טכנולוגיות ייצור ואמצאות קומבינציה – על פטנט "המכונה" לייצור Fast Turn ASIC
טכנולוגיות ייצור ואמצאות קומבינציה – על פטנט "המכונה" לייצור Fast Turn ASIC
פורסם בישראל טכנולוגיות, מאי 2011
שבבי ASIC סטנדרטיים מממשים לוגיקה המוגדרת מראש במהלך היצור. הם נוצרים על פי רוב בתהליך פוטוליתוגרפי רב שכבתי. השכבות העליונות המשמשות לחיבור בין הטרנסיסטורים עשויות ממתכת. התהליכים ששמשו ליצירת קוי המתכת עד תחילת המאה הנוכחית של המאה העשרים כללו כיסוי מלא של פרוסת הסיליקון במתכת ועליה שכבת פוטורזיסט, והקרנה של אור דרך מסכה אופטית שיוצרה בהתאם לתכנון המעגל במכשיר הנקרא סטפר. לאחר העברת הדוגמא הגיאומטרית אל פני הפרוסה, תהליך כימי-פיסיקלי כיווני מבוקר ע"י שדה חשמלי מאפשר איכול (etching) מדוייק של המתכת בנקודות החשופות ליצירת הלוגיקה הרצוייה בו. לאחר איכול המתכת הוסרו שאריות הפוטורזיסט בתהליך כימי. לעומתם, שבבי FPGA ניתנים לתיכנות ע"י היצרן או הלקוח, ע"י מיתוג טרנסיסטורים המשמשים כמתגים הנשלטים מתוך זכרון הנטען לפי הלוגיקה שתכנן הלקוח.
תהליכי הייצור של FPGA הם פשוטים ומהירים למימוש, ומאפשרים יצירת אבטיפוס בעלות נמוכה יחסית. עם זאת, בשל גודלם היחסי הגדול של הטרנזיסטורים ב-FPGA ותכונותיהם החשמליות, לא ניתן להגיע לצפיפויות (מחיר יצור) ולמהירויות המתאפשרות ב-ASIC. לעומתם, תהליך היצור של ה-ASIC דורש השקעה גבוהה מאוד (מאות אלפי דולרים) בהכנה של סט שלם של מסכות ליטוגרפיות יעודיות (10 עד 20) לכל אפליקציה, ולכן, אינו כלכלי ליצור אבי-טיפוס או כמויות קטנות עד בינוניות.
השילוב בין יתרונות הייצור של שתי השיטות לא יושם כמוצר תעשייתי עד תחילת שנות ה-90. חברת "צ'יפ אקספרס" שמרכז הפיתוח שלה היה בישראל (לימים ChipX) פיתחה מודל המאפשר שילוב בין שתי השיטות הן בשלב הפיתוח ויצירת האבטיפוס, והן בשלב הייצור ההמוני: החברה פיתחה מכונה ייחודית וכלים תוכנתיים המאפשרים תכנון וייצור אבטיפוס לצ'יפ בודד תוך 24 שעות (Fast Turn ASIC) תוך שילוב תהליכי יצור יחודיים ותהליכים המקובלים בייצור המוני.
בעזרת כלים תוכנתיים, תורגם netlist (תאור של סכמת חיבורים חשמלית בקובץ טקסט) שהתקבל מהלקוח לקובץ Layout המגדיר את מיקומם של תאים לוגיים מוגדרים מראש, וכן את ונקודות החיבור ביניהם. קימפול ה-Layout ייצר "קובץ חיתוך" (Cut List File) המגדיר את נקודות האיכול הרצויות על גבי השבב. הקובץ הוזן לתוך מכונה ייחודית המכילה מודולים מכניים, אלקטרוניים, אופטיים ותוכנתיים בעזרתם ניתן היה להפעיל מעין תהליך ליתוגרפי על צ'יפ בודד. החברה היתה הראשונה ליישם את הטכנולוגיה במוצר תעשייתי.
החברה רשמה פטנטים רבים בתחומים של ארכיקטורת הסיליקון ותהליכי היצור. בקשת הפטנט היחידה הקשורה במכונה עצמה נגעה לייצוב פולסי לייזר המשמשים לחשיפת המתכת בתהליך הפוטוליתוגרפי, והוגשה לראשונה בישראל בשנת 1989. פירסום הפטנט חשף כיצד ניתן לייצר פולסי לייזר אחידים בעוצמתם, על אף שאינטרוול הזמן בין הפולסים משתנה בטווח רחב ואינו ניתן לחישוב מדויק מראש. פונקציות האנרגיה של פולס עתידי כתלות באנרגיה של הפולס שקדם לו ובזמן שעבר מהפולס שקדם לו אינן ניתנות למידול מתמטי מדויק שאינו רקורסיבי: השגיאה המצטברת במידול כזה פוגעת בדיוק ההכרחי של עוצמת קרן הלייזר על גבי הצ'יפ.
הפטנט, "התקני לייזר בעל פולסים ומערכות ושיטות להפעלתם" (IL 91240) ומקביליו היפני והאמריקאי Pulsed Laser System – US 5128601 הוגשו ע"י ארבעת הממציאים צבי אור-בך, זאב גן-אור, עופר הראובני ומיגל צימרמן ואושרו בתחילת שנות ה-90. הפטנט מתאר טבלאות חישוב ו- attenuator אקוסטו-אופטי להנחתת עוצמת קרן הלייזר. עשרות הפירסומים והפטנטים שציטטו מאז את הטכנולוגיה המתוארת בפטנט מעידים על חשיבותו כיישום תעשייתי חדשני והמצאתי של רתימת טכנולוגית לייזר לייצור שבבים.
"המכונה" עצמה היתה מרשימה אך בהתאם למודל העסקי שבחרה החברה, שמשה בעיקר ליצור באתרי החברה, וכמעט ולא נמכרה ללקוחות חיצוניים. במידה והיתה נמכרת ללקוחות רבים, היה חשוב ומעניין להגן עליה בפטנט כ"אמצאת קומבינציה", שכן שילבה בתוכה פתרונות מכניים, אלקטרוניים, אופטיים ותוכנתיים לאתגרים מגוונים הקשורים ביישום הטכנולוגיה, כדוגמת זיהוי מדוייק של מיקומים על גבי השבב ועיצוב דמותה המרחבית של קרן הלייזר בהתאם להיטל החיתוך המבוקש.
על מנת לקבל פטנט על קומבינציה חדשה, חשוב לתת את הדעת להיבטים בסוגיית ההתקדמות ההמצאתית – המוגדרת בסעיף 5 לחוק הפטנטים הישראלי כ"התקדמות שאינה נראית כענין המובן מאליו לבעל-מקצוע ממוצע על סמך הידיעות שכבר נתפרסמו, לפני תאריך הבקשה".
מדובר בבעל מקצוע דמיוני שאמור לדעת את כל מה שפורסם בתחום הרלוונטי אך אינו מסוגל להמציא פתרונות בלתי שגרתיים לבעיות טכניות. "בעל המקצוע הממוצע" עשוי להיות גם צוות של מומחים העובדים בתחומים שונים ורגילים להתייעץ ביניהם – זאת כאשר המומחה בתחום המרכזי של ההמצאה מתמודד עם בעייה טכנית שאין לו אפשרות לפתור בעזרת הידע שלו בלבד, ולפיכך היה חושב להיעזר במומחה מתחום אחר.
"קבוצת המכונה" מנתה פיזיקאי, מהנדס מכונות, מהנדסי תהליך, מהנדסי אלקטרוניקה ומהנדסי תוכנה – קבוצה אינטרדיסציפלינרית המגדירה "בעל מקצוע ממוצע" בעל ידע נרחב בתחומים מגוונים מאוד. כל אחד מהם הביא פתרונות מעולמו, שצירופם יחד הביא לבניית המכונה החדשנית.
חשוב לציין שניתן לקבל פטנט על קומבינציה חדשה אפילו אם כל מרכיביה הם רכיבים ידועים ומוכרים – וזאת בתנאי שהצירוף שלהם יוצר פעולת גומלין המביאה לתוצאה בלתי צפויה או ליתרונות בלתי צפויים. אחת מהחלטות הרשם קובעת כי "צירוף גרידא או גיבוב (אגרגציה) אין בו התקדמות המצאתית". כשמדובר בחיבור שני מרכיבים שהיו ידועים ונפרדים קודם, כאשר כל אחד מהם פועל את פעולתו הרגילה, ללא פעולת גומלין ביניהם, אין מדובר בהתקדמות המצאתית. לעומת זאת, כאשר צירוף המרכיבים יוצר פעולת גומלין, מתקבלת קומבינציה שיש בה התקדמות המצאתית.
מבחני משנה בתחום ההתקדמות ההמצאתית עשויים להיות הצלחה מסחרית עם כניסתה של האמצאה לשוק – אם כי לפעמים היא תלויה בסיבות לא טכניות כגון פרסום יעיל, שיווק נכון או מחיר זול. מבחן משנה נוסף הוא התגברות על בעייה ידועה שחיכתה זמן רב לפיתרון – אם הממציא הוא הראשון שפתר אותה ורבים נכשלו קודם בפתרונה.
בטכנולוגיות ייצור, גם צעד צנוע וקטן עשוי לשנות את פני הטכנולוגיה. ביהמ"ש העליון קבע בהחלטתו בעניין Hughes כי "פשטות האמצאה, אינה צריכה לשמש מכשול לתקפות הפטנט." לפיכך, התייעצות עם עורך פטנטים מורשה עשוייה לתרום להעשרת פרופיל הקניין הרוחני של החברה – לא רק בתחום המחקר והפיתוח, אלא גם בתחום הייצור.
_________________________
הכותבים :
עופר הראובני, לשעבר מנהל צוות פיתוח המכונה ומנכ"ל צ'יפ אקספרס ישראל, כיום מנהל פיתוח מוצרי תקשורת למחשבים ניידים באינטל ישראל.
דפנה לוי, לשעבר מתכנתת בצוות המכונה, מתמחה ועוסקת בעריכת פטנטים במשרד עורכי פטנטים גולד פטנטים וייעוץ כלכלי בחיפה. אין לראות במאמר זה תחליף לייעוץ עם עורך פטנטים מורשה.
חזרה לדף פרסומים של גולד פטנטים בע"מ