अगर हम सावधानी बरतें तो भी, 8 इंच (200 मिमी) वेफर्स के लिए वर्तमान आपूर्ति श्रृंखला की स्थिति काफी गंभीर है!

हालांकि, यह कोई नई समस्या नहीं है। ताइवान की एक मार्केट रिसर्च कंपनी, ट्रेंडफोर्स ने नवंबर 2020 में एक प्रेस विज्ञप्ति जारी करते हुए कहा था: "8-इंच वेफर उत्पादन क्षमता के मामले में, 2019 की दूसरी छमाही से आपूर्ति की गंभीर कमी की समस्या बनी हुई है।"

इसके अलावा, स्थिति को और भी बदतर बनाने के लिए, मार्च 2021 में रेनेसास इलेक्ट्रॉनिक्स नाका कारखाने में आग लग गई। समस्या इस तथ्य से और भी बढ़ जाती है कि रेनेसास का यहाँ स्थित कारखाना कई मॉडलों की आपूर्ति करता है।

उपरोक्त पृष्ठभूमि के आधार पर, कई कारक आपस में "जुड़े" हुए हैं। हालांकि, यह कहना अनिवार्य है कि सबसे बड़ा कारण कोविड-19 है। कोविड-19 महामारी के कारण हेडफोन, कंप्यूटर, टीवी, डिस्प्ले स्क्रीन और मोबाइल फोन जैसे विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों की मांग में भारी वृद्धि हुई है।

हालांकि कारें भी उपरोक्त श्रेणियों में आती हैं, फिर भी लोगों को उम्मीद है कि 2021 में कार बाजार नए कोरोना महामारी के प्रभाव से उबर जाएगा। आजकल, विभिन्न उत्पाद SoC (सिस्टम ऑन चिप) मॉडल को बढ़ावा दे रहे हैं जो कई कार्यों को एक में एकीकृत करता है। इसलिए, कई उत्पादों को डिजिटल-एनालॉग मिश्रित सिग्नल (मिक्स्ड सिग्नल चिप) वाले कई IC से लैस करने की आवश्यकता होती है। उपरोक्त उत्पादों के मुख्य उपयोग इस प्रकार हैं: PMIC (पावर मैनेजमेंट IC), CMOS इमेज सेंसर, फिंगरप्रिंट पहचान सेंसर, ऑटोमोबाइल इंजन/चेसिस नियंत्रण, डिस्प्ले ड्राइवर IC, सब गीगाहर्ट्ज़ वायरलेस कम्युनिकेशन चिप, आदि। सामान्य परिस्थितियों में, ये 180nm और 350nm प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त हैं और 8-इंच वेफर्स पर उत्पादित किए जाते हैं।

यानी, इस प्रकार के मिक्स्ड सिग्नल चिप (Mixed Signal Chip) और पावर सेमीकंडक्टर्स में उपयोग होने वाले उत्पादों की बढ़ती मांग के कारण 8-इंच वेफर्स की उत्पादन क्षमता अपर्याप्त हो गई है।

8-इंच वेफर्स की आपूर्ति सीमित होने के कारण, फाउंड्री अपनी उत्पादन क्षमता बढ़ाने की संभावना रखती है। फाउंड्री एकीकृत उपकरण निर्माता (IDM) के 8-इंच वेफर उत्पादन उपकरण और उत्पादन लाइनें अधिग्रहित कर सकती है। इसके कुछ उदाहरण इस प्रकार हैं: हाल की रिपोर्टों से पता चलता है कि ताइवान स्थित यूएमसी, जापान सेमीकंडक्टर (पूर्व में तोशिबा की सेमीकंडक्टर निर्माण कंपनी) की 8-इंच उत्पादन लाइन के अधिग्रहण पर चर्चा कर रही है।

किसी निर्माता ने जानकारी नहीं दी।
जैसा कि ट्रेंड फोर्स की रिपोर्ट में बताया गया है, 2019 की दूसरी छमाही में शुरू हुई सेमीकंडक्टर आपूर्ति की गंभीर कमी का कारण यह है कि लगभग कोई भी निर्माता अभी भी 8-इंच वेफर उपकरण का उत्पादन नहीं कर सकता है, इसलिए सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरणों की कीमत लगातार बढ़ रही है।    

टीएसएमसी 8-इंच और 12-इंच वेफर प्रक्रियाओं का उपयोग करती है। (चित्र स्रोत: ईटाइम्स)In addition, the price of 8-inch wafers is much lower than that of 12-inch wafers. Therefore, foundries generally believe that expanding 8-inch production capacity is less cost-effective. As a result, a series of chain reactions occurred. For example, some foundries increased the price of 8-inch wafers to customers.  
दूसरे शब्दों में, 8-इंच वेफर्स की स्थिति के संदर्भ में, इसे "आपूर्ति श्रृंखला में अव्यवस्था" के बजाय "निर्माताओं की अपर्याप्त आपूर्ति" कहना बेहतर होगा। 12-इंच वेफर का एक हिस्सा "स्थानांतरित" किया गया है।
12 इंच (300 मिमी) वेफर फाउंड्री की बात करें तो, टीएसएमसी और ग्लोबलफाउंड्रीज़ जैसी विभिन्न कंपनियां उत्पादन क्षमता बढ़ाने के लिए उत्साहपूर्वक निवेश कर रही हैं। हालांकि, 8 इंच के वेफर के मामले में कोई सुधार देखने को नहीं मिल रहा है।  
8-इंच वेफर की उत्पादन क्षमता में कोई सुधार न होने के कारण, कुछ निर्माता मौजूदा 180nm और 350nm 8-इंच उत्पादन लाइनों से 12-इंच वेफर पर स्विच कर रहे हैं। इसके अलावा, कई फाउंड्री 12-इंच वेफर पर उत्पादित 130nm प्रक्रियाएं प्रदान कर सकती हैं, इसलिए इनका उपयोग द्वितीयक या प्राथमिक आपूर्ति स्रोतों के रूप में किया जा सकता है। इससे आपूर्ति श्रृंखला की भौगोलिक विविधता को बेहतर बनाने में मदद मिलती है। 180nm और 130nm प्रक्रिया प्रौद्योगिकी की विशेषताएं
हालांकि 180nm और 130nm प्रक्रियाओं में समानताएं हैं, फिर भी उनमें कुछ अंतर हैं। इसका मुख्य कारण यह है कि ट्रांजिस्टर का थ्रेशोल्ड वोल्टेज अलग-अलग मात्रा में गिरता है। कोर सप्लाई वोल्टेज 1.8V से 1.5V तक या 1.2V तक कम हो सकता है। इसके अलावा, 5V/3.3V IO वोल्टेज को सपोर्ट करने के लिए विभिन्न प्रक्रिया प्रौद्योगिकी विकल्प उपलब्ध हैं, और ये प्रक्रिया विशेषताएँ एनालॉग/RF डिज़ाइन के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण निष्क्रिय घटकों के लिए बहुत समान हैं।    

मिक्स्ड सिग्नल ASIC और अन्य उत्पादों में उपयोग की जाने वाली प्रमुख नोड प्रौद्योगिकियों का तुलनात्मक चार्ट। (चित्र स्रोत: eetimes)

12-इंच वेफर तकनीक के कई फायदे हैं। पुरानी तकनीकों में एल्युमीनियम की जगह तांबे का इस्तेमाल किया जा सकता है, इसलिए स्वीकार्य करंट घनत्व भी अधिक होता है और विद्युत प्रवासन प्रतिरोध भी उत्कृष्ट होता है। इसके अलावा, इसमें धातु की परतें अधिक होती हैं और ट्रांजिस्टर का आकार छोटा होता है। इसलिए, ट्रांजिस्टर घनत्व और वायरिंग घनत्व बढ़ाकर चिप का आकार कम किया जा सकता है और प्रदर्शन में सुधार किया जा सकता है।  
इसके अतिरिक्त, अधिकांश 180nm प्रोसेस टेक्नोलॉजी और अधिकांश 130nm BCD (बाइपोलर-CMOS-DMOS) प्रोसेस टेक्नोलॉजी STI (शैलो ट्रेंच आइसोलेशन) जैसी सुविधाओं का समर्थन कर सकती हैं। इसलिए, अधिकांश 350nm टेक्नोलॉजी में उपयोग किए जाने वाले LOCOS (लोकल ऑक्सीडेशन ऑफ सिलिकॉन) इंसुलेशन की तुलना में, उच्च घनत्व, लैच अप प्रोटेक्शन जैसी सुविधाएं प्राप्त की जा सकती हैं। इस प्रकार, लाइन के प्रदर्शन और स्थिरता में सुधार होता है।  
आज, 130nm BCD प्रक्रिया काफी विकसित हो चुकी है और इसलिए इसे विभिन्न प्रक्रिया प्रौद्योगिकियों के लिए एक विकल्प के रूप में उपयोग किया जा सकता है। जैसे कि विभिन्न स्तरों के उच्च-वोल्टेज ट्रांजिस्टर, नॉन-वोलेटाइल स्टोरेज सेमीकंडक्टर, MIM (मेटल-इंसुलेटिंग फिल्म-मेटल) कैपेसिटर, ज़ेनर डायोड/शॉटकी डायोड आदि। इसलिए, SoC समाधानों के साथ न केवल जटिल एनालॉग/RF कार्यों को एकीकृत किया जा सकता है, बल्कि अन्य लाभ भी प्रदान किए जा सकते हैं। 8-इंच वेफर्स के भी कई फायदे हैं।
8 इंच के वेफर्स के भी कई फायदे हैं। उदाहरण के लिए, 350 नैनोमीटर पर निर्मित 8 इंच के वेफर्स की कीमत में कमी आना।  
इसके कारण निम्नलिखित हैं: उत्पादन उपकरण पुराने हो चुके हैं और उत्पादन प्रक्रिया अपेक्षाकृत सरल है (कम परतें)। इसके अलावा, कुछ एनालॉग सर्किट नई प्रक्रिया में सफलतापूर्वक छोटे आकार में नहीं बनाए जा सकते, इसलिए 130 एनएम के समान स्तर के सेमीकंडक्टर चिप की कीमत 350 एनएम के सेमीकंडक्टर चिप से अधिक हो सकती है। हालांकि, जब पुर्जों की कमी के कारण उत्पाद का उत्पादन नहीं हो पाता, तो ज्यादातर मामलों में यह सेमीकंडक्टर चिप्स की कीमत में मामूली अंतर के बजाय एक अत्यंत गंभीर समस्या बन जाती है।  
इसके अलावा, इस समय लोगों का ध्यान इस बात पर है कि हालांकि कई फाउंड्री 8 इंच से 12 इंच के आकार में बदलाव कर रही हैं, लेकिन किसी भी निर्माता ने इस बारे में कोई बयान नहीं दिया है। मिक्स्ड सिग्नल ASIC में कुशल निर्माता कड़ी मेहनत कर रहे हैं, लेकिन उन्हें सबसे पहले सर्किट डायग्राम के पोर्ट्स और IC के डेटा शीट की जांच करनी चाहिए।  
एएसआईसी को फिर से डिजाइन करने के लिए आवश्यक निवेश के संदर्भ में, अन्य उत्पादों को समन्वित किया जाना चाहिए ताकि 8-इंच आपूर्ति श्रृंखला जैसी समस्याओं से बचा जा सके।  
130nm चिप का आकार छोटा है, इसलिए इसे लागत बढ़ाए बिना "आर्म कॉर्टेक्स-एम" श्रृंखला के कोर के साथ एकीकृत किया जा सकता है। कम क्षमता वाले CPU के लिए आवश्यक चिप का क्षेत्रफल केवल कुछ वर्ग मिलीमीटर है, और इसे उच्च दक्षता के साथ 64kbit/128kbit SRAM के साथ एकीकृत किया जा सकता है।  
आज के डेटा शीट के अनुसार, ASIC डिज़ाइन करने, बड़े पैमाने पर उत्पादन करने और प्रमाणन प्राप्त करने में 14 से 24 महीने (जटिलता के आधार पर) का समय लगता है। प्रारंभिक प्रोटोटाइप सिलिकॉन एक वर्ष के भीतर तैयार हो जाना चाहिए। यदि यह ऑटोमोटिव उत्पाद है, तो विनिर्देशों के उत्पादन से लेकर PPAP (उत्पादन भाग अनुमोदन प्रक्रिया) तक लगभग 24 से 36 महीने (जटिलता के आधार पर) का समय लगता है। 130nm ASIC का सामान्य बजट US$600,000 से शुरू होता है (वास्तविक जटिलता और IP सामग्री के आधार पर)। यदि AEC-Q100 पर आधारित है, तो लागत लगभग US$4 मिलियन है। आज, 130nm प्रक्रिया (12-इंच वेफर) के लिए मास्क टूल की लागत US$200,000 से कम है, जो कुल लागत का एक छोटा हिस्सा है।  
कई मिक्स्ड सिग्नल डिवाइस 8 इंच के वेफर्स से निर्मित होते हैं जिनकी आपूर्ति सीमित है। 8 इंच के वेफर उत्पादन लाइनों में अपर्याप्त निवेश (निवेश पर कम प्रतिफल के कारण) की वजह से भविष्य में भी आपूर्ति श्रृंखला संबंधी समस्याएं बनी रहेंगी।  
 

सेमीकंडक्टर आपूर्ति की यह कमी एक हद तक "चेतावनी" है। वर्तमान में 8-इंच वेफर्स का उपयोग करने वाली कंपनियों को भविष्य की मांग पर पहले विचार करना चाहिए। इसके अलावा, चाहे वह मुख्य उत्पादन केंद्र हो या द्वितीयक आपूर्तिकर्ता (सेकंड सोर्स), सभी प्रक्रियाओं को पूरा करने से पहले पर्याप्त समय सुनिश्चित करना आवश्यक है।

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