Melhore o rendimento do semicondutor com ligas otimizadas

Melhorando o rendimento da fabricação de semicondutores com materiais otimizados

Masroor Malik, gerente de mercado de semicondutores da Swagelok, e Shelly Tang, engenheira metalúrgica principal da Swagelok

A inovação rápida é uma necessidade no cenário altamente competitivo de semicondutores. Grande parte do mundo moderno depende do desenvolvimento de chips cada vez mais poderosos, utilizando transistores cada vez menores para gerar altos níveis de poder de processamento. A lei de Moore, que afirma que o número de transistores em um determinado chip dobra a cada dois anos, é válida desde a década de 1970 e continua a impactar o desenvolvimento de transistores hoje.

Os fabricantes devem, é claro, equilibrar essas demandas de inovação com sua própria capacidade de maximizar a produção e a lucratividade. Como fazer isso? Um relatório recente da McKinsey &Company ¹ sugere que várias estratégias comuns – redução dos custos de mão de obra, redução do consumo de materiais e redução dos gastos globais com compras – se mostraram eficazes no curto prazo, mas não geraram ganhos de lucratividade no longo prazo.

Em vez disso, sugere o relatório, os fabricantes de semicondutores podem gerenciar custos com mais eficiência e sustentar maior lucratividade, melhorando o rendimento de ponta a ponta. “A otimização de rendimento há muito é considerada uma das metas mais críticas, mas difíceis de atingir – portanto, uma vantagem competitiva em operações de semicondutores”, de acordo com a McKinsey.

Os rendimentos de ponta a ponta podem ser melhorados de várias maneiras, mas há um potencial significativo em uma área às vezes negligenciada do processo de fabricação de semicondutores:sistemas de fluidos críticos e componentes que transportam gases reagentes de halogênio do armazenamento para a câmara de deposição. À medida que as condições do processo se tornam mais exigentes e os gases reagentes se tornam mais leves e agressivos, esses sistemas devem oferecer o mais alto nível de desempenho – e muito disso depende dos materiais dos quais são feitos.

No atual ambiente de produção de chips semicondutores, os aços inoxidáveis ​​de menor qualidade geralmente não fornecem os níveis de desempenho necessários. Veja como os componentes do sistema de fluidos feitos de materiais de alta qualidade podem contribuir para maiores rendimentos de ponta a ponta e o que os fabricantes de semicondutores devem considerar ao especificar aços inoxidáveis.

Impacto dos sistemas de fluidos no potencial de rendimento.

O impacto dos sistemas de fluido e gás nos rendimentos é afetado principalmente por dois fatores principais:contaminação e corrosão.

Primeiro, à medida que os transistores de processo continuam ficando menores, a resistência à contaminação é um atributo de desempenho cada vez mais importante para ambientes de produção de pureza ultra-alta. Mesmo partículas estranhas microscópicas mínimas podem causar um grande problema. Os componentes corretos do sistema de fluido podem ajudar a limitar a entrada de contaminantes no processo de fabricação de cavacos, contribuindo assim para volumes mais altos de cavacos viáveis ​​durante a produção.

Em segundo lugar, como os processos de produção de semicondutores utilizam cada vez mais gases de processo mais agressivos que podem exigir temperaturas de operação cada vez mais altas, o potencial de corrosão aumenta. Qualquer tempo de inatividade resultante da necessidade de substituir uma válvula, conexão ou tubo corroído nesses sistemas pode interromper a produção e reduzir drasticamente o rendimento geral. A resistência superior à corrosão pode ajudar os fabricantes a evitar esse tipo de tempo de inatividade. A segurança também é uma consideração importante aqui - um componente do sistema que não está funcionando corretamente pode levar a um vazamento potencialmente perigoso.

Alcançar um desempenho superior por meio da seleção de materiais estratégicos.

Uma formulação de aço inoxidável com um equilíbrio otimizado de ligas de alto desempenho e conteúdo residual é fundamental para ambientes de produção de semicondutores.

Por exemplo, níveis elevados de cromo, níquel e molibdênio em formulações de aço inoxidável aumentam a resistência do material e a capacidade de resistir à corrosão resultante do contato com meios agressivos do sistema. Certo teor residual deve permanecer na formulação - por exemplo, é necessário um equilíbrio específico de enxofre para garantir o acabamento de superfície e a soldabilidade ideais do componente de uso final. Esta é uma combinação desafiadora de atributos de desempenho para equilibrar e requer um fabricante com altos níveis de experiência e conhecimento em metalurgia e ciência de materiais.

Na fabricação de semicondutores, no entanto, a limpeza e a pureza são de importância crítica. A limpeza pode ser aprimorada usando material de alta pureza com impurezas minimizadas em aço inoxidável por meio de processos como descarbonetação de oxigênio por argônio (AOD), fusão por indução a vácuo (VIM) e refusão por arco a vácuo (VAR). Métodos de teste e controle de qualidade rigorosos também devem ser implementados pelo fabricante – medidas como teste ultrassônico, teste de corrente parasita e outros métodos podem detectar até mesmo as menores imperfeições internas ou externas que podem comprometer a pureza. O processamento pós-usinagem, como eletropolimento e passivação para certos materiais, pode melhorar ainda mais a limpeza dos componentes.

O que procurar no fornecedor de componentes do sistema de fluidos.

Para reduzir a contaminação, melhorar a resistência à corrosão e contribuir para maiores rendimentos de produção de ponta a ponta, os fabricantes de semicondutores devem procurar fornecedores comprovados de componentes de sistemas de fluidos que entendam as necessidades exclusivas de suas aplicações críticas e ofereçam soluções com funcionalidade e construção de materiais otimizadas .

Um fornecedor ideal deve ser capaz de…

• Entenda completamente a ciência dos materiais e os desafios de fabricação de semicondutores
• Adquira aço inoxidável da mais alta qualidade de fornecedores comprovados
• Manter a química do material e os padrões de processamento rigorosamente especificados
• Teste rigorosa e minuciosamente todos os materiais de aço inoxidável
• Mantenha um controle rigoroso sobre os materiais durante todo o processo de fabricação
• Rastreie todos os materiais de aço inoxidável desde as matérias-primas até o envio para 100% de rastreabilidade

Buscar um fornecedor que demonstre cada um desses atributos vale o esforço para fabricantes de semicondutores que desejam atingir o pico de produção neste espaço altamente competitivo. Encontrar um fornecedor que ofereça produtos de alto desempenho que minimizem a contaminação e a corrosão por meio de escolhas adequadas de materiais e design de produto tem um potencial ROI significativo.

Interessado em saber mais sobre como os sistemas de fluidos otimizados podem ajudá-lo a obter ganhos de lucratividade a longo prazo? A Swagelok tem décadas de experiência no fornecimento de componentes de alto desempenho para a indústria de semicondutores. Entre em contato com nossa equipe e descubra como você pode se beneficiar hoje.

¹ “Dando o próximo salto na melhoria do rendimento de semicondutores”, McKinsey &Company, 2 de maio de 2018.

Masroor Malik é Gerente de Mercado de Semicondutores da The Swagelok Company. Em seus vinte e dois anos na empresa, ele tem uma experiência técnica significativa ajudando clientes em todo o mercado de semicondutores. Ele é formado pela University of Nebraska-Lincoln e pela Weatherhead School of Management da Case Western Reserve University.

Shelly Tang é engenheira metalúrgica principal da The Swagelok Company. Em seus quase 20 anos nessa função, Shelly tem experiência significativa em ciência de materiais em uma variedade de aplicações críticas de sistemas de fluidos. Ela tem um Ph.D. Graduado em Ciência e Engenharia de Materiais pela Penn State University.