Frage zu Wafer

[nina123]

Hallo,

dies ist mein erster Beitrag und ich grüße alle recht herzlich!

Ich schreibe am Montag ne Klausur und in der Altklausur kam ne Frage die ich nicht beantworten kann. Vielleicht weis einer von den Experten eine Antwort.

Wie entwickelten sich die Kosten, wenn ich den Durchmesser eines Siliziumwafers in der Produktion um einen Faktor 2 (z.B. von 4“ auf 8“) vergrößern könnte – und alle prozessbedingten Aufwendungen ansonsten gleich blieben?


Danke im voraus!

 

[smoothwater]

Willkommen im Forum!
Berechne doch einfach die Flächen und rechne die prozentuale Vergrößerung aus.
Dann ist nur die Frage: Welche Kosten? Die pro Chip?

 

[Grummel]

Ich würde zuerst in Fixkosten (unabhängig von der Größe) und variable Kosten (abhängig von der Größe) unterteilen. Evtl. muss man die variablen Kosten noch einmal unterteilen, falls es welche gibt, die direkt proportional mit der Fläche steigen - während andere Kosten evtl. mit der Anzahl der Chips auf dem Wafer steigen (dann müsste man berechnen wieviele vermutlich rechteckige Chips in die alte und neue Fläche passen). Dazu kenne ich mich aber nicht genug mit der Wafer Produktion aus - genaugenommen gar nicht.

 

[nina123]

Danke schon mal für die Antworten!

Hier mal die komplette Aufgabe:



Die Herstellungskosten von MST-Produkten bei hohen Stückzahlen sind trotz hoher Entwicklungskosten und komplizierten Prozessen oft gering.
a) Woran liegt das? - Was hat dies mit dem Durchmesser von Silizium-Wafern zu tun? Nennen Sie das passende Stichwort!

Auf einem großen Wafer passen mehr Chips als auf einen kleineren Wafer und es entsteht weniger Verschnitt. Auch können mehrere Chips parallel produziert werden (batch fabrication)

Stichwort: Batch fabrication (Parallelfertigung)

b) Wie entwickelten sich die Kosten, wenn ich den Durchmesser eines Siliziumwafers in der Produktion um einen Faktor 2 (z.B. von 4“ auf 8“) vergrößern könnte – und alle prozessbedingten Aufwendungen ansonsten gleich blieben? Antwort:

Bei einer Kantenlänge von 2mm passen ca. 2000 Chips auf einen 4" Wafer. auf einen 8" Wafer passen ca. 8000 Chips drauf (alles mittels Formel berechnet). Aber was kann ich da zu den kosten sagen?
Ich denke nicht, dass hier irgendwelche betriebswirtschaftlichen Rechnungen gefordert sind, sondern eher eine allgemeine Aussage. Vielleicht auch um welchen Faktor sich die Kosten verringern.

 

[Fragman]

Auch von mir herzlich willkommen im Forum

Ich weiß ja nicht, was für eine Ausbildung du machst oder was du studierst, aber ich schätze mal Richtung IT-Systemkauffrau/Informatikkauffrau oder bei Studium Informatik. Jetzt wäre das Fach natürlich interessant, weil man da Rückschlüsse ziehen könnte. Wenns was betriebswirtschaftliches ist, würd ich einfach sagen, dass die Herstellkosten eines einzelnen Chips sinken (Fixkosten bleiben gleich und verteilen sich auf größere Anzahl von Chips, halt mit entsprechender Rechnung). So eine Antwort würde ich (ohne weitergehende Infos) auch wählen.

MfG

Fragman

 

[nina123]

Danke Fragman

Ich studiere Mikrosystemtechnik.

 

[Knusperfisch]

Ich schätze mit den Kosten sind hauptsächlich die Kosten pro DIE gemeint, also um wieviel Prozent bei einem größerem Wafer ein Chip günstiger produziert wird.
EDIT:
Genau so wie es Fragman beschrieben hat.. ^^

 

[fdsonne]

Wenn die Betriebskosten der Anlage identisch bleiben, sowie die Prozessbedingen Kosten ebenso, so steigt eigentlich nur durch die vierfache Fläche des Wafers der Rohmaterialpreis um das vierfache.
Sprich die Rohstoffkosten pro Wafer vervierfachen sich.

Rein aus Materialpreissicht ohne die Herstellungskosten ansich betrachtet werden die Kosten pro Chip sich nicht ändern, weil bei vierfacher Wafergröße auch in etwa viermal so viele Chips auf den Wafer passen.

Addiert man dann aber anhand der Produktionsmenge noch die Betriebskosten der Anlage pro Wafer oder pro Chip mit dazu, wird natürlich der Part mit dem großen Wafer mehr Chips für das gleiche Geld herstellen oder die gleiche Anzahl an Chips für weniger Kosten pro Chip.


Aber irgendwie finde ich die Frage ein wenig schwammig vormuliert muss ich sagen. Denn es geht nicht hervor, auf welche Kosten sich schlussendlich bezogen wird.

 

[nina123]

Wikipedia sagt:

Je größer der Wafer, desto mehr ICs können darauf untergebracht werden. Da bei größeren Wafern der geometrische Verschnitt kleiner wird, können die ICs kostengünstiger produziert werden (siehe Ausbeute (Halbleitertechnik)). Um die Ausbeute zu maximieren, werden die Wafer in Reinräumen produziert

 

[Knusperfisch]

Also das bei vierfacher Wafergröße , viermal mehr Chips auf den Wafer passen halt ich für ein Gerücht. Es sind nämlich deutlich mehr. Bei einem 200mm Wafer beträgt die Fläche ungefähr 31400mm² bei 300mm sind es dagegen schon 70650mm².
EDIT: Und genau dadurch das der Wafer (Kreis) größer wird, gibt es an den Enden des Wafers (ich weiss nicht wie ich es anders ausdrücken soll) eher längliche rundungen anstatt kurvigere (die Kreisform passt sich eher den quadratischen Chips an), deshalb fällt dann auch weniger Verschnitt an.

Dazu kommt auch noch, wie fdsonne erklärt hat, das mehr Chips einen Produktionsprozess gleichzeitig durchlaufen was die Produktionskosten ebenfalls drückt.

 

[nina123]

Also das bei vierfacher Wafergröße , viermal mehr Chips auf den Wafer passen halt ich für ein Gerücht. Es sind nämlich deutlich mehr. Bei einem 200mm Wafer beträgt die Fläche ungefähr 31400mm² bei 300mm sind es dagegen schon 70650mm².
EDIT: Und genau dadurch das der Wafer (Kreis) größer wird, gibt es an den Enden des Wafers (ich weiss nicht wie ich es anders ausdrücken soll) eher längliche rundungen anstatt kurvigere (die Kreisform passt sich eher den quadratischen Chips an), deshalb fällt dann auch weniger Verschnitt an.

Natürlich nicht. Bei doppelter Wafergröße passen 4mal so viele Chips drauf.

 

[dr-ami]

Aus einem Wafer doppelter Größe können mehr als 4-mal soviele Chips gewonnen werden wegen des geringeren Verschnitts.

 

[nina123]

(100^2*3,14)/4= 7850mm^2

So errechnet sich die Waferfläche des 4" Wafers. Bei einer Kantenlänge von 2mm sind es 7850/4= ca 2000 Stück

Beim 8" Wafer:

(200^2*3,14)/4= 31400

31400/4= ca 8000

 

[Knusperfisch]

Naja dann hast du doch dann deine antwort oder ? Zumal du kennst dich 10mal besser damit aus als wir alle zusammen. xD

 

[fdsonne]

Aus einem Wafer doppelter Größe können mehr als 4-mal soviele Chips gewonnen werden wegen des geringeren Verschnitts.

Das kann man pauschal aber so auch nicht sagen, es kommt auf die Wafergröße im Verhältniss zur größe eines Chips drauf an.

Nur mal als Beispiel. Man nehme oben besagten 4" Wafer. Dieser hätte eine Fläche von 8107.32mm².
Nun nehme man einen Chip, welcher quadratisch ist und eine Kantenlänge von ~71,842mm hat.
Sprich es passt genau ein einziger Chip auf diesen Wafer.

Verdopple ich nun den Durchmesser des Wafers auf 8", erreiche ich die vierfache Fläche und es passen genau 4 Chips auf den Wafer...


Hier im Beispiel ging es aber um eine Kantenlänge von 2mm, sprich sehr sehr klein. Das heist, man wird wohl theoretisch mehr als 4x so viele Chips aus einem Wafer bekommen, bei Verdopplung des Durchmessers, sprich Vervierfachung der Wafergröße.

Naja dann hast du doch dann deine antwort oder ? Zumal du kennst dich 10mal besser damit aus als wir alle zusammen. xD

Die Zahlen standen ja vorher schon fest...
Nur die offene Frage war auf die Kosten bezogen... Und genau an dem Punkt wäre die Frage, auf welche Kosten genau, pro Wafer? pro Chip? Allein auf Rohmaterialpreis? etc.

 

[Nimrais]

Jetzt komm ich noch und frage: Kosten für wen? Produzent oder Auftraggeber? xD
Die Auftraggeber Zahlen ja pro Wafer und nicht pro Chip.
Ein grosser Anteil an Kosten ist doch der Wafer selber. Also das Silizium. Dass man da einfach von Kosten/4 sprechen kann glaube ich nicht. Mehr reinsilizium kosten auch mehr.

 

[Knusperfisch]

Also für fdsonne hab ich keine Worte mehr...

Die Kosten können sich ja nur auf die einzelnen Dies/Chips beziehen da die Kosten pro Chip die einzige Variable Größe ist... Es steht eindeutig da die Kosten für die Prozesse bleiben gleich nur logischerweise kostet ein größerer Wafer auch etwas mehr Geld aber hast du was davon in der Aufgabenstellung gelesen ?
Richtig. Hast du nicht.
Also heisst das dass
1. Durch weniger Verschnitt mehr Chips (4mal mehr bei Verdoppelung der Größe) auf einen Wafer passen
2. Die Produktionskosten geringer sind weil anscheinend weniger Chemikalien, Strom etc. pro Chip verbraucht wird. (Wird aus der Aufgabenstellung ersichtlich " prozessbedingte Aufwendungen gleich")
3. Das eine Zeitersparnis pro Chip entsteht. (Chipdurchsatz erhöht sich weil größere Wafer die Maschinen durchlaufen)
Und das wurde ja nun mehrfach bestätigt deshalb meinte ich auch das sie sich die Frage ja quasi selbst beantwortet hat.
EDIT:
Achso und Nimrais hat absoluten Müll geschrieben. Einfach nicht beachten.

 

[fdsonne]

gartuliere, damit hast du das zitat rechnerisch nochmal belegt

setz die Brille auf...
Ich habe auf einen Post geantwortet, welcher eine mehr als Vervierfachung der Chips ausgesagt hat. Und diese These habe ich anhand eines Beispiels wiederlegt.
Mehr als 4 hier mindestens 4,x, da wir aber in ganzen Chips fertigen also mindestens 5. Und das sehe ich in meinem Beispiel nicht als gegeben...

Also für fdsonne hab ich keine Worte mehr...

Die Kosten können sich ja nur auf die einzelnen Dies/Chips beziehen da die Kosten pro Chip die einzige Variable Größe ist... Es steht eindeutig da die Kosten für die Prozesse bleiben gleich nur logischerweise kostet ein größerer Wafer auch etwas mehr Geld aber hast du was davon in der Aufgabenstellung gelesen ?
Richtig. Hast du nicht.
Also heisst das dass
1. Durch weniger Verschnitt mehr Chips (4mal mehr bei Verdoppelung der Größe) auf einen Wafer passen
2. Die Produktionskosten geringer sind weil anscheinend weniger Chemikalien, Strom etc. pro Chip verbraucht wird. (Wird aus der Aufgabenstellung ersichtlich " prozessbedingte Aufwendungen gleich")
3. Das eine Zeitersparnis pro Chip entsteht. (Chipdurchsatz erhöht sich weil größere Wafer die Maschinen durchlaufen)
Und das wurde ja nun mehrfach bestätigt deshalb meinte ich auch das sie sich die Frage ja quasi selbst beantwortet hat.

Logisch steht dort nix von Materialkosten, aber wo sollen die bitte drin sein?
Prozesskosten sind Fixkosten, da ist die variable Größe Material defintiv nicht drin.

Es gilt im Mindesten also vorher zu klären, auf was sich das ganze bezieht.
Aber vllt bin ich schon zu lange aus der Schule raus um da mitreden zu könnne, denn derartige Aufgabenstellungen bestätigen mal wieder, das dieses Schulzeug idR weit der Realität vorbei gedacht ist... So eine Kostenprüfung würde niemand in der Realität durchführen, weil einfach total nichts sagend ohne Materialkosten.

 

[Knusperfisch]

jau^^ also da hat du Recht, wirklich realitätsbezogen sind die Aufgaben nicht.