Wie Fluidsysteme die Kosten von Halbleiterwerken beeinflussen
Warum leistungsfähige Fluidsysteme beim Bau neuer Halbleiteranlagen eine wichtige Rolle spielen
Masroor Malik, Lead Solutions Specialist, Halbleiter
Beim Bau eines neuen Halbleiterwerks (in der Branche auch „Fab“ genannt), muss einiges im Auge behalten werden. Unter anderem eine schnelle Markteinführung, Material- und Installationsstandards sowie die Gesamtkosten des Werks. Die Kosten für ein neues Halbleiterwerk werden in den meisten Fällen mit über 5 Milliarden US-Dollar veranschlagt. Mit Kosten von mitunter 20 Milliarden US-Dollar oder mehr für hochmoderne Halbleiterwerke (3 nm und kleiner) herrscht ein unvergleichlich großer Druck, jedes einzelne System zu optimieren.
Ein Großteil der Kosten entfällt auf die Vorhaltung von Reinräumen und die teure Mikrochipproduktion. Allerdings sind die Gesamtbetriebskosten auch in hohem Maße von sonstigen Systemen und der Anlagenausstattung abhängig.
Ein Beispiel hierfür sind Fluidmanagementsysteme, die als Kreislaufsystem für die Versorgung der Anlage mit Gasen und Flüssigkeiten zuständig sind. Beim Bau eines neuen Halbleiterwerks gibt es viele Möglichkeiten, wie hochwertige Komponenten und Baugruppen eines Fluidsystems zur kurz- und langfristigen Profitabilität des Halbleiterwerks beitragen können. Hier empfiehlt sich eine enge Zusammenarbeit mit Fluidsystemherstellern in der FEED-Phase (Front-End Engineering and Design).
Der richtige Umgang mit Fluidsystemen in Halbleiterwerken
Fünf Beispiele, wie eine sorgfältige Auslegung und Installation von Fluidsystemen zur Profitabilität eines Halbleiterwerks beitragen kann:
Nr. 1 Schnellere, leckagefreie Installation
Der Bau eines neuen Halbleiterwerks bedeutet zumeist, dass eine neue Produktionstechnologie eingeführt wird und/oder Kapazitäten erweitert werden. Kurze Markteinführungszeiten spielen dabei eine große Rolle, um der Konkurrenz voraus zu sein. Mit der Halbleiterfertigung und -produktion muss so schnell wie möglich begonnen werden – manchmal sogar noch bevor die sekundären Anlagen vollständig fertiggestellt sind.
Kurz gesagt: Es darf keine Zeit verloren gehen. Die Auslegung und der Bau komplexer Fluidsysteme und deren Verlegung durch das gesamte Halbleiterwerk können ein zeitaufwendiger Prozess sein. Außerdem gehört viel Arbeit und Expertise dazu, wichtige Komponenten zu installieren und die Systemintegrität sicherzustellen. Dieser Prozess ist besonders heikel, wenn Kontraktoren und Monteure nicht das entsprechende Wissen oder die Ausbildung mitbringen, um zuverlässige, leckagefreie Systeme zu installieren.
Angesichts des anhaltenden Arbeitskräftemangels im Bauwesen können kundenspezifisch vorgefertigte Fluidsystembaugruppen Installationsproblemen in der Bauphase vorbeugen und den Arbeitsaufwand beim Zusammenbau komplexer Untersysteme deutlich reduzieren. Entscheiden Sie sich für einen Hersteller, der versteht, was Sie brauchen, und Ihnen einen vollständigen, einfach zu installierenden Einbau mit qualitativ hochwertigen Komponenten bieten kann. Das spart Zeit: Ihr Halbleiterwerk ist dann deutlich schneller betriebsbereit und die Halbleiterfertigung kann beginnen.
Nr. 2 Effizientere Planung und Auslegung
Fluidsysteme für Halbleiterwerke bestehen aus einer Vielzahl von Komponenten, unter anderem Rohrverschraubungen, Ventilen, Reglern und Schläuchen und Rohrleitungen. Eine gründliche Systemplanung, effiziente Auslegung, effektive Verlegung von Rohrleitungen und andere Best Practices im Zusammenhang mit der Installation tragen dazu bei, dass das System schneller einsatzbereit ist und über die Lebensdauer der Anlage zuverlässig arbeitet.
Mit der zunehmenden Komplexität von Multi-Wafer-Prozessanlagen und Gasversorgungssystemen bringt ein Untersystem, das mehrere komplexe Rohrbiegungen erfordert, Ingenieure und Monteure schnell an ihre Grenzen Hier ist die Zusammenarbeit mit einem Hersteller von Vorteil, der komplette Untersysteme liefert und Rohrbiegungen bei sich vorbereitet, sodass sie nicht vor Ort ausgeführt werden müssen. Das gesamte Untersystem ist bereits bei Lieferung installationsfertig und leckagefrei.
Außerdem finden in einem effizient ausgelegten Fluidsystem zahlreiche Rohrbiegungen Platz, wo ansonsten zusätzliche Verschraubungen notwendig wären. Durch weniger unnötige Verbindungsstellen können Teile eingespart und potenzielle Leckagestellen reduziert werden. Das spart Halbleiterunternehmen unter Umständen viel Geld ein. Hersteller können durch den Einsatz qualitativ hochwertiger Fluidsystemkomponenten und mit der Unterstützung durch Auslegungs- und Serviceexperten die kurzfristigen Baukosten sowie die Gesamtbetriebskosten über die Lebensdauer der Anlage senken.
Nr. 3 Niedrigere Kosten über die gesamte Lebensdauer
Sobald das Halbleiterwerk mit der Produktion begonnen hat, stehen Betriebseffizienz und maximaler Durchsatz im Fokus. Anlagenstillstände aufgrund eines Ausfalls der Fluidsysteme können Produktionsverluste in Millionenhöhe pro Stunde bedeuten – insbesondere in Anlagen für die KI-, Automobil- und HPC-Branche. Der Einsatz qualitativ hochwertiger Komponenten und Baugruppen von Beginn an trägt dazu bei, die Wartungs-, Reparatur- und Betriebsanforderungen über die Lebensdauer der Anlage gering zu halten.
Zum Beispiel ist thermische Stabilität zunehmend wichtiger, insbesondere bei neuen Werkstoffen, die eine präzise Steuerung von Temperatur- und Gasversorgungssystemen erfordern. Wenn jedoch eine Kühlmittelleitung nicht angemessen isoliert ist, kann die Temperatur in der Werkzeugkammer schwanken. Darunter leidet letztendlich die Produktionsleistung. Die richtige Auswahl von Isolationsart und -stärke bei Schläuchen verringert von Anfang an die Wahrscheinlichkeit, dass Probleme auftreten. Hierzu gehört auch die Kondensation, die häufig in Halbleiterwerken zu beobachten ist.
Mit dem Einsatz qualitativ hochwertiger Komponenten und gut ausgelegter Systeme von von Beginn an können Wartungs-, Reparatur- und Betriebsaktivitäten einfacher und schneller durchgeführt werden. Zusätzlich müssen in diesem Fall über die Lebensdauer der Anlage weniger Komponenten und Anwendungen ausgetauscht werden. Langfristig führen diese Kosteneinsparungen und die weniger häufigen Anlagenstillstände zu einer produktiveren – und profitableren – Anlage.
Nr. 4 Standardisierte, globale Qualität
Betreiber von Halbleiterwerken stehen in der Regel vor der Aufgabe, Standards und Prozesse für ihre Standorte weltweit zu vereinheitlichen, denn das maximiert die Produktion und sorgt dafür, dass Qualitätsstandards eingehalten werden.
Sind die Komponenten und Anwendungen eines Fluidsystems für alle Anlagen standardisiert, ergeben sich erhebliche Vorteile. Einheitliche Systeme lassen sich einfacher warten und tragen dazu bei, dass Installationstechniken einheitlich angewendet werden und sich die allgemeine Betriebssicherheit erhöht. Lieferanten, die weltweit konsistente Produktspezifikationen, Just-in-Time-Logistik und Unterstützung vor Ort bieten, sind entscheidend, um regionale Konformitätsanforderungen einzuhalten und gleichzeitig im Zeitplan zu bleiben. Die anlagenübergreifende Zusammenarbeit mit entsprechend aufgestellten Unternehmen trägt zur Effizienz und zu einer Auslegung bei, die sich positiv auf die globale Profitabilität auswirkt.
Nr. 5 Gesteigerte Produktivität und höherer Output
Ist ein Halbleiterwerk einmal in Betrieb, tragen Systeme, die einen stabilen Durchfluss sicherstellen, Partikelabgabe verhindern und häufige Abschaltungen überflüssig machen, direkt zu einer höheren Chip-Produktion und längeren Betriebszeiten bei. Eine stabile Produktion kann für einen Hersteller in dieser hart umkämpften Branche der entscheidende Vorteil im Wettbewerb sein.
In modernen Halbleitwerken können bereits Produktionseinbußen von 0,5 % jährlich einen Verlust in zweistelliger Millionenhöhe bedeuten. Die Zuverlässigkeit von Fluidsystemen ist inzwischen von Anfang an in die ROI-Berechnungen integriert. Der Einsatz qualitativ hochwertiger Teile, Komponenten und Untersysteme für wichtige Fluidsysteme im gesamten Halbleiterwerk bietet zahlreiche Vorteile und führt zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten über die Lebensdauer der Anlage.
Kleine Anpassungen können die Kosten von Halbleiterwerken reduzieren
Da weltweit neue Halbleiterwerke ans Netz gehen und der geopolitische Druck wächst, nationale Kapazitäten regional zu steigern, ist jede einzelne Auslegungsentscheidung entscheidend. Hochwertige Fluidsysteme sind längst nicht mehr nur ein Zuverlässigkeitsfaktor, sondern ein strategischer Hebel für Wettbewerbsfähigkeit und Kapitalrendite.
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