La producción de semiconductores es una tarea delicada que demanda precisión y coordinación en todos los aspectos. La calidad y rendimiento del producto dependen de un control estricto en la fabricación, las instalaciones, el utillaje, el proceso o el funcionamiento. Sin embargo, uno de los pilares fundamentales para alcanzar estos objetivos es el control medioambiental avanzado proporcionado por las tecnologías de salas limpias. Las partículas microscópicas pueden afectar negativamente a la funcionalidad de los semiconductores, ya que incluso una partícula diminuta puede interferir con los procesos de fabricación y afectar la integridad del producto final.
En este artículo, nos centraremos en el diseño de las instalaciones y dispositivos de producción de semiconductores. La planificación efectiva comienza con la participación activa del cliente y su compromiso de cooperación, requiriendo un diálogo exhaustivo entre ambas partes sobre los puntos de partida del diseño es esencial. A partir de estos se construye la "biblia" de la planificación, lo que se conoce como la Matriz de Utilidad de Equipos, una herramienta crucial para definir la función de cada equipo de proceso y los medios asociados en el entorno de la sala limpia, y sobre la cual se realiza el resto del diseño.
Definidas las necesidades, se plantea la disposición que la sala limpia debe seguir. En la construcción de salas limpias para semiconductores, se emplean tres disposiciones diferentes:
Sala limpia "ballroom", o sala de baile, que se utiliza cuando se requieren áreas de producción grandes y abiertas que pueden reconfigurarse durante la vida útil de la instalación para acomodar nuevos productos y técnicas de producción.
"Service area with chases cleanroom", este tipo de salas cuenta con un área específica para servicios y conductos que permite ser configurable, asegurando que los equipos y servicios adicionales puedan ser instalados sin comprometer la pureza del entorno controlado necesario para la fabricación de semiconductores.
Sala limpia "mini ambiente", que dispone un entorno más pequeño y específico dentro de la sala limpia. Este término indica la existencia de condiciones particulares controladas dentro de esa área, con el propósito de satisfacer requisitos más específicos para ciertos procesos o equipos sensibles. Es como crear un entorno más pequeño y controlado dentro de la sala limpia principal.
A pesar de que cada una cuente con sus ventajas y desventajas, la experiencia en la construcción de salas limpias hace recomendar con carácter general la solución “Service area with chases cleanroom” ya que mantiene la capacidad de reconfiguración, esencial en entornos de tecnologías o procesos cambiantes como los actuales.
Para implementar las infraestructuras necesarias en su operativa se suele plantear una disposición de tres niveles por edificio, donde se establecerá una zona inferior que haga las veces de sótano y almacenaje, una zona intermedia en altura donde estén las salas limpias y se realice el grueso de la operación, y una zona superior donde se gestione la infraestructura técnica y toda la maquinaria. Es necesario considerar que en un edificio dedicado a albergar salas limpias habrá que mantener siempre activos los equipos que se encarguen de controlar temperaturas y presiones, eliminación de residuos químicos, calidad y detectores de gas, de aire comprimido, electricidad, agua desionizada o sistemas de aspiración centralizado, por lo que estaremos ante un auténtico laberinto de infraestructuras.
Todo lo anterior, por complejo que parezca, apenas cubre un fragmento del diseño de instalaciones de producción de semiconductores, porque más allá de los anteriores habrá que considerar aspectos como las propias conexiones de los equipos, las contaminaciones, incluso a nivel molecular, las interferencias electromagnéticas, el tipo de luminaria que requiere cada estancia o las vibraciones, un aspecto fundamental en donde el más mínimo desplazamiento puede desbaratar toda la cadena de producción.
Como se puede observar, todos estos elementos impactan significativamente en la planificación y en los costes de una instalación para la producción de semiconductores, por ello es crucial que todos los proyectos tengan en mente que la fase de diseño será crucial y ha de hacerse con claridad de ideas y un juicio informado dados los numerosos conceptos y variaciones disponibles en el diseño de instalaciones de producción de semiconductores.
Autor:
Esa Högel - Valtria Swiss
Director Regional de Desarrollo de Negocio en Alemania, Escandinavia y Suiza.
Licenciado en Económicas, Ingeniero de Procesos, EUR.ING (FEANI)