Totul începe cu blocuri de fontă de siliciu de înaltă puritate, produse de obicei într-o fabrică specializată, folosind un proces numit metoda Czochralski și vândute turnătoriilor și fabricilor de semiconductori.

În timpul fabricării plăcuțelor, blocurile de fontă de siliciu sunt tăiate în plăcuțe subțiri, circulare. Aceste plăcuțe sunt apoi lustruite pentru a crea suprafețe netede. Mașinile numite mașini de debitat plăcuțe sunt folosite pentru a tăia blocurile de fontă, în timp ce mașinile de șlefuit și mașinile de lustruit sunt folosite pentru a lustrui plăcuțele.

Un strat subțire de dioxid de siliciu este dezvoltat pe suprafața plăcuțelor de siliciu. Acest strat acționează ca izolare și ajută în etapele ulterioare ale procesului de fabricație. Acest lucru se realizează folosind cuptoare speciale numite cuptoare de oxidare.

Această etapă definește aspectul circuitului pe plăcuță. Un material sensibil la lumină numit fotorezist este aplicat pe plăcuță, iar apoi un model este proiectat pe aceasta cu ajutorul unei mașini speciale numită stepper de fotolitografie. Acest aparat funcționează ca un proiector, dar cu un control foarte precis. Sunt utilizate sisteme de aliniere a măștilor pentru a asigura precizia și consecvența.

Prin gravarea selectivă, materialul este îndepărtat de pe suprafața plăcuței pe baza fotorezistului modelat. Această etapă definește caracteristicile dispozitivului semiconductor. Există diferite tipuri de mașini de gravură: mașini de gravură umede care utilizează soluții chimice sau mașini de gravură uscate care utilizează gaze sau plasmă.

Procesele de fotolitografie și gravură sunt repetate pe fiecare strat al plăcuței.

Depunerea adaugă straturi subțiri de materiale pe suprafața plăcii pentru a construi circuitele și a crea caracteristicile dorite. Sistemele de depunere chimică în stare de vapori (CVD) introduc gaze precursoare într-o cameră de reacție, unde acestea reacționează pentru a forma o folie subțire. Sistemele de depunere fizică de vapori (PVD) utilizează metode fizice (cum ar fi evaporarea sau pulverizarea) pentru a depune materialul pe suprafața plăcuței.

În etapa de dopare, impuritățile sunt introduse în materialul semiconductor pentru a-i modifica proprietățile electrice. Implantarea ionică este o metodă comună de dopare. Procesul constă în accelerarea ioniilor la suprafața plăcuței pentru a implanta dopanți la adâncimi specifice. Cuptoarele de difuzie încălzesc plăcuța în prezența gazelor dopante pentru a difuza dopanții în materialul semiconductor.

Numit și metalizare, acest pas implică adăugarea de straturi metalice pe plăcuță pentru a conecta diferitele componente ale circuitului și pentru a oferi o cale prin care curentul să circule. Acest lucru se realizează cu ajutorul sistemelor de depunere, similare celor utilizate în depunere. Odată ce metalul este depus, acesta este modelat prin fotolitografie pentru a crea sârmele.

Componentele electronice precum condensatoarele, tranzistoarele, rezistențele și diodele pot fi integrate în dispozitivele semiconductoare în timpul procesului de fabricație, în diferite etape, în funcție de tipul de dispozitiv semiconductor fabricat.

Dispozitivele semiconductoare sunt separate, ambalate și testate pentru a asigura funcționalitatea și fiabilitatea. Lipitorii de matrițe atașează cipurile individuale la substraturile de ambalare, lipitorii de sârme conectează cipurile la cablurile de ambalare, echipamentul de încapsulare Garniturește cipurile în materiale de protecție, iar sistemele de testare efectuează teste electrice pentru a verifica performanța dispozitivului. Mașinile de sortare electrică a matrițelor (EDS) sunt utilizate pentru a testa caracteristicile electrice ale fiecărui cip și pentru a le sorta în baza performanței lor.

Un program de integrare pentru noii angajați din industria producătoare de semiconductori ar trebui să capaciteze subiecte esențiale pentru a oferi o înțelegere cuprinzătoare a fundamentelor și a proceselor de producție a semiconductorilor.

O introducere în fizica semiconductorilor , inclusiv concepte precum teoria benzilor, dopajul și mobilitatea purtătorilor, precum și o trecere în revistă a lanțului valoric al industriei semiconductorilor pregătesc terenul. În continuare, o prezentare generala a materialelor semiconductoare, a structurilor dispozitivelor și a caracteristicilor dispozitivelor ajută noii angajați să înțeleagă elementele de bază.

În continuare, o explorare  proceselor de fabricație a semiconductorilor inclusiv fotolitografia, gravura, depunerea și ambalarea, oferă o perspectivă asupra complexității producției. O introducere în funcționarea și mentenanța echipamentelor de producție, precum și a instrumentelor de metrologie, pentru a se familiariza cu instrumentele esențiale ale meseriei.

Protocolul de curățenie și standardele de siguranță sunt esențiale pentru a asigura controlul contaminării și siguranța locului de muncă. Principiile controlului calității și tehnicile de analiză a datelor completează programul, subliniind importanța calității produselor și a optimizării proceselor.

Prin concentrarea pe aceste subiecte principale, noii angajați dobândesc o înțelegere solidă a producției de semiconductori, fiind pregătiți să obțină succes în industrie.

Fabricarea semiconductorilor este caracterizată de digitalizare, deoarece formează baza pentru tehnologiile Industriei 4.0, precum Internetul industrial al obiectelor (IIoT), sisteme ciber-fizice, fabricarea aditivă, realitatea augmentată (AR), realitatea virtuală (VR), inteligența artificială (AI), analiza datelor mari și alte inovații avansate. În acest context, digitalizarea tehnologiilor de automatizare a fabricilor optimizează procesele de producție și sporește eficiența operațională

Mecatronica, un domeniu multidisciplinar care combină ingineria mecanică, electrică și informatică, este esențială pentru înțelegerea și întreținerea mașinilor complexe și a sistemelor robot utilizate în producția de semiconductori. În plus, pe măsură ce instalațiile de producție se orientează către cabluri de producție interconectate, operatorii au nevoie de expertiză în tehnologii de rețea pentru a asigura comunicarea și coordonarea fără întreruperi între echipamente și sisteme. MES platformele joacă un rol esențial în optimizarea proceselor de producție, în programarea și alocarea resurselor, necesitând ca operatorii să fie competenți în operarea și utilizarea lor.

În plus, având în vedere accentul tot mai mare pus pe  eficiența energetică, angajații trebuie să cunoască principiile de gestionare a energiei, în special în domenii precum sistemele electrice și utilizarea aerului comprimat, pentru a minimiza consumul de energie și a reduce impactul asupra mediului al instalațiilor de producție a semiconductorilor.

Roboții, atât industriali, cât și mobili, au devenit parte integrantă a mediului de producție modern.

Roboti industriali  Mânuiesc plăcuțe de siliciu pe parcursul procesului de fabricație. Acestea sunt utilizate în operațiunile de asamblare și ambalare a semiconductorilor pentru preluarea și plasarea componentelor cu o precizie ridicată. Roboții industriali ajută în procesele de gravură și depunere prin poziționarea precisă a substraturilor și a măștilor în camerele de procesare. Acestea pot fi găsite în metrologie și inspecție și chiar în întreținerea camerelor curate. În funcție de sarcină, sunt utilizați diferiți roboți, cum ar fi cei articulați, cartezieni, colaborativi (cobots) și alții.

 Roboții mobili   autonomi sau semi-autonomi sunt, de asemenea, utilizați pentru manipularea materialelor (transportul de materiale, componente sau produse finite între diferite zone ale instalației de producție), gestionarea stocurilor (urmărirea și localizarea plăcuțelor, componentelor sau instrumentelor semiconductoare) și inspecții.

PLC-urile sunt utilizate pe scară largă în sistemele de fabricație a semiconductorilor pentru a controla și coordona diverse procese. Competențele în domeniul PLC sunt esențiale pentru persoanele care lucrează în automatizarea industrială, producție și controlul proceselor, permițându-le să programeze, să opereze și să întrețină în mod eficient PLC-urile pentru a optimiza procesele de producție și a asigura buna funcționare a utilajelor industriale.

Înțelegerea componentelor hardware PLC este esențială pentru selectarea, instalarea, configurarea și depanarea sistemelor PLC. Cunoașterea Limbajelor de programare PLC este esențială pentru dezvoltarea, testarea și depanarea programelor PLC utilizând un soft de programare profesional. În plus, integrarea funcțiilor de siguranță în programele PLC, cum ar fi circuitele de oprire de urgență, blocările și releele de siguranță, este esențială.

Deoarece PLC-urile sunt adesea integrate într-o rețea industrială, tehnicienii trebuie să cunoască și modul în care PLC-urile se interconectează cu diverse echipamente și sisteme de producție din fabricile de semiconductori. Aceasta include înțelegerea tehnologiilor senzorilor, a tipurilor de actuatori, a protocoalelor de comunicare și a mecanismelor de schimb de date utilizate pentru integrarea PLC-urilor cu echipamente precum roboți, camere de vacuum, sisteme de livrare a substanțelor chimice și instrumente de metrologie. Configurarea interfețelor de comunicare PLC, configurarea conexiunilor de rețea și depanarea problemelor de comunicare necesită o înțelegere solidă a protocoalelor de comunicare industrială.

În plus, angajații ar trebui să fie capabili să colecteze, să prelucreze și să analizeze datele generate de PLC-uri pentru a monitoriza performanța proceselor, a identifica abaterile și a optimiza procesele de producție.

Sistemele electrice joacă un rol vital în alimentarea, controlul și monitorizarea echipamentelor și proceselor de producție a semiconductorilor.

Toți tehnicienii au nevoie de o înțelegere solidă a bazelor ingineriei electrice și electronicii, cum ar fi principiile electrice, inclusiv tensiunea, curentul, rezistența, puterea și circuitele. Instruirea cu privire la practicile de siguranță electrică, inclusiv procedurile de blocare/fixare, utilizarea corectă a echipamentului de protecție individuală (EPI) și măsurile de precauție pentru lucrul cu echipamente de înaltă tensiune este extrem de importantă.

Motoarele electrice sunt utilizate pe scară largă în mașinile și sistemele din producția de semiconductori, deoarece sunt eficiente, precise și fiabile. Capacitatea lor de a oferi o performanță constantă, cuplată cu cerințe reduse de mentenanță, face din motoarele electrice o alegere preferată pentru alimentarea dispozitivelor critice, cum ar fi brațele robotice, sistemele de manipulare, pompele de vacuum și sistemele de manipulare a plăcilor în fabricile de semiconductori.

Controller motor electric oferă eficiență, precizie, fiabilitate și siguranță în procesele de producție. Viteza, cuplul, direcția și poziția acestora pot fi reglate utilizând tehnologii de bază, cum ar fi relee, motoare pas cu pas și servomotoare, unități de frecvență variabilă, PLC-uri. etc.

Competentele electronice sunt indispensabile pentru forța de muncă din domeniul producției de semiconductori, deoarece le permit să înțeleagă principiile care stau la baza tehnologiei semiconductorilor, să optimizeze procesele de producție, să utilizeze echipamente sofisticate și să depaneze și să repare chiar și panouri de circuite. Competentele din teoria circuitelor, electronica de putere, electronica analogică și electronica digitală sunt deosebit de relevante în fabricarea semiconductorilor, unde sunt utilizate componente și sisteme electronice complexe în echipamentele de producție.

Componentele pneumatice și electropneumatice sunt utilizate în mod obișnuit în echipamentele de fabricare a semiconductorilor în diverse scopuri, inclusiv pentru acționare, control și manipulare. Tehnologia vacuumului asigură alinierea și stabilitatea plăcuțelor în timpul proceselor de fotolitografie și gravură. Pompele pneumatice și ventilele asigură alimentarea cu gaze și chimicale în mod precis și constant.

Având în vedere nevoia de precizie ridicată, automatizare complexă și optimizare bazată pe date în fabricarea semiconductorilor, pneumatica digitală - componente pneumatice echipate cu tehnologie de control digital - oferă funcționalitate sporită, control precis și capacități de comunicare.

Aceste tehnologii permit soluții rentabile, de înaltă performanță, cu timpi de răspuns rapizi, instalare și mentenanță simple, curățenie și adaptabilitate. În plus, sistemele pneumatice nu produc scântei și sunt intrinsec sigure, ceea ce le face adecvate pentru utilizarea în medii periculoase întâlnite în mod obișnuit în instalațiile de producție a semiconductorilor.

Senzorii joacă un rol esențial în monitorizarea, controlul și optimizarea diferitelor procese, echipamente și medii pentru a asigura producția de semiconductori de înaltă calitate. Senzorii monitorizează temperatura, presiunea, debitul, nivelul, proprietățile optice, vibrațiile, poziția, printre altele, oferind feedback în timp real cu privire la condițiile procesului. Acest lucru permite operatorilor să mențină parametrii optimi și să detecteze prompt orice abateri care ar putea afecta calitatea produselor.

În ultimii ani, senzorii inteligenți și integrarea lor perfectă în sistemele de automatizare industrială au ridicat automatizarea la noi niveluri, oferind eficiență, precizie și fiabilitate sporite.

Deși fabricile de semiconductori sunt medii foarte automatizate și de înaltă tehnologie, sunt necesare competențe de bază pentru operarea mașinilor și sistemelor:

Pompele și sistemele de conducte fac parte din instalațiile de fabricare a semiconductorilor. Acestea facilitează diverse procese și operațiuni, cum ar fi furnizarea de chimicale și gaze, răcirea, generarea vacuumului și gestionarea deșeurilor.

Sistemele mecanice de acționare se bazează pe componente (de exemplu, curele, lanțuri, roți dințate) care transmit puterea și mișcarea de la motoare la piesele în mișcare din cadrul mașinilor de prelucrare a semiconductorilor.

Cablajul electric industrial joacă un rol esențial în furnizarea de energie și conectivitate la diverse mașini și sisteme, astfel încât acestea să poată funcționa fiabil și eficient.

Bazele metrologiei dimensională și utilizarea corectă a instrumentelor de mână comune sunt esențiale pentru efectuarea eficientă a sarcinilor de mentenanță și reparare a echipamentelor și utilajelor de producție.

În fabricarea semiconductorilor, sistemele de încălzire, ventilație, aer condiționat (HVAC) și refrigerare sunt esențiale pentru menținerea condițiilor de mediu precise necesare pentru o producție de înaltă calitate. Aceste sisteme controlează temperatura, umiditatea și calitatea aerului, care sunt esențiale pentru procesul de producție.

Tehnicienii trebuie să fie competenți în utilizarea instrumentelor de monitorizare pentru a urmări aceste indicatori de mediu. Aptitudinile lor tehnice trebuie să se extindă la înțelegerea Sistemelor de control HVAC și a modului în care aceste sisteme se integrează cu alte sisteme și procese ale instalațiilor. De asemenea, aceștia trebuie să înțeleagă conceptele de bază ale refrigerării, cum ar fi fundamentele termodinamicii și ciclul de refrigerare.

Fabricarea semiconductorilor necesită o varietate de instrumente de proces și instrumente de control pentru a asigura controlul precis, monitorizarea și optimizarea variabilelor de proces, cum ar fi debitul, nivelul, presiunea, temperatura, pH-ul și conductivitatea. Exemple comune includ debitmetrele, senzorii de pH și senzorii de presiune. Emitatoarele, ventilele și alte dispozitive de teren sunt, de asemenea, componente esențiale în cadrul acestor bucle de proces.

Sistemele de supraveghere, control și achiziție de date (SCADA) și sistemele de control distribuit (DCS) sunt exemple de sisteme de comandă automatizate care ajustează parametrii procesului pe baza feedback-ului de la senzori pentru a menține condițiile dorite și a obține o calitate constantă a semiconductorilor. Aceste sisteme reglează debitele de gaz, dozele de chimicale și setările echipamentelor cu o precizie și o repetabilitate ridicate. De obicei, sistemele SCADA monitorizează și vizualizează datele de proces în timp real, în timp ce sistemele DCS oferă control și coordonare centralizate ale echipamentelor și operațiunilor de proces.

Fabricarea semiconductorilor se bazează în mare măsură pe apă ultrapură cu contaminanți minimali. Sistemele de apă ultrapură (UPW) utilizează metode avansate de purificare, cum ar fi osmoza inversă, deionizarea și filtrarea, pentru a îndeplini standarde stricte de calitate. Această apă purificată face parte din diverse procese de fabricație, inclusiv curățarea plăcuțelor, amestecarea chimicală și clătirea. Menținerea calității și cantității apei de proces este esențială pentru procedurile de producție constante și fiabile.

În plus, apa este, de asemenea, un agent de răcire esențial, protejând echipamentele împotriva supraîncălzirii și asigurând performanțe optime. Având în vedere că fabricarea semiconductorilor generează ape reziduale care conțin diverse chimicale și contaminanți, procesele eficiente de tratare sunt esențiale înainte ca apa să fie evacuată, reciclată sau reutilizată. Acest lucru minimizează consumul de apă și impactul asupra mediului și asigură practici de producție durabile.

Excelența operațională și calitatea produselor sunt piloni critici ai producției de semiconductori, necesitând o înțelegere aprofundată a diferitelor principii pentru a asigura eficiența, fiabilitatea și excelența produselor.

Prin înțelegerea conceptelor de producție curată, inclusiv reducerea deșeurilor, îmbunătățirea continuă și cartografierea fluxului de valori, angajații sunt capabili să optimizeze procesele și să elimine ineficiențele în procesul de producție a semiconductorilor.

Competența în controlul statistic al proceselor (SPC) ajută operatorii să monitorizeze și să gestioneze procesele de fabricație, menținând coerența și identificând rapid abaterile care ar putea compromite calitatea produselor.

Cunoașterea principiilor mentenanței productive totale (TPM) este indispensabilă pentru garantarea fiabilității echipamentelor, minimizarea timpilor morți și maximizarea eficienței globale a echipamentelor (OEE) în fabricile de semiconductoare.

În plus, competența în subiecte suplimentare precum Poka Jug, 5S organizarea stațiilor de lucru, analiza fluxului de valori și cartografierea, precum și Metodele Six Sigma îmbogățesc și mai mult seturile de competențe ale angajaților și îmbunătățesc operațiunile de producție.

Furnizarea de echipamente care reflectă mediul găsit în fabricile de semiconductori asigură faptul că studenții se pot familiariza cu mașinile și tehnologia standard din industrie.

Oferirea de exerciții practice, experimente și proiecte care simulează scenarii de producție din lumea reală care permit studenților să dobândească o experiență practică valoroasă.

Utilizarea cursurilor multimedia, a instrumentelor de simulare, a laboratoarelor virtuale și a aplicațiilor de realitate augmentată îmbunătățește experiența de învățare, se adaptează diferitelor stiluri de învățare și facilitează înțelegerea conceptelor complexe.

Adaptarea instruirii la studenți din medii diverse și cu aspirații profesionale diferite garantează că fiecare persoană primește o educație personalizată, adaptată nevoilor și obiectivelor sale.

Urmărirea progresului studenților, identificarea domeniilor de îmbunătățire și oferirea de îndrumare și suport pe parcursul programului de instruire asigură că studenții își dezvoltă continuu competențele.

Accentuarea dezvoltării competențelor transversale, cum ar fi comunicarea, munca în echipă și adaptabilitatea, este esențială pentru succesul în mediul colaborativ și rapid al producției de semiconductori.