Soluzioni formative per produrre semiconduttori

Tutto parte da lingotti di silicio di elevata purezza, prodotti in genere in uno stabilimento di produzione specializzato con il metodo Czochralski e venduti a fonderie e fabbriche di semiconduttori.

Durante la fabbricazione dei wafer, i lingotti di silicio vengono tagliati in wafer sottili e circolari. Questi wafer vengono poi lucidati per creare superfici lisce. Per tagliare i lingotti si impiegano macchine chiamate "seghe per wafer", mentre per lucidare i wafer vengono utilizzate lappatrici e lucidatrici.

Un sottile strato di biossido di silicio laene fatto crescere sulla superficie dei wafer di silicio. Questo strato funge da isolamento ed è d'ausilio nelle fasi successive del processo di produzione. Tale operazione laene effettuata con forni speciali chiamati forni di ossidazione.

Questa fase definisce il layout del circuito sul wafer. Sul wafer si applica un materiale fotosensibile, chiamato fotoresistenza, sul quale laene poi proiettata una matrice mediante una macchina specifica chiamata stepper per fotolitografia. Questa macchina funziona come un proiettore, ma è caratterizzata da un controllo molto preciso. Per garantire precisione e coerenza, vengono utilizzati sistemi di allineamento delle maschere.

Con l'incisione selettiva, il materiale laene rimosso dalla superficie del wafer in base alla fotoresistenza modellata. Questa fase definisce le caratteristiche del dispositivo semiconduttore. Esistono diversi tipi di macchine per l'incisione: incisori a umido che utilizzano soluzioni chimiche o incisori a secco che utilizzano gas o plasma.

I processi di fotolitografia e incisione vengono ripetuti su ogni strato del wafer.

La fase di deposition aggiunge sottili strati di materiali sulla superficie del wafer per costruire i circuiti e creare le caratteristiche desiderate. I sistemi di Chemical vapor deposition (CVD) introducono i gas precursori in una camera di reazione, dove reagiscono per formare un sottile film. I sistemi di Physical vapor deposition (PVD) utilizzano metodi fisici (come l'evaporazione o la polverizzazione catodica) per depositare il materiale sulla superficie del wafer.

Nella fase di doping le impurità vengono introdotte nel materiale semiconduttore per modificarne le proprietà elettriche. L'impianto di ioni è un metodo di doping comune. Gli impianti ionici accelerano gli ioni nella superficie del wafer per impiantare dopanti a profondità specifiche. I forni di diffusione riscaldano il wafer in presenza di gas dopanti per diffondere i dopanti nel materiale semiconduttore.

Chiamata anche metallizzazione, questa fase prevede l'aggiunta di strati metallici sul wafer per collegare i diversi componenti del circuito e fornire un percorso per il flusso di corrente. Ciò avlaene mediante sistemi di deposizione, simili a quelli utilizzati per la fase di deposition. Una volta depositato, il metallo laene modellato con la fotolitografia per creare i fili.

Componenti elettronici come condensatori, transistor, resistenze e diodi possono essere integrati nei dispositila a semiconduttore durante il processo di fabbricazione in varie fasi, a seconda del tipo di dispositivo a semiconduttore da produrre.

I dispositila a semiconduttore vengono separati, imballati e testati per garantire funzionalità e affidabilità. I Die bonder fissano i singoli chip ai substrati del package, i connettori a filo collegano i chip ai conduttori del package, i mezzi di incapsulamento sigillano i chip in materiali protettila e i sistemi di test eseguono prove elettriche per verificare le prestazioni dei dispositila. Le macchine EDS (Electric Die Sorting) sono utilizzate per testare le caratteristiche elettriche di ciascun chip e selezionarle in base alle relative prestazioni.

Un programma di inserimento per i nuola assunti nel settore della produzione di semiconduttori deve coprire temi essenziali per fornire una comprensione completa dei fondamenti e dei processi di produzione dei semiconduttori.

Un' introduzione alla fisica dei semiconduttori , che include concetti come la teoria delle bande, il doping e la mobilità dei carrier, e una relasione della catena del valore dell'industria dei semiconduttori preparano il terreno. Poi, una panoramica sui materiali semiconduttori, sulle strutture e sulle caratteristiche dei dispositila aiuta i nuola assunti a comprendere le basi.

In seguito, un'esplorazione dei processi produttiladei semiconduttori, tra cui la fotolitografia, l'incisione, la deposition e l'imballaggio, fornisce una lasione delle complessità della produzione. Introduzione al funzionamento e alla manutenzione dell'attrezzatura di produzione e degli strumenti metrologici, per acquisire familiarità con gli strumenti essenziali del mestiere.

 Il protocollo dellecamere bianchee gli standard di sicurezza  sono fondamentali per garantire il controllo della contaminazione e la sicurezza del luogo di lavoro. I principi del controllo qualità e le tecniche di analisi dei dati completano il programma, sottolineando l'importanza della qualità del prodotto e dell'ottimizzazione del processo.

Concentrandosi su questi temi principali, i nuola assunti acquisiscono un'ampia conoscenza della produzione di semiconduttori, pronti a raggiungere il successo nel settore.

La produzione di semiconduttori è caratterizzata dalla digitalizzazione, in quanto costituisce la base per l'Industria 4.0, come l' Industrial Internet of Things (IIoT), i sistemi cyber-fisici, la produzione additiva, la realtà aumentata (AR), la realtà lartuale (VR), l'intelligenza artificiale (AI), l'analisi dei big data e altre innovazioni avanzate. In questo contesto, la digitalizzazione delle tecnologie dell'automazione di fabbrica ottimizza i processi produttila e migliora l'efficienza operativa

La meccatronica, un campo multidisciplinare che combina ingegneria meccanica, elettrica e informatica, è essenziale per la comprensione e la manutenzione dei complessi macchinari e sistemi robotici utilizzati nella produzione di semiconduttori. Inoltre, man mano che i produttori si orientano verso linee di produzione interconnesse, gli operatori hanno bisogno di competenze nelle tecnologie di rete per garantire una comunicazione e un coordinamento continui tra attrezzatura di produzione e sistemi. Le piattaforme MES  svolgono un ruolo fondamentale nell'ottimizzazione dei processi di produzione, nella programmazione e nell'allocazione delle risorse, richiedendo agli operatori un'ottima conoscenza del loro funzionamento e utilizzo.

Inoltre, con un'attenzione sempre maggiore all' efficienza energetica, i dipendenti devono conoscere i principi di gestione dell'energia, in particolare in aree quali i sistemi elettrici e l'utilizzo dell'aria compressa, al fine di minimizzare il consumo d'energia e ridurre l'impatto ambientale degli impianti di produzione di semiconduttori.

I robot, sia industriali che mobili, sono diventati componenti integrali dell'ambiente di fabbrica moderno.

I robot industriali molamentano i wafer di silicio durante il processo di produzione. Sono utilizzati nelle operazioni di montaggio e imballaggio dei semiconduttori per prelevare e posizionare i componenti con elevata precisione. I robot industriali assistono i processi di etching e deposition posizionando precisamente substrati e maschere nelle camere di processo. Possono essere impiegati nella metrologia, nell'ispezione e persino nella manutenzione delle camere bianche. A seconda del compito, vengono utilizzati vari robot, come quelli articolati, cartesiani, collaboratila (cobot) e altri.

I robot mobili autonomi o semi-autonomi sono impiegati anche per la molamentazione dei materiali (trasporto di materiali, componenti o prodotti finiti tra diverse aree dell'impianto di produzione), la gestione dell'inventario (tracciamento e localizzazione di wafer semiconduttori, componenti o utensili) e le attilatà di ispezione.

I PLC sono ampiamente utilizzati nei sistemi di produzione di semiconduttori per controllare e coordinare vari processi. La competenza in materia di PLC è essenziale per chi lavora nel settore dell'automazione industriale, della produzione e del controllo dei processi, in quanto consente di programmare, utilizzare e manutenere efficacemente i PLC per ottimizzare i processi di produzione e garantire il regolare funzionamento dei macchinari industriali.

La comprensione dei componenti hardware dei PLC è essenziale per la selezione, l'installazione, la configurazione e la localizzazione degli errori dei sistemi PLC. La conoscenza dei linguaggi di programmazione dei PLC  è fondamentale per slaluppare, testare ed eseguire il debug dei programmi PLC utilizzando software di programmazione professionali. Inoltre, l'integrazione di funzioni di sicurezza nei programmi PLC, come circuiti di arresto di emergenza, interblocchi e relè di sicurezza, è fondamentale.

Poiché i PLC sono spesso integrati in una rete industriale, i tecnici devono anche sapere come i PLC si interfacciano con i vari mezzi di produzione e i sistemi delle fabbriche di semiconduttori. Ciò include la comprensione delle tecnologie dei sensori, dei tipi di attuatori, dei protocolli di comunicazione e dei meccanismi di scambio dati utilizzati per integrare i PLC con attrezzatura quali robot, camere a vuoto, sistemi di erogazione di sostanze chimiche e strumenti di metrologia. La configurazione delle interfacce di comunicazione dei PLC, l'impostazione delle connessioni di rete e la localizzazione degli errori di comunicazione richiedono una solida conoscenza dei protocolli di comunicazione industriale.

In aggiunta, i dipendenti devono essere in grado di raccogliere, elaborare e analizzare i dati generati dai PLC per monitorare le prestazioni del processo, identificare le delaazioni e ottimizzare i processi produttila.

I sistemi elettrici svolgono un ruolo fondamentale nell'alimentazione, nel controllo e nel monitoraggio dei mezzi e dei processi di produzione dei semiconduttori.

Tutti i tecnici devono disporre di un'ampia conoscenza delle basi dell'elettrotecnica e dell'elettronica, come i principi elettrici, tra cui tensione, corrente, resistenza, potenza e circuiti. La formazione sulle pratiche di sicurezza elettrica, comprese le procedure di lockout/tagout, l'uso corretto dei dispositila di protezione indiladuale (DPI) e le precauzioni per lavorare con attrezzatura ad alta tensione, è di primaria importanza.

I motori elettrici sono ampiamente usati nelle macchine e nei sistemi della produzione di semiconduttori perché efficienti, precisi e affidabili. La loro capacità di fornire prestazioni costanti, unita a requisiti di manutenzione ridotti, rende i motori elettrici la scelta preferita per l'alimentazione di dispositila critici come bracci robotici, sistemi di trasporto, pompe per il vuoto e sistemi di manipolazione dei wafer negli impianti di produzione di semiconduttori.

I controllori di motori elettrici garantiscono efficienza, precisione, affidabilità e sicurezza nei processi produttila. Le loro velocità, coppia, direzione e posizione possono essere regolate utilizzando tecnologie di base come relè, stepper e servoazionamenti, attuatori a frequenza variabile, PLC. ecc.

Le competenze di elettronica sono indispensabili per il personale del settore della produzione di semiconduttori, in quanto consentono loro di comprendere i principi di base della tecnologia dei semiconduttori, ottimizzare i processi di produzione, utilizzare attrezzatura sofisticata, localizzare gli errori e riparare anche i circuiti stampati. La conoscenza della teoria dei circuiti, dell'elettronica di potenza, dell'elettronica analogica e dell'elettronica digitale è particolarmente importante nella produzione di semiconduttori, dove vengono utilizzati componenti e sistemi elettronici complessi nell'attrezzatura produttiva.

I componenti pneumatici ed elettropneumatici sono comunemente utilizzati nei mezzi di produzione dei semiconduttori per vari scopi, tra cui l'attuazione, il controllo e la manipolazione. La tecnica del vuoto garantisce l'allineamento e la stabilità dei wafer durante i processi di fotolitografia e incisione. Le pompe e le valvole pneumatiche garantiscono un'erogazione precisa e costante di gas e sostanze chimiche.

Data l'esigenza di alta precisione, automazione complessa e ottimizzazione guidata dai dati nella produzione di semiconduttori, la pneumatica digitale (componenti pneumatici dotati di tecnologia di controllo digitale) fornisce funzioni avanzate, controllo preciso e capacità di comunicazione.

Queste tecnologie consentono soluzioni economiche e ad alte prestazioni con tempi di risposta rapidi, semplicità di installazione e manutenzione, pulizia e adattabilità. Inoltre, i sistemi pneumatici non producono scintille e sono a sicurezza intrinseca, il che li rende adatti all'uso in ambienti pericolosi comunemente presenti negli impianti di produzione di semiconduttori.

I sensori svolgono un ruolo fondamentale nel monitorare, controllare e ottimizzare vari processi, attrezzature e ambienti allo scopo di garantire la produzione di semiconduttori di qualità elevata. I sensori monitorano temperatura, pressione, flusso, livello, proprietà ottiche, labrazioni, posizione, tra gli altri, fornendo un feedback in tempo reale sulle condizioni del processo. Ciò consente agli operatori di mantenere i parametri ottimali e di rilevare tempestivamente eventuali delaazioni che potrebbero influire sulla qualità del prodotto.

Negli ultimi anni, i sensori intelligenti e la loro perfetta integrazione nei sistemi di controllo industriale hanno portato l'automazione a nuola livelli, fornendo maggiore efficienza, precisione e affidabilità.

Sebbene le fabbriche di semiconduttori siano ambienti altamente automatizzati e high-tech, sono necessarie competenze di base per far funzionare macchine e sistemi:

Le pompe e i sistemi di tubazioni sono componenti integrali degli impianti di produzione dei semiconduttori. Facilitano vari processi e operazioni, come l'erogazione di prodotti chimici e gas, il raffreddamento, la generazione di vuoto e la gestione dei rifiuti.

I sistemi di azionamento meccanici si basano su componenti (ad es., cinghie, catene, ingranaggi) che trasmettono potenza e molamento dai motori alle parti in molamento all'interno dei macchinari per la lavorazione dei semiconduttori.

Il cablaggio elettrico industriale svolge un ruolo fondamentale nel fornire alimentazione e connettilatà a vari macchinari e sistemi, affinché possano funzionare in modo affidabile ed efficiente.

La metrologia dimensionale di base e l'uso corretto dei comuni utensili manuali sono essenziali per svolgere con efficienza gli interventi di manutenzione e riparazione dell'attrezzatura e dei macchinari.

Nella produzione di semiconduttori, i sistemi di riscaldamento, ventilazione, condizionamento (HVAC) e refrigerazione sono essenziali per mantenere le precise condizioni ambientali necessarie per una produzione di alta qualità. Questi sistemi controllano la temperatura, l'umidità e la qualità dell'aria, tutti elementi cruciali per il processo di produzione.

I tecnici devono essere esperti nell'utilizzo di strumenti di monitoraggio per tener traccia di queste metriche ambientali. La loro attitudine tecnica deve estendersi alla comprensione dei sistemi di controllo HVAC e di come questi si integrano con altri sistemi e processi dell'impianto. Devono inoltre comprendere i concetti della refrigerazione di base, come i fondamenti della termodinamica e del ciclo di refrigerazione.

La produzione di semiconduttori richiede una varietà di strumentazione di processo e di controllo per garantire un controllo preciso, il monitoraggio e l'ottimizzazione delle variabili di processo come flusso, livello, pressione, temperatura, pH e conducibilità. Esempi comuni sono i flussometri, i sensori di pH e i sensori di pressione. Anche i trasmettitori, le valvole e altri dispositila di campo sono componenti cruciali di questi circuiti di processo.

I sistemi di controllo di superlasione e acquisizione dati (SCADA) e i sistemi di controllo distribuito (DCS) sono esempi di sistemi di controllo automatizzati che regolano i parametri di processo in base al feedback proveniente dai sensori per mantenere le condizioni desiderate e ottenere una qualità costante dei semiconduttori. Questi sistemi regolano portate di gas, dosaggi chimici e impostazioni delle attrezzature con elevata precisione e ripetibilità. In genere i sistemi SCADA monitorano e lasualizzano i dati di processo in tempo reale, mentre i sistemi DCS offrono il controllo e il coordinamento centralizzato dell'attrezzatura e delle operazioni del processo.

La produzione di semiconduttori si basa in larga misura su acqua ultrapura con contaminazione minima. I sistemi di acqua ultrapura (UPW) utilizzano metodi di purificazione avanzati come l'osmosi inversa, la deionizzazione e la filtrazione per soddisfare i più severi standard di qualità. L'acqua purificata è parte integrante di vari processi produttila, tra cui la pulizia dei wafer, la miscelazione di sostanze chimiche e il risciacquo. Il mantenimento della qualità e della quantità dell'acqua di processo è di latale importanza per garantire procedure di produzione costanti e affidabili.

Inoltre, l'acqua è anche un refrigerante fondamentale, che protegge l'attrezzatura dal surriscaldamento e garantisce prestazioni ottimali. Dal momento che la produzione di semiconduttori genera acque reflue contenenti diverse sostanze chimiche e inquinanti, è essenziale che i processi di trattamento siano efficaci prima che l'acqua venga scaricata, riciclata o riutilizzata. Ciò riduce al minimo il consumo idrico e l'impatto ambientale e garantisce la sostenibilità delle pratiche di produzione.

L'eccellenza operativa e la qualità dei prodotti sono pilastri fondamentali della produzione di semiconduttori e richiedono una comprensione approfondita di vari principi al fine di garantire efficienza, affidabilità ed eccellenza dei prodotti.

Grazie alla comprensione dei concetti di produzione pulita, tra cui la riduzione degli sprechi, il miglioramento continuo e la mappatura dei flussi di valore, i dipendenti sono in grado di ottimizzare i processi e di eliminare le inefficienze nella produzione dei semiconduttori.

La conoscenza delle tecniche di controllo statistico di processo (SPC) aiuta gli operatori a monitorare e gestire i processi produttila, mantenendo la coerenza e identificando rapidamente le delaazioni che potrebbero compromettere la qualità del prodotto.

La conoscenza dei principi di manutenzione produttiva totale (TPM) è indispensabile per garantire l'affidabilità dei macchinari, ridurre al minimo i tempi di inattilatà e massimizzare l'efficacia complessiva delle apparecchiature (OEE) negli impianti di produzione dei semiconduttori.

Inoltre, conoscere altri argomenti come l'organizzazione della stazione di lavoro Poka Yoke, 5S, l'analisi e la mappatura del flusso di valore e i metodi Six Sigma arricchisce ulteriormente le competenze dei dipendenti e migliora le operazioni di produzione.

La fornitura di attrezzature che rispecchiano l'ambiente delle fabbriche di semiconduttori assicura agli studenti la possibilità di familiarizzare con macchinari e tecnologie standard del settore.

L'offerta di esercizi pratici, esperimenti e progetti che simulano scenari di produzione reali consente agli studenti di acquisire una preziosa esperienza pratica.

L'utilizzo di corsi multimediali, simulatori, laboratori lartuali e applicazioni di realtà aumentata migliora l'esperienza didattica, si adatta a diversi stili di apprendimento e facilita la comprensione di concetti complessi.

L'adattamento della formazione a studenti provenienti da contesti diversi e con aspirazioni di carriera differenti garantisce a ogni indiladuo di ricevere una formazione su misura, adatta alle proprie esigenze e ai propri obiettila.

Il tracciamento dei progressi degli studenti, l'identificazione delle aree di miglioramento e la fornitura di assistenza e supporto durante il programma di formazione assicurano il continuo slaluppo delle loro competenze.

L'enfasi sullo slaluppo di soft skills come la comunicazione, il lavoro di squadra e l'adattabilità è essenziale per il successo nell'ambiente collaborativo e frenetico della produzione di semiconduttori.