Cómo Influyen los Sistemas de Fluidos en el Coste de las Plantas de Semiconductores

Por qué los Sistemas de Fluidos de Alto Rendimiento son Importantes en la Construcción de Nuevas Plantas de Semiconductores

Masroor Malik, Especialista Jefe en Soluciones, Semiconductores

Al construir una nueva planta de fabricación de semiconductores (o «las plantas»), hay muchos factores que se deben tener en cuenta, como la rapidez de comercialización, la estandarización de los materiales y la normativa para instalar, y el coste total de las plantas de semiconductores. Muchas estimaciones sitúan el coste de la construcción de las plantas nuevas por encima de los 5000 millones de dólares en la mayoría de los casos. Las plantas de semiconductores de última generación (3 nm y menos) suelen tener un coste de 20.000 millones de dólares o más, por lo que la presión para optimizar todos los sistemas es mayor que nunca.

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Las salas limpias y el equipo, muy caro, de fabricación de microchips, suponen la mayor parte de estos gastos, pero el coste total de propiedad puede verse muy influido por otros sistemas y equipos de las instalaciones.

Los sistemas de control de fluidos, que funcionan esencialmente como el sistema circulatorio de la fábrica de semiconductores transportando líquidos y gases donde se necesitan en toda la instalación, son un ejemplo de ello. Cuando se plantea la construcción de una nueva fábrica de semiconductores, hay una gran oportunidad de contribuir a la rentabilidad de la fábrica a corto y largo plazo especificando componentes y conjuntos de sistemas de fluidos de alta calidad, y trabajando estrechamente con los proveedores de sistemas de fluidos durante la fase de ingeniería y diseño (FEED por sus siglas en inglés, de front-end engineering and design) del desarrollo.

Cómo Enfocar los Sistemas de fluidos en las Plantas de Semiconductores

He aquí cinco formas en las que un enfoque cuidadoso del diseño y la instalación de sistemas de fluidos puede contribuir a una fábrica de semiconductores más rentable:

#1. Instalación más Rápida y Sin Fugas

La construcción de nuevas fábricas suele ser indicativa de una nueva tecnología de producción y/o de la ampliación de la capacidad, lo que hace que la velocidad de comercialización sea un objetivo primordial para adelantarse a la competencia. Se espera que la fabricación y producción de semiconductores empiece lo antes posible, con frecuencia antes de que se terminen las instalaciones secundarias.

En pocas palabras, no hay tiempo que perder. Sin embargo, el diseño y la construcción de sistemas de fluidos complejos y su distribución a lo largo de la fábrica puede ser un proceso que requiera mucho tiempo, y que implique una cantidad significativa de trabajo y experiencia para instalar correctamente los componentes críticos y garantizar la integridad total del sistema. Este proceso puede ser especialmente difícil si los contratistas e instaladores no tienen el conocimiento o la formación adecuados para instalar sistemas altamente fiables y estancos.

Mientras persiste la escasez de mano de obra en el sector de la construcción a nivel mundial, los ensamblajes de sistemas de fluidos prefabricados y diseñados a medida, pueden ayudar a eliminar los problemas de instalación durante la construcción y eliminar una cantidad significativa de mano de obra relacionada con el montaje de subsistemas complejos. Busque un proveedor que entienda sus necesidades y que le proporcione un conjunto completo y fácil de instalar, fabricado con componentes de alta calidad. El tiempo ahorrado puede ayudar a que su fábrica esté plenamente operativa mucho antes, permitiendo que comience la producción de semiconductores a gran escala.

#2. Planificación y Diseño más Eficientes

Los sistemas de fluidos de las plantas de semiconductores están compuestos por una variedad de componentes, entre los que se incluyen: racores para tubo, válvulas, reguladores, mangueras y tubo. Una planificación adecuada del sistema, un diseño eficiente, un trazado eficaz de los tubos y otras buenas prácticas de instalación, pueden contribuir a que el sistema se ponga en marcha más rápidamente y pueda funcionar de forma fiable durante toda la vida útil de la instalación.  

Con la creciente complejidad de las herramientas de procesado de múltiples obleas y los skids de suministro de gas, un subsistema que requiere una serie de complejos cambios de dirección del tubo puede suponer un reto para los diseñadores o instaladores de la empresa. Trabajar con un proveedor que proporcione un subconjunto completo puede ser muy valioso, ya que el doblado del tubo se habrá realizado fuera de las instalaciones. El subsistema completo estará listo para su instalación y será estanco en el momento de la entrega.

En otros casos, un sistema de fluidos diseñado eficazmente puede tener muchos cambios de dirección del tubo que, de otro modo, se habría diseñado con accesorios adicionales. Reducir los puntos de conexión innecesarios puede ayudar al fabricante de las plantas a ahorrar dinero en la adquisición de stock y también eliminar posibles puntos de fuga. Los fabricantes pueden reducir los costes a corto plazo durante la construcción, así como el coste total de propiedad a lo largo de la vida útil de la instalación, especificando componentes de sistemas de fluidos de mayor calidad y confiando en los expertos en diseño y servicio de sistemas de fluidos para obtener apoyo cuando sea necesario.

#3. Reducción de los Costes Totales del Ciclo de Vida

Una vez que la planta de semiconductores está en producción, la eficiencia operativa y el máximo rendimiento son las prioridades. Cualquier parada derivada de un fallo en un sistema de fluidos puede suponer pérdidas de producción de varios millones de dólares por hora, especialmente en las plantas que sirven a los sectores de la inteligencia artificial, la automoción y la informática de alto rendimiento. La adquisición de componentes y conjuntos de alta calidad al principio del proceso puede ayudar a eliminar las necesidades de mantenimiento, reparación y operaciones (MRO por sus siglas en inglés de Maintenance, Repair and Operations) a lo largo de la vida de la instalación.

Por ejemplo, la estabilidad térmica es cada vez más importante, especialmente para los nuevos materiales que requieren una temperatura y unos sistemas de suministro de gas estrictamente controlados. Sin embargo, si una manguera de transporte de refrigerante no está equipada con el aislamiento adecuado, las temperaturas en la cámara de herramientas pueden fluctuar, lo que supone un reto para el máximo rendimiento de la producción. Seleccionar el tipo (y cantidad) de aislamiento adecuado en las mangueras desde el principio puede ayudar a reducir la probabilidad de cualquier problema, incluida la condensación, que es común en el entorno de una planta de semiconductores.

La elección de componentes de alta calidad y de sistemas bien diseñados desde el principio de la construcción, permitirá que las actividades de mantenimiento y reparación sean más fáciles y requieran menos tiempo. Además, con el paso del tiempo habrá que sustituir menos componentes y aplicaciones. El ahorro y la reducción de las paradas conseguidos pueden ayudar a que las instalaciones sigan siendo más productivas—y más rentables—a largo plazo.

#4. Calidad Global Estandarizada

Los propietarios de las plantas de semiconductores deben pensar con frecuencia en la mejor manera de reproducir las normas y los procesos en varios lugares del mundo, para garantizar la máxima viabilidad de la producción y mantener los requisitos de calidad.

La estandarización de los componentes y aplicaciones de los sistemas de fluidos en todas las instalaciones puede ser beneficiosa. Los sistemas consistentes contribuirán a facilitar el mantenimiento, a mejorar la continuidad de las técnicas de instalación y a la seguridad general de las operaciones de producción. Los proveedores que ofrecen especificaciones de productos consistentes a nivel mundial, logística justo a tiempo y apoyo local en campo son esenciales para cumplir los requisitos de conformidad regionales y respetar los plazos. Trabajar con estas organizaciones en todas las instalaciones puede conducir a eficiencias y opciones de diseño que producen mejoras considerables en la rentabilidad en todo el mundo.

#5. Aumento de la Productividad y el Rendimiento

Una vez que una fábrica de semiconductores está en funcionamiento, asegurarse de contar con sistemas que mantengan un caudal estable, resistan el desprendimiento de partículas y eliminen la necesidad de paradas frecuentes puede mejorar directamente la producción de los chips y el tiempo de actividad de las plantas. La fiabilidad de la producción puede ayudar a un productor a ganar o mantener su posición en esta industria tan competitiva.

En las plantas de semiconductores actuales, una caída del rendimiento de sólo el 0,5 % puede suponer una pérdida de valor de decenas de millones de dólares al año. La fiabilidad del sistema de fluidos forma ahora parte del debate sobre el retorno de la inversión desde el primer día. Pero, como hemos visto, la contratación de piezas, componentes y subconjuntos de mayor calidad para los sistemas de fluidos críticos en toda la planta, puede contribuir a obtener muchos beneficios y a reducir el coste total de propiedad durante toda la vida útil de la instalación.

Pequeños Cambios Pueden Reducir el Coste de las Plantas de Semiconductores

Con la puesta en marcha de nuevas plantas de semiconductores en todo el mundo y la presión geopolítica para acelerar la capacidad nacional en cada región, cada elección de diseño es importante. Los sistemas de fluidos de alta calidad ya no son solo un activo de fiabilidad, sino un factor estratégico que favorece la competitividad y el rendimiento del capital.

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