Tanto si quiere crear un nuevo producto para su empresa como si quiere mejorar la calidad de un producto ya existente, el proceso de fabricación de microelectrónica es imprescindible para las empresas de hoy en día. Con el entorno cada vez más competitivo, estos dispositivos electrónicos se han vuelto más eficientes, y el proceso de fabricación de microelectrónica ya no se limita a los métodos de fabricación tradicionales basados en el metal. Estas máquinas pueden ser útiles para todos los procesos de fabricación, incluidos el plástico, el aluminio, el vidrio, el cobre y la cerámica. Incluso las máquinas pueden ayudar a apilar componentes fabricados por separado en la industria médica. Además, el proceso de fabricación de microelectrónica también es útil en las industrias del entretenimiento y la informática, donde es necesario crear componentes electrónicos compactos de alta calidad.
Módulos empleados en el proceso
En un proceso de fabricación de microelectrónica puede haber varios módulos de proceso diferentes. Además, estos módulos pueden estar integrados o separados de diversas maneras dentro del sistema de fabricación de semiconductores.
Un sistema típico de fabricación de semiconductores puede incluir varios módulos de proceso, cada uno de los cuales tiene una función única. Por ejemplo, estos módulos pueden consistir en un módulo de proceso de múltiples obleas, un módulo de proceso de una oblea, un módulo de proceso de entrada amplia o un módulo de proceso de doble entrada. Además, cada módulo de proceso puede contener una herramienta de procesamiento, como una herramienta de litografía o una herramienta para el procesamiento por plasma.
Un módulo de proceso de una oblea puede tener una entrada con la forma de una oblea. Esta entrada también puede ser más amplia para dar cabida a múltiples vías de paso de las obleas. Esta entrada también puede incluir una válvula de aislamiento. Esta válvula proporcionará un sello de vacío cuando esté cerrada. Esta válvula puede emplearse para controlar la presión, el nivel de fluido o el flujo de gases.
Visión del DT para la fabricación de semiconductores
A pesar de la avalancha de comunicados de prensa de varios proveedores que anuncian lo último y lo mejor, una fábrica es una fábrica, y la competencia de talento es dura. Aparte de los sospechosos habituales, como IBM e Intel, los recién llegados compiten por ser los mejores. Applied Materials está entre ellos. Una encuesta reciente entre altos ejecutivos reveló que los ingresos de la empresa descendieron un 9% en comparación con el año anterior. Pero no todo son malas noticias. Parte de la razón es una cadena de suministro que se está diversificando más allá de los sospechosos habituales. La clave del éxito es identificar y aprovechar estas oportunidades de mercado emergentes.
Aunque la empresa no ha revelado ningún dato concreto, es probable que la compañía mencionada anteriormente se encuentre entre las primeras en dar el paso. Es una apuesta segura que otras fábricas seguirán su ejemplo. Si la competencia sigue cumpliendo las reglas, la industria puede esperar un futuro aún más brillante. Sin duda, una gran parte de este éxito vendrá de la mejora de la cadena de suministro y la eficiencia de la fabricación.
Rollo a rollo
Básicamente, el proceso de fabricación de microelectrónica en rollo es un método para crear dispositivos semiconductores en un sustrato flexible. Este proceso es esencial en varios sectores, como los componentes de las pantallas, la energía, los dispositivos médicos y la fabricación de metales. Tiene una gran capacidad de rendimiento, lo que permite la producción en masa de materiales acabados. También puede ayudar a mantener la superioridad tecnológica y las capacidades desarrolladas.
El proceso rollo a rollo se ha hecho cada vez más popular en las dos últimas décadas. Entre las aplicaciones comerciales más exitosas se encuentran los componentes de pantalla y la óptica.
Un proceso de fabricación de microelectrónica rollo a rollo es una serie de procesos que producen dispositivos semiconductores en un sustrato flexible. El proceso consiste en enrollar el material sobre rodillos, recubrirlo con materiales aditivos y aplicarlo a un sustrato flexible.
La fabricación electrónica en un entorno de semiconductores y microelectrónica
En todo el mundo, 100.000 millones de circuitos integrados son útiles cada día. Estos chips son el corazón de nuestros ordenadores, consolas de juegos, televisores, teléfonos inteligentes y otros dispositivos electrónicos. Sin los semiconductores, no tendríamos televisores, teléfonos inteligentes ni equipos avanzados de diagnóstico médico. Además, estos dispositivos permiten avances en la informática, las comunicaciones, el transporte, la energía limpia y la sanidad.
Con un entorno cada vez más competitivo, la industria ha sido capaz de producir dispositivos electrónicos más pequeños, más rápidos y más fiables. La microelectrónica también hace posible que los dispositivos sean menos costosos. La industria también intenta reducir el tiempo de comercialización y mejorar los procesos de fabricación de la microelectrónica.
Evolución
La industria de los semiconductores y la microelectrónica está experimentando una cuarta revolución industrial. Combina tecnologías físicas y digitales, incluyendo la inteligencia artificial, la robótica y la bioingeniería. La cuarta revolución industrial incluye el Internet de las cosas (IoT), la realidad virtual y aumentada (AR/VR) y la informática digital integrada. Esta cuarta revolución industrial está cambiando nuestra forma de vivir y trabajar.
El Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) es el único laboratorio nacional dedicado a la ciencia de la medición. Ha elaborado un informe que especifica siete “grandes retos” premeditados en materia de modelización, simulación y medición. Estos retos serán vitales para la fabricación de semiconductores.
Qué productos utiliza la microelectrónica en la industria de los semiconductores
Durante los últimos 20 años, la microelectrónica ha sido la fuerza dominante en la industria electrónica. Sin embargo, a medida que crece, muchas empresas se enfrentan por primera vez al reto de la microfabricación. Esta tendencia continuará.
La industria de los semiconductores tiene una enorme diversidad de productos y procesos. La demanda de dispositivos más pequeños y baratos sigue creciendo. También ha dado lugar a graves problemas de diseño. Es probable que esta tendencia se acelere en los próximos años.
El Centro Nacional de Tecnología de Semiconductores lleva décadas colaborando con la industria. Esta colaboración incluye intensas fuentes de rayos X, sensibles detectores de partículas, sofisticados microscopios y dispositivos microelectrónicos. Esto permitirá a los científicos planificar las mejoras en la industria microelectrónica.
Estos avances serán fundamentales para la protección contra los ciberataques. También permitirán a los investigadores utilizar dispositivos más cercanos para apilar componentes fabricados por separado. Esto reducirá el tamaño de los equipos de laboratorio y proporcionará a los científicos dispositivos más eficientes desde el punto de vista energético.
El Internet de las cosas también está creciendo rápidamente. Calculamos que el mercado de la IO tendrá un valor de cientos de miles de millones de dólares en pocos años. Este mercado incluirá dispositivos para llevar puestos, sistemas de seguridad para el hogar, ordenadores personales, hardware para juegos electrónicos y contestadores telefónicos.
¿Cómo se fabrica la microelectrónica?
Entender cómo se fabrica la microelectrónica es vital para comprender cómo funcionan los ordenadores. Sin embargo, existen numerosos tipos de semiconductores, por lo que no puede ser muy claro determinar cuáles necesita conocer. No obstante, a continuación se exponen algunas cosas que deberías saber sobre los semiconductores.
Circuitos integrados
Los circuitos integrados son los principales bloques de construcción de los dispositivos electrónicos modernos. Se crean combinando pequeños componentes electrónicos, como resistencias, transistores, condensadores y cables.
Un circuito integrado puede realizar operaciones similares a las de los grandes circuitos electrónicos discretos, pero es 1000 veces más pequeño. También requiere menos energía, lo que ayuda a reducir el tamaño y el peso de los aparatos electrónicos. Además, los fabricantes pueden empaquetar muchos circuitos en un paquete de CI.
Circuitos analógicos
A diferencia de los sistemas digitales, los circuitos analógicos están menos automatizados y requieren más habilidad. Los circuitos analógicos pueden ser sencillos, como la combinación de dos resistencias para formar un divisor de tensión, o complejos, como un amplificador de audio de alta fidelidad. Los circuitos analógicos también pueden emplear técnicas de microprocesador.
En general, los circuitos digitales son más eficaces y precisos que los analógicos. Sin embargo, implementar un circuito analógico puede ser más caro y difícil.
Semiconductores
Los que han visto la televisión o han utilizado ordenadores saben que los semiconductores son esenciales en nuestras vidas. Nos permiten alimentar y manejar corrientes eléctricas y almacenar información. También desempeñan un papel vital en nuestros transportes, sistemas militares y atención sanitaria. Además, sin ellos, no podríamos utilizar teléfonos inteligentes, relojes y muchos otros aparatos electrónicos populares.
El silicio es el material semiconductor más utilizado en la integración heterogénea. Es un elemento químico que se encuentra en las rocas naturales, el suelo y el agua. Tiene una estructura cristalina y es un material relativamente resistente.
Proceso de grabado en seco
El proceso de grabado en seco es más preciso que el grabado en húmedo y ofrece una mayor velocidad de grabado. También utiliza productos químicos y equipos menos costosos. Además, tiene más control sobre el proceso de grabado y puede realizarse a distancia o en una cámara de vacío. Por ello, este proceso suele ser útil en la fabricación de semiconductores, la producción de pantallas y el micromecanizado.
El proceso de grabado en seco implica la conversión de un gas en plasma en una cámara de vacío. El plasma es una mezcla de iones, radicales y gases. El plasma es ideal para grabar metales y no metales. También puede ayudar a mantener la superioridad tecnológica y las capacidades desarrolladas.
Difusión
La microelectrónica es un componente clave en la integración heterogénea, ya sea un microcontrolador, una memoria flash NAND o una DRAM. Por ello, desempeñan un papel importante a la hora de permitir cambios revolucionarios en el comercio mundial. Además, la microelectrónica ha permitido varios avances en la ciencia, la tecnología y la economía.
La fabricación de microelectrónica es un proceso complejo que combina pasos de procesamiento químico y varios pasos fotolitográficos. Tradicionalmente, el dopaje de las fuentes de los transistores ayuda a mantener la superioridad tecnológica. Sin embargo, son necesarios pasos de procesamiento más avanzados para un entorno cada vez más competitivo.
El proceso de difusión más básico es similar al de un portador de carga. En primer lugar, los átomos de impurezas entran en el sustrato semiconductor a través de fuentes químicas de vapor y luego se activan mediante el recocido.
Ejemplos de microelectrónica
Durante los últimos cincuenta años, la microelectrónica ha tenido un impacto significativo en el funcionamiento de nuestro mundo. Los ordenadores, las calculadoras, los televisores y los faxes son algunos de los dispositivos omnipresentes a los que nos hemos acostumbrado. La microelectrónica es una rama de la ingeniería que se centra en la fabricación de pequeños componentes electrónicos.
La microelectrónica es un campo en constante desarrollo y expansión. Muchas grandes universidades han comenzado a investigar las distintas aplicaciones de la microelectrónica. La mayor parte de las investigaciones se centran en reducir el tamaño de los componentes. En el futuro, la nanotecnología fabricará una microelectrónica más pequeña, más eficiente energéticamente y más ágil en cuanto a los datos. Esto permitirá a los investigadores analizar más datos con mayor rapidez y respaldar capacidades de supercomputación cada vez más potentes.
Cómo las interrupciones de la cadena de suministro amenazan la fabricación de semiconductores
Varios factores han creado una crisis en la cadena de suministro para la fabricación de semiconductores. Entre ellos, las tensiones geopolíticas y la economía mundial. Además, los fabricantes se enfrentan a una escasez de materias primas clave. Sin embargo, la cadena de suministro de semiconductores crea un enorme valor, generando entre 45.000 y 125.000 millones de dólares de ahorro anual.
En respuesta, la administración Biden ha estado trabajando para mejorar la fabricación estadounidense. Uno de sus esfuerzos es la iniciativa “Made in America”. Sin embargo, aunque la administración Biden ha hecho su parte para impulsar la fabricación estadounidense, las interrupciones en la cadena de suministro amenazan el proceso de fabricación. Su impacto puede ir desde interrupciones operativas a corto plazo hasta daños económicos a largo plazo. Por lo tanto, será necesario que las empresas desarrollen la capacidad de recuperación de la cadena de suministro para mitigar la gravedad de las sorpresas en la cadena de suministro.
La cadena de suministro de semiconductores es un sistema integrado y complejo que requiere resiliencia para evitar interrupciones. Esto es especialmente importante porque los chips informáticos son útiles en muchos dispositivos electrónicos.
La escasez de chips ha afectado duramente a la industria del automóvil. Ha reducido en cinco dígitos el número de camiones que Daimler y Volkswagen tienen que operar en los últimos dos años. También ha retrasado el lanzamiento de una serie de productos electrónicos de consumo. Y la escasez de chips ha afectado a la capacidad de las empresas para incorporar nuevos trabajadores.
La escasez de chips sólo empeorará si surgen nuevos cuellos de botella en la cadena de suministro. Por ejemplo, la industria automovilística ya ha cancelado pedidos, previendo una menor demanda. Mientras tanto, algunos contratistas buscan prórrogas en sus puestos de trabajo debido a la escasez de material.
Cómo la microelectrónica transformará el rendimiento tecnológico del futuro
Tanto si está interesado en la microelectrónica como si es científico o ingeniero, hay mucho que aprender sobre cómo la tecnología transformará la forma en que interactuamos con el mundo que nos rodea.
La Ley de Moore
Si la Ley de Moore en la microelectrónica seguirá transformando el rendimiento tecnológico en el futuro es todavía un debate entre los expertos del sector. Sin embargo, varios observadores han especulado con que la Ley acabará en algún momento.
La Ley de Moore especifica que el número de transistores de un determinado circuito integrado denso se duplica cada dos años. Ha sido un punto de referencia clave en la microelectrónica durante décadas. Su influencia también se ha extendido a otras medidas de la tecnología digital, como la capacidad de la memoria y las mejoras de los sensores.
Ley de Eroom
Desarrollada por investigadores de la Universidad de Nevada, la Ley de Eroom de la microelectrónica es un plazo sorprendentemente corto en un sector tan competitivo. El artilugio es un pequeño microprocesador emparejado con un microchip capaz de almacenar cantidades masivas de información es una proeza de la ingeniería y la informática. Lo mejor es que es factible y asequible para el ciudadano medio. Los microchips resultantes aumentan a medida que crece la popularidad de los teléfonos inteligentes y los dispositivos móviles. Asimismo, el número de empresas que se dedican a la microelectrónica ha crecido considerablemente. Y la calidad de estos chips no hace más que mejorar. Naturalmente, esto repercute en la productividad y la calidad del trabajo.
La ley de Swanson
Aunque tenemos una industria solar que crece a gran velocidad, todavía no hemos visto la luz del sol a la par que el carbón, el gas y la energía nuclear. Las centrales de gas producen una quinta parte de la electricidad mundial. Así que parece un hecho que la electricidad generada con combustibles fósiles no va a desaparecer pronto.
La Ley de Swanson, basada en las mencionadas anteriormente, es un conjunto de observaciones coherentes sobre la industria de la energía fotovoltaica. La observación más impresionante es que el coste de una célula fotovoltaica disminuye por cada aumento del 100% del volumen de ventas.
La Ley también tiene un primo más tenue. A diferencia del sol, el coste de construir una central eléctrica de carbón o gas natural en Estados Unidos es de tres dólares por vatio. El fracking nos permite extraer gas natural del esquisto a una fracción del precio.
Hilo conductor
En todo el ciclo de vida del sistema electrónico, la eficiencia energética, la protección del clima y la sostenibilidad son consideraciones clave. La microelectrónica es un motor fundamental para satisfacer estas necesidades. Los esfuerzos de investigación y desarrollo incluyen materiales avanzados, herramientas de diseño EDA y IP de núcleo.
Estos esfuerzos de investigación y desarrollo en microelectrónica harán avanzar las tecnologías de fabricación y los materiales que permitirán la próxima generación de arquitecturas informáticas. También apoyarán la investigación y el desarrollo de la microelectrónica fundamental para las misiones del centro nacional de tecnología de semiconductores.
La microelectrónica puede ayudar a crear un nuevo tipo de arquitectura informática que combine diferentes niveles de computación con distintos grados de velocidad, memoria y almacenamiento. La tecnología también proporcionará una mayor funcionalidad para las futuras necesidades informáticas.
