولات پیش فرآیند،حتی درمقیاس صنعتی سهم قابل توجهی درتعیین قیمت هرواحددارند.