La escasez de agua y la industria de semiconductores. ¿Cómo se preparan los fabricantes para los picos de demanda?

La demanda creciente de semiconductores hace que los fabricantes estén buscando ampliar rápidamente su capacidad. Para mantener este ritmo de crecimiento, los procesos como el de tratamiento de aguas residuales tienen que ser eficientes, duraderos y sostenibles.

Los semiconductores mueven el mundo digital en prácticamente todos los sectores. Se prevé que la demanda mundial alcance unos 1,14 billones de unidades en 2021, según el Informe McClean 2021. 1

Sin embargo, la escasez de semiconductores está planteando retos a la cadena de suministro de industrias que van desde los videojuegos hasta la de automoción. Esto puede deberse, en parte, a la pandemia de COVID-19 que ha cambiado los patrones globales de consumo de productos electrónicos, pero no es el único factor.

Peter Singer, redactor jefe de la publicación Semiconductor Digest, dice que la escasez de obleas de semiconductores se calcula que dure un par de años, aunque el pronóstico para el sector es, en general, muy positivo.

"La variedad de aplicaciones continúa impulsando la tecnología de semiconductores", dice, "con una mayor demanda en agricultura, centros de datos, cibertecnología, informática cuántica, IA, IoT y medicina. Hay una enorme demanda y los desarrolladores continúan reduciendo los tamaños de los semiconductores".

Reconocimiento de la necesidad de ser sostenible

La producción de semiconductores requiere de una cantidad importante de agua y energía, mucha de la cual se trata y desecha como agua residual. Mientras los fabricantes buscan aumentar la producción y construir nuevas instalaciones para satisfacer niveles de demanda nunca vistos, es importante recordarle a la industria la importancia del tratamiento eficiente de las aguas residuales.

La fabricación de semiconductores conlleva una amplia y variada gama de lodos y sustancias químicas que precisan de una difícil separación, tratamiento y recuperación de las aguas residuales. El reto de gestionar estos residuos, en los que hay metales y otras sustancias residuales peligrosas, puede suponer un coste importante para implementar las leyes medioambientales como la normativa de vertidos residuales de China.

Entre los compuestos presentes en la fabricación de semiconductores están el ácido fluorhídrico para la limpieza y el grabado de componentes fotosensibles, y el amoniaco, el fluoruro amónico, el peróxido de hidrógeno y los ácidos clorhídrico, sulfúrico y fosfórico para el aclarado. El lavado de las obleas de semiconductores es la parte del proceso que utiliza más agua, y genera aguas residuales ricas en flúor que tienen que ser neutralizadas con cal.

Una nueva fábrica de semiconductores en China, que es una empresa conjunta con Wuxi City, fabrica semiconductores para electrodomésticos y utiliza una serie de bombas de manguera Bredel de Watson-Marlow Fluid Technology Group (WMFTG) para bombear hidróxido cálcico/cal. Las bombas son eficaces para esta aplicación donde la solución altamente abrasiva se transfiere a cierta distancia a través de tuberías a unos 4-5 bares de presión en funcionamiento las 24 horas del día. Las bombas de manguera sustituyen normalmente a las bombas centrífugas que tienen averías frecuentes cuando se trata de transferir reactivo abrasivo de lodo de cal.

La ventaja de la bomba de manguera Bredel

En las bombas de manguera Bredel, que funcionan en seco y son autocebantes, el fluido transportado solo está en contacto con la manguera, algo ideal para la manipulación de sustancias químicas abrasivas como la cal. Además, se garantiza el caudal homogéneo durante la vida útil de la manguera, incluso con viscosidades y temperaturas cambiantes.

Por otra parte, estas bombas Bredel incluyen un diseño de rotor que no depende del árbol de la caja de engranajes para su apoyo. Los robustos rodamientos dentro del rotor de la bomba, más una zona exclusiva de amortiguación, hacen que los engranajes estén protegidos contra cargas en voladizo e incluso contra contaminación por el fluido bombeado si se produjera una rotura de la manguera. Gracias a este diseño, estas bombas ofrecen un funcionamiento libre de averías en procesos continuos como los de una planta de tratamiento de aguas residuales de semiconductores donde las averías del equipamiento no son admisibles.

La expansión global de la fabricación de semiconductores y el riesgo que representa la escasez de agua para la fabricación en esta industria de uso intensivo de agua acentúan la obligatoriedad de que las operaciones sean sostenibles. La alta calidad del agua de lavado implica que se pueda recuperar para su reutilización y el sector tiende hacia el cierre del ciclo de agua residual y agua de proceso.

Un fabricante puntero aspira a recuperar una media de unos 62 mil metros cúbicos por día en sus operaciones en Corea del Sur mediante la canalización del agua residual tratada que sale de unas viejas instalaciones hacia una planta avanzada integrada de tratamiento de aguas residuales. Entretanto, la compañía tecnológica estadounidense Intel tiene planes para tener un neto positivo de agua en 2030, según indica su plan de sostenibilidad.

La escala del reto del agua y las aguas residuales al que se enfrenta la industria de semiconductores es grande, pero con bombas peristálticas se simplifica mucho la dosificación con precisión de sustancias químicas, generando así ahorros de consumo de las mismas. Mientras los procesos escalan y son cada vez más completos para la reutilización del agua, cada vez es más importante que nunca instalar equipos robustos que optimicen la eficiencia y reduzcan enormemente el mantenimiento y las paradas.

En un proceso aparte se realizan pruebas exhaustivas a los semiconductores mediante equipos especiales que los someten a altas temperaturas y vibraciones. Se utilizan grandes volúmenes de hidrofluoroéteres (HFE) a -60 ºC como refrigerante. En un centro de pruebas las mangueras utilizadas para transferir el refrigerante mostraban signos de ataque químico y se estaban rompiendo, provocando otros daños a los racores que se soltaban de las mangueras dentro de los equipos, provocando fugas e interrupciones.

Los diseñadores de equipos instalaron, posteriormente, mangueras de transferencia Aflex Hyperline para manipular el refrigerante HFE. Estas mangueras de larga duración y extremadamente resistentes a las sustancias químicas son ahora un componente fundamental del equipamiento de test, minimizando las interrupciones de las pruebas de semiconductores.

Fuentes:

1 A Complete Analysis and Forecast of the Integrated Circuit Industry, publicado en enero de 2021

 

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1,14 billones: previsión de unidades de semiconductores que se enviarán por todo el mundo en 2021

388 mil millones de dólares estadounidenses; valor de las importaciones de semiconductores de China

Más del 50%; cuota de Taiwán del mercado global de fabricación de semiconductores

43,5 millones de metros cúbicos/año de tratamiento global total de aguas in situ de Intel, el fabricante mundial más grande de semiconductores

100 millones de dólares estadounidenses; coste posible de limpieza de la contaminación de aguas subterráneas de un fabricante de semiconductores



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#El agua es un recurso clave en la fabricación de #semiconductores; con la ampliación de capacidad de la industria de circuitos integrados hay una necesidad mayor que nunca de instalar equipamiento de dosificación de sustancias químicas para reducir el mantenimiento y las paradas #aguas residuales #tratamiento

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#El procesamiento de agua en la industria de #semiconductores es altamente complejo y el rápido crecimiento del sector implica que los fabricantes buscan ahora equipamiento más robusto de dosificación de sustancias químicas con requisitos mínimos de mantenimiento

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