Maximizando Rendimentos de Semicondutores com Soluções de Ligas Otimizadas

Melhorando Rendimentos de Fabricação de Semicondutores com Materiais Otimizados

Masroor Malik, Gerente de Mercado de Semicondutores, Swagelok, e Shelly Tang, Engenheira Metalúrgica Principal Sênior, Swagelok

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, manteve-se verdadeira desde os anos 1970 e continua a impactar o desenvolvimento de transistores hoje.

Fabricantes devem, é claro, equilibrar essas demandas por inovação com sua própria capacidade de maximizar tanto a produção quanto a lucratividade. Como fazer isso? Um relatório recente da McKinsey & Company sugere que várias estratégias comuns – redução de custos de mão de obra, redução de consumo de materiais e redução de gastos de aquisição global – provaram ser eficazes a curto prazo, mas não resultaram em ganhos de lucratividade a longo prazo.

Em vez disso, o relatório sugere que fabricantes de semicondutores podem gerenciar custos de forma mais eficaz e sustentar maior lucratividade melhorando o rendimento de ponta a ponta. "A otimização de rendimento há muito é considerada um dos objetivos mais críticos, porém difíceis de atingir – assim, uma vantagem competitiva em operações de semicondutores", segundo a McKinsey.

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

No ambiente de produção de chips de semicondutores de hoje, aços inoxidáveis de grau inferior frequentemente não fornecem os níveis de desempenho necessários. Aqui está como componentes de sistemas de fluidos feitos de materiais de maior qualidade podem contribuir para maiores rendimentos de ponta a ponta, e o que fabricantes de semicondutores devem considerar ao especificar aços inoxidáveis.

Impacto dos sistemas de fluidos no potencial de rendimento.

O impacto dos sistemas de fluidos e gases nos rendimentos é afetado principalmente por dois fatores-chave: contaminação e corrosão.

Primeiro, à medida que os transistores de processo continuam ficando menores, resistência à contaminação é um atributo de desempenho cada vez mais importante para ambientes de produção de ultra-alta pureza. Mesmo partículas estrangeiras mínimas e microscópicas podem causar um grande problema. A componenteria correta do sistema de fluidos pode ajudar a limitar contaminantes de entrar no processo de fabricação de chips, contribuindo assim para maiores volumes de chips viáveis durante uma execução de produção.

Em segundo lugar, à medida que processos de produção de semicondutores utilizam cada vez mais gases de processo agressivos que podem exigir temperaturas operacionais cada vez mais altas, o potencial de corrosão aumenta. Qualquer tempo de inatividade resultante da necessidade de substituir uma válvula, conexão ou tubo corroído nestes sistemas pode paralisar a produção e reduzir dramaticamente o rendimento geral. Resistência superior à corrosão pode ajudar fabricantes a evitar este tipo de tempo de inatividade. Segurança também é uma consideração importante aqui – um componente de sistema que não está funcionando corretamente pode levar a um vazamento potencialmente perigoso.

Alcançando desempenho mais alto através de seleção estratégica de materiais.

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

Por exemplo, níveis elevados de cromo, níquel e molibdênio em formulações de aço inoxidável aumentam tanto a resistência do material quanto a capacidade de suportar corrosão resultante do contato com mídias de sistema agressivas. Certos conteúdos residuais devem permanecer na formulação – por exemplo, um equilíbrio específico de enxofre é necessário para garantir acabamento de superfície ideal de componentes de uso final e soldabilidade. 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, limpeza e pureza são de importância crítica. A limpeza pode ser aprimorada usando material de alta pureza com impurezas minimizadas no aço inoxidável através de processos como descarburização argônio-oxigênio (AOD), fusão por indução a vácuo (VIM) e re-fusão a arco a vácuo (VAR). Métodos rigorosos de controle de qualidade e teste também devem ser implantados pelo fabricante – medidas como teste ultrassônico, teste de correntes parasitas e outros métodos podem detectar até as menores imperfeições internas ou externas que podem comprometer a pureza. Processamento pós-usinagem, como eletropolimento e passivação para certos materiais, pode melhorar ainda mais a limpeza do componente.

O que procurar no seu fornecedor de componentes de sistemas de fluidos.

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

Um fornecedor ideal deve ser capaz de…

• Entender completamente ciência de materiais e desafios de fabricação de semicondutores
• Adquirir o aço inoxidável da mais alta qualidade de fornecedores comprovados
• Manter padrões de química de materiais e processamento rigidamente especificados
• Testar rigorosamente e completamente todos os materiais de aço inoxidável
• Manter controle estrito sobre materiais durante todo o processo de fabricação
• Rastrear todos os materiais de aço inoxidável desde matérias-primas até o envio para 100% de rastreabilidade

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

Interessado em saber mais sobre como sistemas de fluidos otimizados podem ajudá-lo a alcançar ganhos de lucratividade a longo prazo? A Swagelok tem décadas de experiência fornecendo componenteria de alto desempenho para a indústria de semicondutores. Entre em contato com nossa equipe e descubra como você pode se beneficiar hoje.

¹ "Giving the next leap forward in semiconductor yield improvement," McKinsey & Company, 2 de maio de 2018.

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

Shelly Tang é Engenheira Metalúrgica Principal Sênior para The Swagelok Company. Em seus quase 20 anos neste papel, Shelly tem experiência significativa em ciência de materiais em uma variedade de aplicações críticas de sistemas de fluidos. Ela possui doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais pela Penn State University.