Volver a las obleas de 450 mm, ¿la solución a la escasez de chips?

Los chips a la hora de fabricarse son impresos en obleas de silicio de un tamaño fijo, donde el estándar desde hace ya años es de 300 mm de diámetro, por lo que el radio de las mismas es de 150 mm en total. Por lo que el salto a las obleas de 450 mm desde las de 300 mm significa un aumento del área de 2.25 veces. Veamos a continuación las consecuencias de ello.

El tamaño de las obleas en las que se fabrican los chips no ha sido siempre el mismo. Con el paso del tiempo estas han ido aumentando su tamaño con el objetivo de poder fabricar más chips por oblea. La actual escasez plantea de nuevo la posibilidad de aumentar el tamaño de las obleas. Pero, ¿se trata de una solución viable que se pueda realizar a corto plazo con tal de solventar el problema de falta de chips en la actualidad?

Más chips con las obleas de 450 mm

Oblea

Para entender cómo afectaría a la producción de los diferentes chips el traslado a las obleas de 450 mm para la producción vamos a realizar un pequeño ejercicio. Para ello tomaremos un hipotético chip de 15 mm por lado, fabricado bajo un nodo de fabricación con una tasa de errores de 0.1.

Por lo que hemos utilizado una herramienta online, la cual nos dice cuantos chips buenos y malos saldrían de media en cada oblea, para mostraros visualmente el resultado.

300 mm vs 450 mm obleas

Utilizando una oblea de 300 mm de diámetro, como se puede ver obtendremos 205 chips completamente funcionales, descartando 59 de ellos, 8 de los cuales serían chips parcialmente construidos por encontrarse en los bordes que delimitan el área de corte. En cambio fabricando el mismo chip con una oblea de 450 mm, la cantidad de chips buenos pasaría a ser de 488, pero se descartarían un total de 136, de los cuales 16 serían por encontrarse en los bordes. Los yields que son el porcentaje de chips en ambos casos sería del 80.19% por lo que en ese aspecto el usar una oblea de 450 mm no representa una ventaja independientemente de cuál sea el tamaño del chip.

Entonces, ¿cuál sería la ventaja? El coste de las obleas de 450 mm, sería mucho menos que las de 300 mm, lo que supondría en teoría no solo una mayor cantidad de chips y en teoría chips más baratos. Desgraciadamente las cosas no son así y se han de tener en cuenta una serie de problemas adicionales.

Problemas para la adopción de obleas de mayor tamaño

La idea de realizar una transición a los 450 mm de diámetro parte de entrada con el problema de la disponibilidad de los lingotes de silicio a partir de los cuales se fabrican los chips. Estos lingotes de silicio están construidos tras un proceso químico para obtener una pureza del 99.9%, pero no todo el silicio van a parar a estos lingotes y un porcentaje mucho más pequeño que los de 300 se fabrican en estos momentos. Lo que afecta a la posterior producción de obleas de 450 mm.

Es importante que una fábrica pueda imprimir una cantidad de chips en sus obleas de 450 mm más alto que las de 300 mm con tal de aumentar la producción por lo que de entrada va a necesitar una cantidad de lingotes lo suficientemente grande y esto significa más silicio purificado. Pero, ya que hablamos de fábricas, todas ellas están preparadas para que su maquinaria funcione con las obleas de 300 mm, de repente nos encontramos con tener no solo que montar una factoría entera, sino también desarrollar nueva maquinaría que se adapte al nuevo tamaño de las obleas.

Todos estos problemas acabarían cargando un sobreprecio en los chips, pero de manera mucho más grande, ya que por ejemplo los sistemas de transporte de las obleas que hay por toda la fábrica están pensados para mover obleas de 300 mm. Por lo que hasta ese detalle se tendría que actualizar haciendo cambios a nivel de toda la factoría.