صنعت نیمه هادی و تراشه و ظرفیت ها و فرصت های ایران

صنعت نیمه هادی و تراشه ها یکی از پردرآمدترین صنایع در دنیا است که به دلیل کاربردهای گسترده ای که دارند، تضمین کننده عملکرد مطلوب سایر صنایع نیز هستند؛ بنابراین حضور در این بازار به اولویت بسیاری از کشورهای دنیا تبدیل شده است. جایگاه ممتاز ایران در عرصه علم و فناوری در دنیا با وجود مواجهه جمهوری اسلامی ایران با تحریم های ظالمانه نشان می دهد که وجود نیروی انسانی نخبه و متعهد به عنوان یکی از سرمایه های اصلی ایران و توجه به تولید داخلی و بومی سازی محصولات، افق روشنی جهت رسیدن به موفقیت های چشمگیر در این صنعت را ترسیم می نماید.

 ضرورت و اهداف پژوهش

نیمه هادی به دسته ای از مواد گفته می شود که خاصیت هدایت الکتریکی آن ها بین مواد رسانا و مواد نارسانا باشد. از این ویژگی نیمه هادی برای ساخت بسیاری از قطعات الکترونیکی نظیر دیود ترانزیستور، تریستور و آی سی استفاده می شود. درواقع نیمه هادی ها انقلاب عظیمی در صنعت الکترونیک ایجاد کردند که ظهور بسیاری از فناوری های نوین نظیر رایانه ها و تلفن های هوشمند بدون وجود آن ها امکان پذیر نبود. صنعت تولید نیمه هادی و تراشه ها، صنعتی بسیار پردرآمد و استراتژیک است که می تواند تعیین کننده جایگاه یک کشور در اقتصاد جهانی و همچنین میزان بهره مندی از پیشرفته ترین تکنولوژی های روز جهان باشد. به همین دلیل بسیاری از کشورها به دنبال ایفای نقش در این صنعت مهم و پردرآمد هستند. از همین رو و با توجه به جایگاه صنعت نیمه هادی ها و اهمیت نقش آفرینی کشور در این صنعت در پژوهش حاضر ظرفیت های ایران به منظور ورود به زنجیره صنعت نیمه هادی مورد بررسی قرار گرفته و راهکارهای عملیاتی جهت استفاده از این ظرفیت احصا می شود.

زنجیره تولید و عرضه نیمه هادی ها

گام های تولید و عرضه نیمه هادی ها عبارت است از: مواد اولیه، طراحی، تولید ویفر و مونتاژ و بسته بندی که در این بخش به توضیح آن ها پرداخته می شود:

• مواد اولیه: در صنعت نیمه هادی ها از عناصر گوناگونی برای کاربردهای مختلف استفاده می شود که از پرکاربردترین آن ها می توان به سیلیکون، ژرمانیوم و عناصر کمیاب که متشکل از ۱۷ عنصر مختلف هستند اشاره کرد. از میان عناصر یادشده مواد حیاتی (Critical raw materials) یا به اختصار CRM ها مانند پالادیوم، کبالت، گالیوم، ژرمانیوم و سیلیکون پایه و اساس صنعت نیمه هادی ها هستند؛
• طراحی: طراحی، قسمتی از زنجیره تولید نیمه هادی و تراشه است که بیش ترین ارزش افزوده را ایجاد می کند. شرکت های طراح، مدارهای مجتمع را در مقیاس نانو توسعه داده اند تا وظایفی ازجمله محاسبات، ذخیره، اتصال به شبکه و مدیریت توان دستگاه های الکترونیکی را انجام دهند. طراحی نیاز به دانش و مهارت بسیار بالایی دارد به طوری که این فرایند ۶۵ درصد تحقیق و توسعه صنعتی و ۵۳ درصد ارزش افزوده را به خود اختصاص می دهد؛
• تولید ویفر: تجهیزات تولید تخصصی نیمه رساناها که معمولا فب نامیده می شوند، ساخت مدارهای مجتمع نانومقیاس را انجام می دهند. هر ویفر شامل چندین تراشه با طراحی مشابه است. تعداد واقعی تراشه ها در هر ویفر به اندازه آن تراشه بستگی دارد و ممکن است بین صد پردازنده بزرگ و پیچیده که توان پردازشی کامپیوترها و تلفن های همراه را تامین می کنند تا صدها هزار تراشه کوچک برای اجرای عملکردهای ساده متغیر باشد. بسته به محصول خاص ۴۰۰ تا ۱۴۰۰ گام در فرایند کلی تولید ویفرهای نیمه رساناها وجود دارد؛
• مونتاژ و بسته بندی: این مرحله شامل تبدیل ویفرهای سیلیکونی تولیدشده در فب ها به تراشه های نهایی است که برای مونتاژ در قطعات الکترونیکی آماده هستند. شرکت های فعال در این مرحله ابتدا ویفرهای سیلیکونی را به تک تراشه ها تقسیم می کنند، سپس تراشه ها در فریم های محافظ بسته بندی شده و در پوسته رزینی گنجانده می شوند. در گام بعدی تراشه ها پیش از ارسال برای تولیدکنندگان قطعات الکترونیکی به دقت آزمایش می شوند. آخرین مرحله زنجیره تامین به سرمایه گذاری قابل توجه در تجهیزات تخصصی نیاز دارد.

ظرفیت ها و فرصت های ایران

در ایران از آغاز دهه ۱۹۷۰ و عصر جدید صنعتی، تلاش های پراکنده ای برای ایجاد صنعت الکترونیک بومی، انجام شده است. تاسیس شرکت هایی چون مادیران و شهاب در بخش های عمومی و شرکت صنایع الکترونیک ایران (صاایران) در بخش نظامی در همین راستا صورت گرفت. این شرکت ها با کمک شرکت های خارجی طیفی از محصولات الکترونیکی را تولید کرده اند که برخی از محصولات آن ها مونتاژ بوده و برخی نیز طراحی مدارهایی بوده است که با استفاده از مدارهای مجتمع خارجی ساخته می شده اند. در کل باید گفت که ایران تقریبا در بخش تولید مدارهای مجتمع به صورت تجاری توفیق چشم گیری نداشته است. از این رو لازم است که کشور برای تامین نیازهای نظامی-امنیتی و تجاری صنعتی خود بیش از پیش وارد این عرصه شود. ظرفیت های ایران برای حضور در این صنعت مهم را به چند دسته می توان تقسیم بندی کرد:

ظرفیت ایران در تامین مواد اولیه

در صنعت نیمه هادی ها و پردازنده ها، مواد مورد استفاده را می توان به دو دسته تقسیم کرد: دسته اول موادی هستند که در فرایند ساخت چیپ از ابتدا تا انتها مورد استفاده قرار می گیرند. ازجمله مهم ترین موادی که در این دسته قرار می گیرند می توان به مواد نیمه هادی ذاتی مانند سیلیکون فلزی و ژرمانیوم و گازهای شیمیایی با خلوص بالا (مانند نیتروژن آرگون و هیدروژن) اشاره کرد. دسته دیگر موادی هستند که در فرایند بسته بندی نیمه هادی ها و چیپ ها مورد استفاده قرار می گیرند که برای مثال می توان به مواد سرامیکی اشاره کرد که به علت ویژگی بدون منفذ بودن عالی که به نسبت شیشه و فلزات دارند، برای بسته بندی هایی که نیاز به سطح آب بندی بالا دارند مورد استفاده قرار می گیرند. ایران به لحاظ ذخایر منابع معدنی جزو ۱۰ کشور برتر در دنیا است. از مهم ترین ذخایر معدنی ایران می توان به کروم، مس، سنگ آهن، سرب، روی و منگنز اشاره کرد. لذا پتانسیل عظیمی در تامین مواد اولیه این صنعت چه مواد مورد نیاز برای ساخت و چه برای بسته بندی دارد.

ظرفیت ایران در طراحی و تولید

امروزه پیشرفت در بخش طراحی و تولید صنعت نیمه هادی ها برای کشورها و شرکت های جدید بسیار سخت خواهد بود؛ چراکه رقابت با شرکت هایی نظیر TMSC و Intel که سالانه سرمایه گذاری گسترده ای صرف توسعه کسب و کارشان می کنند نیازمند سرمایه هایی بسیار بزرگ است. این موضوع برای ایران سخت تر نیز هست؛ زیرا شرکت ASML که تنها تولیدکننده دستگاه های EUV در جهان است به دلیل تحریم، این دستگاه ها را به ایران نخواهد فروخت. از همین رو ایران برای ورود به صنعت نیمه هادی ها در بخش طراحی و تولید بهتر است به صنایعی که تقاضا در آن ها بالا و نیاز به تکنولوژی پیشرفته پایین است و همچنین بازار داخلی مناسبی دارد توجه کند. چنین بازاری در صنعت نیمه هادی و تراشه های مرتبط با خودرو یافت می شود. به دلیل همه گیری کرونا بازار چیپ های خودرو شاهد یک بحران کمبود تراشه بود که به نظر می رسد ادامه دار خواهد بود؛ لذا فرصت های جدیدی برای شرکت های نوپا ایجاد شده است. این فرصت بسیار خوبی برای ایران برای حضور در این حوزه ایجاد کرده است و در صورتی که از این فرصت به درستی استفاده شود جایگاه ایران در این بازار تضمین شده خواهد بود. در حوزه طراحی نیز دولت می تواند با ایجاد صندوق های سرمایه گذاری که منابع آن ها از فروش مواد اولیه خام تامین می شود از طریق ارائه مشوق هایی نظیر وام های با بهره پایین، از ظرفیت شرکت های دانش بنیان و نیروی دانشگاهی برای ورود به این صنعت استفاده کند.

راهکارهایی به منظور استفاده از ظرفیت های ایران

این بخش از پژوهش حاضر راهکارهایی را به منظور استفاده از ظرفیت های ایران در زمینه های تامین مواد اولیه و طراحی و تولید ارائه می نماید:

• با توجه به غنای سرزمینی ایران در حوزه مواد معدنی و وجود ظرفیت تولید مواد اولیه این صنعت در هر دو بخش ساخت و بسته بندی، معاونت علمی و فناوری رئیس جمهور با همکاری وزارت صنعت، معدن و تجارت نسبت به تهیه فهرست ظرفیت مواد معدنی کشور که قابلیت بهره گیری در زنجیره ساخت، طراحی و بسته بندی صنعت نیمه هادی دارد اقدام نماید؛
• به منظور حمایت از تحقیق و توسعه در صنعت نیمه هادی، معاونت علمی و فناوری با همکاری وزارت صمت نسبت به تشکیل صندوق سرمایه گذاری که منابع آن از محل بخشی از فروش مواد اولیه خام تامین می شود اقدام نماید. این صندوق به حمایت از نخبگان و شرکت های فناور و دانش بنیان که در حوزه صنایع نیمه هادی فعال هستند بپردازد؛
• با توجه به رقابت گسترده جهانی در عرصه صنعت نیمه هادی و معرفی این صنعت به عنوان مغز الکترونیک مدرن، به منظور شناسایی و تعریف جایگاه ایران در این صنعت کارگروهی ذیل معاون اول محترم رئیس جمهور تشکیل شود و شاخص ها و فرصت های حضور ایران در صنعت نیمه هادی تبیین شود.

جمع بندی

صنعت تولید نیمه هادی و تراشه ها صنعتی بسیار پردرآمد و استراتژیک است که می تواند تعیین کننده جایگاه یک کشور در اقتصاد جهانی و همچنین میزان بهره مندی از پیشرفته ترین تکنولوژی های روز جهان باشد. به همین دلیل بسیاری از کشورها به دنبال ایفای نقش در این صنعت مهم و پردرآمد هستند. بررسی های پژوهش حاضر نشان داد که ایران پیشرفت چشمگیری در صنعت نیمه هادی ها نداشته است؛ از این رو لازم است تا برای تامین نیازهای نظامی-امنیتی و تجاری صنعتی خود بیش از پیش وارد این عرصه شود. جمهوری اسلامی ایران ظرفیت های فراوانی در بخش های تامین مواد اولیه و طراحی و تولید دارد. از همین رو این پژوهش پیشنهاداتی را برای بهره گیری کشور از این فرصت ها ارائه نموده است که «تهیه فهرست ظرفیت مواد معدنی کشور از سوی معاونت علمی و فناوری رئیس جمهور با همکاری وزارت صنعت» نمونه ای از آن هاست.

این مطالعه در اندیشکده سیاست های راهبردی اقتصاد و مدیریت سرآمد با همکاری محمدحسین سروش و صدرا طهماسبی در سال ۱۴۰۲ انجام شده ‌است.