Optimice estas Aplicaciones para Rentabilizar las Plantas de Semiconductores

Tres Áreas de Atención de los Sistemas de Fluidos para Operación de Planta Más Rentable

El mercado mundial del semiconductor sigue experimentando un crecimiento espectacular. En febrero de 2023, la Asociación de la Industria del Semiconductor (SIA) informó que las ventas mundiales de la industria del semiconductor ascendieron a 573.500 millones de dólares en 2022, el total anual más alto de la historia y un aumento del 3,2% en comparación con el total de 2021 de 555.900 millones de dólares.

Satisfacer la demanda depende de la construcción de nuevas plantas de semiconductores y de la optimización de las existentes. Sólo en Estados Unidos se anunciaron 46 nuevos proyectos de plantas de semiconductores a finales de 2022. Pero esta información es sólo una parte de la noticia, ya que se prevé que la demanda aumente en los próximos años.

Existen innumerables sistemas de fluidos y aplicaciones que permiten el funcionamiento de instalaciones de fabricación de semiconductores valoradas en miles de millones de dólares. En las plantas de fabricación, para reducir los riesgos en la producción de chips no sólo hay que optimizar los procesos de producción, sino también todo el sistema de distribución de gases y productos químicos de alta pureza.

Hemos preguntado a tres expertos ingenieros de campo Swagelok que dan apoyo a fabricantes de semiconductores de todo el mundo, para que nos cuenten según su experiencia, cómo se pueden ahorrar costes, mano de obra y tiempo en los sistemas de fluidos críticos de sus plantas. Siga leyendo para ver lo que nos cuentan.

Asesorar sobre los retos de la ingeniería de semiconductores

Argón para la Construcción en Nuevas Plantas

La construcción de una nueva planta de semiconductores es una empresa titánica. Normalmente, en la construcción de sistemas de fluidos críticos intervienen muchas empresas de ingeniería, compras y construcción (EPC) en planta para instalar los equipos, y los soldadores que construyen simultáneamente los sistemas de fluidos críticos pueden ser centenares.

Todos los puntos de soldadura de la instalación deben mantener niveles adecuados de caudal de argón de purga. La purga—que evita la oxidación en el cordón de soldadura y la contaminación—es importante en la mayoría de las aplicaciones de soldadura industrial general, pero lo es especialmente en las aplicaciones HP (alta prueza) o UHP (ultra alta pureza).

“Las soldaduras sin el caudal de argón especificado serán evidentes por el color de la soldadura. ”

Margaret Brennan
Ingeniera de Campo, Swagelok Suroeste 

"Si se ve mucho color [Figura 1]—también llamado 'azúcar'-no hay suficiente argón fluyendo por el diámetro interior de la soldadura. Eso es inadmisible para los sistemas de fluidos de los semiconductores. No sólo puede dar lugar a contaminación, sino que también puede afectar negativamente a la integridad de la soldadura".

Según Brennan, para que la calidad de las soldaduras sea constante y contribuya a la eficiencia del proyecto de construcción, deben cumplirse dos factores importantes.

"En primer lugar, los soldadores necesitan tener a su disposición el argón de construcción a medida que pasan de una soldadura a otra", señaló. "El acceso del soldador a un purgador móvil y ergonómico o a un panel puede ayudarle a seguir desplazándose de un punto de soldadura a otro con eficiencia".

El segundo requisito es más difícil. Soldadores de distintos niveles de cualificación de muchas EPCs pueden estar trabajando en planta a la vez. Y como la producción de semiconductores debe aumentar lo antes posible con las nuevas plantas, los propietarios de las instalaciones pueden contratar a EPCs sin experiencia en sistemas de fluidos para semiconductores.

Las soldaduras sin el caudal de argón adecuado pueden dar lugar a contaminación y afectar negativamente a la integridad de éstas.

"Un gran fabricante de semiconductores sabe lo que se necesita para los sistemas HP y UHP, pero los subcontratados pueden no tener ese nivel de conocimientos específicos", afirma Brennan. "Eso significa que la formación es fundamental. Se construyen plantas en todas partes, y los fabricantes de semiconductores contratan a empresas cuya experiencia puede ser en su mayor parte en sistemas de fluidos de los mercados del petróleo y gas, por ejemplo. No es raro que muchos contratistas estén aprendiendo las complejidades de las prácticas de soldadura específicas para semiconductores sobre la marcha."

Brennan dedica gran parte de su tiempo a implementar programas de formación centrados en ayudar a los soldadores a utilizar equipos de soldadura orbital, para efectuar soldaduras consistentes y de alta integridad que minimicen el potencial de contaminación.

"Las repercusiones de la contaminación en los sistemas de fluidos de los semiconductores pueden ser críticas", afirma Brennan. "Por eso trabajamos para dotar a los constructores de equipos de las habilidades que necesitan para hacer el trabajo con eficiencia y eficacia, de modo que la construcción de la planta pueda cumplir los plazos y ajustarse al presupuesto".

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Mangueras Aisladas para Enfriadores

Mantener las temperaturas óptimas necesarias para que los procesos de fabricación de los chips sean constantes y repetibles exige utilizar componentes para sistemas de fluidos de alta calidad, estancos y aislados, como las mangueras de refrigeración.

Las mangueras de los enfriadores deben ser capaces de mantener temperaturas objetivo extremas para los fluidos de los intercambiadores de calor.

Estas mangueras, utilizadas para suministrar refrigerante a las cámaras de proceso de fabricación de semiconductores cuando se depositan y se graban películas finas, deben ser capaces de mantener temperaturas extremas para los fluidos de los intercambiadores de calor (hasta -90°C/-130°F para el grabado por plasma seco en los nodos de proceso más avanzados). Dado que las mangueras transportan líquidos a temperaturas bajo cero, existe una alta probabilidad de que se forme condensación no deseada en la manguera si no está correctamente aislada, comenta Takashi Matsumoto, Ingeniero de Campo, Swagelok Japón.

“La condensación puede hacer estragos en una planta de semiconductores. Las gotas que caen de las mangueras de los enfriadores pueden dañar los componentes eléctricos de los equipos de apoyo en la subplanta, lo que puede provocar paradas de los equipos de procesado de obleas. Las gotas de condensación también pueden confundirse con sustancias químicas peligrosas debido a su similitud."

Takashi Matsumoto
Ingeniero de Campo, Swagelok Japón

La respuesta para reducir la condensación tiene dos aspectos, señala Matsumoto: materiales aislantes de alto rendimiento y trazado óptimo de la manguera.

"La espuma de EPDM se utiliza mucho como material aislante para mangueras de enfriadores en toda la industria del semiconductor, pero se degrada con el tiempo, lo que empeora el rendimiento y la generación de partículas", continúa. " Por otra parte, si las mangueras de los enfriadores se instalan demasiado juntas, puede aumentar el riesgo de condensación—y su correcto trazado puede resultar difícil. Normalmente, las mangueras de los enfriadores se instalan al final, después de haber instalado todos los sistemas de tubo. El instalador debe evitar instalar las mangueras demasiado cerca unas de otras, respetando al mismo tiempo otras prácticas recomendadas para las mangueras, como no sobrepasar el radio máximo de curva de cada una. Nuestro equipo de Ingeniería de Campo dedica mucho tiempo a ayudar a nuestros clientes a entender los factores críticos para la selección de la manguera y las mejores prácticas de instalación y trazado."

Más información sobre la selección de mangueras para enfriadores

Sistemas de Gestión de Gases Especiales a Granel

El proceso de fabricación de semiconductores requiere que muchos gases especiales inertes y de gran pureza—como el amoniaco, el cloruro de hidrógeno, el tri-cloruro de nitrógeno y otros—se suministren desde una botella o un tanque a la herramienta de producción de forma fiable y repetible. Esto requiere sistemas de distribución de gas diseñados para satisfacer necesidades muy específicas.

"La estanqueidad de la cabina de gases es también esencial para mantener la seguridad, ya que esos gases pueden ser tóxicos o altamente inflamables si escapan a la atmósfera," comenta Tony Chao Ingeniero de Campo, Swagelok Taiwan.

La naturaleza crítica de las aplicaciones de gases especiales a granel requiere tubo, racores para tubo, válvulas, reguladores de presión y otros componentes críticos de suministro de gas de alta integridad. Para evitar fugas peligrosas, todos los componentes deben estar fabricados con materiales de alta calidad, afirmaba Chao.

"Muchos de estos tipos de gases pueden ser muy corrosivos, por lo que se quiere acero inoxidable de alta calidad en todos los componentes", seguía. "La corrosión puede provocar una contaminación inaceptable de los procesos UHP y contribuir a las fugas".

La integridad de los componentes no es la única preocupación en la distribución de gases especiales a granel. Un diseño adecuado del sistema y las mejores prácticas pueden ayudar a evitar paradas imprevistas y mejorar la seguridad, lo que asegurará el funcionamiento de la planta 24 horas al día, 7 días a la semana.

"Nuestro equipo cuenta con años de experiencia en el diseño y la ingeniería de sistemas de distribución de gas específicos para semiconductores, y ayudamos a nuestros clientes a optimizar el rendimiento y solucionar problemas cuando los tienen", afirmaba Chao. "A menudo, las EPC que trabajan en este tipo de sistemas proceden del mundo petroquímico, y nosotros podemos ofrecer conocimientos relevantes para el mundo de los semiconductores.

Encontrar ayuda para el diseño de subsistemas

La soldadura orbital con gas argón, las mangueras de refrigeración aisladas y los sistemas de gases especiales a granel representan sólo algunas de las aplicaciones de sistemas de fluidos que los fabricantes de semiconductores pueden optimizar para maximizar la productividad, eficiencia y rentabilidad en sus instalaciones.

¿Necesita ayuda con alguna de estas aplicaciones de sistemas de fluidos u otras aplicaciones de su planta? Los ingenieros de campo Swagelok pueden ayudarle con la especificación de componentes de alta pureza y ultra alta pureza, recomendar mejoras en los sistemas de fluidos para maximizar el rendimiento y ayudar a mantener los sistemas de fluidos con el máximo rendimiento. Siempre puede contactar con su centro local autorizado de ventas y servicio Swagelok para recibir asesoramiento personalizado de uno de sus profesionales. También puede encontrar más información sobre cómo controlar las aplicaciones críticas de los sistemas de fluidos para semiconductores en otra sección del blog.

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