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Cuando uno piensa en semiconductores, puede imaginarse todas las formas en que nos facilitan la vida. Al fin y al cabo, todos los días dependemos de las aplicaciones de semiconductores para comodidades como teléfonos móviles, ordenadores, coches y otros dispositivos electrónicos. Pero los que trabajan en la fabricación de semiconductores también saben lo exigente y difícil que es fabricarlos.
La peligrosidad del proceso de fabricación requiere protocolos estrictos, homologaciones y equipos especializados que puedan funcionar con precisión y exactitud en condiciones adversas. Por lo tanto, cuando se trata de supervisar la distribución de gases de pureza ultra alta (UHP) que fluyen a través del proceso, elegir el manómetro adecuado es fundamental.
Como jefe de producto en Ashcroft - una autoridad reconocida en instrumentación de presión y temperatura - he estado trabajando con manómetros de pureza ultra alta (UHP) durante varios años. En mi papel, a menudo me preguntan cómo elegir el manómetro UHP adecuado para este tipo de aplicaciones. Por supuesto, mi respuesta es: depende.
En este artículo, repasaré cómo y dónde se fabrican los semiconductores, el papel que desempeñan los gases UHP en el proceso de fabricación y las características específicas que necesitará a la hora de elegir un manómetro para aplicaciones UHP.
Cuando termine de leer, también verá recursos adicionales que puede utilizar como referencia sobre el tema de la alta pureza.
Por qué los manómetros UHP son importantes para la fabricación de semiconductores.
A un nivel muy alto, la producción de semiconductores es un proceso complejo de múltiples capas. Comienza con un lingote de silicio de una pureza del 99% que se corta en obleas de silicio vírgenes. A continuación, cada oblea se transforma meticulosamente en cientos y miles de unidades microelectrónicas con diseños de circuitos y patrones grabados en la superficie de cada una de ellas.
La base de estos procesos es el uso de muchos gases de pureza ultra alta (UHP), incluido el hidrógeno. Aunque estos gases son extremadamente peligrosos si no se manipulan adecuadamente, desempeñan un papel fundamental en la protección de los componentes semiconductores frente a los daños causados por la humedad, el oxígeno u otros contaminantes de la atmósfera. El objetivo principal de estos gases es mantener siempre la pureza de los circuitos.
He aquí cómo se distribuye el gas UHP:
- Los sistemas de suministro de gas se utilizan para inyectar los gases UHP en el proceso desde una fuente específica, como un cilindro, hasta la cámara que contiene las obleas.
- El suministro suele dirigir los gases a alta presión y reduce la presión en la cámara de proceso a una presión cercana o inferior a la atmosférica.
- La presión se mide durante el proceso para garantizar que el sistema de suministro funciona correctamente.
La supervisión de la distribución segura y eficaz de los gases que fluyen por el sistema requiere un tipo de instrumento muy específico. Los manómetros UHP, por ejemplo, deben soportar las duras condiciones del proceso de fabricación y ofrecer lecturas precisas y repetibles en todas las fases de la aplicación para ayudar a mantener la pureza del sistema.
Características principales que debe buscar en un manómetro UHP.
Siempre que se trate de aplicaciones duras, querrá que su instrumento de presión tenga unas características específicas:
Un diseño duradero. El proceso de fabricación implica condiciones duras con golpes, vibraciones, picos de presión y otros desafíos. Su manómetro debe estar hecho para soportar estas condiciones, de modo que no se dañe en el proceso.
Material resistente a la corrosión. La exposición a gases agresivos como el hidrógeno puede provocar la fragilización de ciertos metales. Este fenómeno provoca fragilidad debido a la pérdida de ductilidad. A menudo se recomienda el acero inoxidable 316L de gran pureza porque es resistente a la corrosión y tiene una gran resistencia a la fragilización.
Tamañoadecuado. El tamaño del manómetro es otra consideración importante. A veces, más pequeño es mejor, especialmente cuando hay que tener en cuenta el proceso y el equipo de apoyo que se encuentra cerca.
Lecturas precisas. Mantener una presión constante es primordial en estas operaciones delicadas, así que asegúrese de buscar un manómetro que cumpla los requisitos mínimos de la aplicación.
Resultados repetibles. Confíe en que su manómetro le dará siempre los mismos resultados cada vez que lo pruebe. Asegúrese de utilizar la misma herramienta de prueba para confirmar la repetibilidad.
Superficies ultralisas. Aunque su medidor UHP debe proporcionar mediciones precisas y repetibles, también debe garantizar que no introduce ninguna partícula extraña en las cavidades del proceso. Esto significa que cualquier parte del medidor que esté expuesta a los gases UHP debe limpiarse a fondo y tener una superficie brillante y lisa. Cuanto más lisa sea la superficie, menos probabilidades habrá de que la humedad o las partículas no deseadas se adhieran al instrumento.
El uso de salas blancas en la fabricación de semiconductores
Como hemos dicho antes, mantener la máxima limpieza y pureza es una prioridad absoluta tanto para el proceso de fabricación como para los instrumentos utilizados en estas aplicaciones. El riesgo de contaminación durante la fabricación es elevado. Por eso se utilizan salas blancas de semiconductores para mantener la calidad y pureza de los microchips.
Las salas blancas son entornos con contaminación controlada. Utilizan filtros de aire de partículas de alta eficiencia (HEPA) para mantener un tamaño y una concentración específicos de partículas suspendidas en el aire por metro cúbico. La concentración y el tamaño de las partículas permitidas en el espacio vienen determinados por el nivel de limpieza necesario en la aplicación. Las clasificaciones de las salas limpias se basan en las normas de la Organización Internacional de Normalización (ISO) y van desde la Clase 1 (la más limpia) hasta la Clase 100.000. En la fabricación de semiconductores, la más utilizada es la Clase 10.000.
Figura 1: Ejemplo de flujo de aire en una sala blanca de semiconductores.
Recuerde, cuando seleccione instrumentos de presión para semiconductores y otras aplicaciones de fabricación electrónica, asegúrese de que también cumplen las normas de alta calidad necesarias para los sistemas de suministro de gases de pureza ultra alta. Todos los instrumentos utilizados para este fin deben fabricarse con acero inoxidable 316 y componentes húmedos fabricados y embalados en salas blancas para evitar la contaminación y ofrecer una calidad y fiabilidad excepcionales.
Manténgase informado de los cambios en la fabricación de semiconductores
Se espera que el sector de los semiconductores siga experimentando un crecimiento significativo en los próximos años. Para hacer frente al reto de la creciente demanda, los proveedores han empezado a aprovechar las tecnologías emergentes, como la inteligencia artificial (IA), la conducción autónoma, el Internet de las cosas (IoT) y la 5G, por ejemplo, para ayudar a aumentar la densidad de transistores, mejorar la fiabilidad y reducir los costes de producción y compra.
Si quieres aprender más sobre manómetros de ultra alta pureza, Ashcroft tiene una serie de artículos, videos y guías en nuestro centro de recursos. Aquí hay un par que te pueden interesar.
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