L’incidence des systèmes fluides sur les coûts dans les fabriques de semi-conducteurs

Pourquoi il est important d’équiper les nouvelles fabriques de semi-conducteurs de systèmes fluides très performants

Masroor Malik, spécialiste des solutions pour le secteur des semi-conducteurs

Lors de la construction d’une nouvelle fabrique de semi-conducteurs, de nombreux facteurs entrent en ligne de compte, notamment la rapidité de mise sur le marché, l’uniformisation des matériaux et des installations, et le coût global de la fabrique. Selon plusieurs estimations, les coûts de construction d’une nouvelle fabrique dépassent la plupart du temps les cinq milliards de dollars. Dans le cas des usines de pointe (distance entre deux transistors inférieure ou égale à 3 nm), on atteint souvent les 20 milliards de dollars, voire plus, d’où une pression d’autant plus forte pour optimiser chaque système.

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Les salles blanches et le matériel coûteux nécessaires pour fabriquer des puces semi-conductrices représentent la majeure partie de ces dépenses, mais le coût global peut être fortement influencé par d’autres systèmes et équipements utilisés dans l’ensemble de l’installation.

Les systèmes de circulation des fluides, qui acheminent les liquides et les gaz nécessaires aux procédés de fabrication dans toute l’installation, en sont un exemple. Lorsqu’approche le moment de construire une nouvelle fabrique de semi-conducteurs, il est possible d’augmenter considérablement la rentabilité à court et à long terme de l’installation en optant pour des composants et des assemblages de qualité pour les systèmes fluides et en travaillant en étroite collaboration avec les fournisseurs des systèmes pendant la phase d’ingénierie préliminaire.

Comment aborder les systèmes fluides dans les fabriques de semi-conducteurs

Voici une stratégie prudente en cinq points pour concevoir et installer les systèmes fluides d’une manière qui peut contribuer à accroître la rentabilité d’une fabrique de semi-conducteurs.

1. Des systèmes étanches plus vite installés

La construction de nouveaux bâtiments correspond généralement à l’arrivée d’une nouvelle technique de production et/ou à la nécessité d’augmenter les capacités de production, faisant de la rapidité de mise sur le marché un objectif premier pour garder une longueur d’avance sur la concurrence. Les activités de fabrication et de production sont censées commencer dès que possible, souvent avant l’achèvement des installations secondaires.

Autrement dit, il n’y a pas de temps à perdre. Or, concevoir et construire des systèmes fluides complexes et les installer partout dans la fabrique est un processus potentiellement fastidieux qui nécessite beaucoup de main-d’œuvre et d’expertise pour monter correctement des composants critiques et garantir l’intégrité totale des systèmes. Ce processus peut s’avérer particulièrement complexe si les sous-traitants et les installateurs ne disposent pas des connaissances ou de la formation nécessaires pour réaliser des systèmes parfaitement étanches et fiables.

Alors que, partout dans le monde, le secteur de la construction fait face à une pénurie de main-d’œuvre persistante, des assemblages conçus sur mesure et préfabriqués peuvent aider à éliminer les problèmes d’installation pendant la construction et à économiser le nombre considérable d’heures de main-d’œuvre qu’exige l’assemblage de sous-systèmes complexes. Recherchez un fournisseur qui s’efforcera de comprendre vos besoins et qui pourra vous fournir un assemblage complet, facile à installer et fabriqué avec des composants de qualité. Le temps ainsi économisé pourra vous aider à rendre votre fabrique pleinement opérationnelle beaucoup plus rapidement, ce qui vous permettra alors de lancer la production des semi-conducteurs à grande échelle.

2. Une planification et une conception plus rationnelles

Les systèmes fluides des fabriques de semi-conducteurs sont constitués de composants divers – raccords pour tubes, vannes, régulateurs de pression, flexibles et tubes, notamment. Une bonne planification du système, une conception rationnelle, un cheminement efficace des tubes et d’autres bonnes pratiques d’installation peuvent aider à accélérer la mise en service d’un système qui restera fiable pendant toute la durée de vie de l’installation.  

Avec la complexité croissante d’outils qui traitent plusieurs galettes et des skids de distribution de gaz, un sous-système dont l’agencement complexe des tubes exige de nombreux changements de direction peut poser des difficultés aux concepteurs ou aux installateurs d’une entreprise. Travailler avec un fournisseur capable de réaliser un sous-ensemble complet et prêt à l’emploi peut là encore être intéressant, dans la mesure où toutes les opérations de cintrage auront été effectuées hors site. C’est un sous-système complet, parfaitement étanche et prêt à être installé qui vous sera livré.

On peut également imaginer une autre situation dans laquelle un système fluide bien conçu comportera de nombreux cintrages là où on aurait autrement utilisé des raccords. Réduire les raccords inutiles permet non seulement de faire des économies sur les pièces, mais aussi d’éliminer autant de points de fuite potentiels. Les fabricants peuvent réduire les coûts à court terme pendant la construction, ainsi que le coût total du cycle de vie de l’installation, en choisissant des composants de qualité supérieure pour les systèmes fluides et en s’appuyant sur des spécialistes de la conception de ces systèmes et, si nécessaire, du service après-vente.

3. Un coût total du cycle de vie moindre

Une fois la fabrique en activité, l’efficacité opérationnelle et l’optimisation de la capacité de production sont des priorités. Toute mise à l’arrêt résultant de la défaillance d’un système fluide peut entraîner des pertes financières qui se chiffrent à plusieurs millions pour chaque heure de production perdue, en particulier dans les usines qui comptent des clients dans les secteurs de l’intelligence artificielle, de l’automobile et des supercalculateurs. Opter dès le début pour des composants et des assemblages de qualité peut éviter d’avoir à effectuer certaines tâches de maintenance et de réparation pendant toute la durée de vie de l’installation.

Par exemple, la stabilité thermique est de plus en plus importante, en particulier pour les nouveaux matériaux qui nécessitent des systèmes de distribution de gaz et une température rigoureusement contrôlés. Or, si un flexible chargé d’acheminer le réfrigérant n’est pas équipé d’un isolant adéquat, les températures dans la chambre de réaction de l’outil peuvent fluctuer, des variations qui empêchent de produire au maximum des capacités. Choisir le bon type (et la bonne quantité) d’isolant pour les flexibles dès le départ aidera à réduire la probabilité de voir survenir des problèmes, notamment des problèmes de condensation qui sont courants dans une fabrique de semi-conducteurs.

Opter pour des composants de qualité et des systèmes bien conçus dès le début de la construction facilitera le travail de maintenance, de réparation et d’exploitation et réduira le temps à consacrer à ces activités. Il y aura en outre moins de composants et d’applications à remplacer au fil du temps. Les économies réalisées et la disponibilité accrue des installations contribueront à maintenir la productivité – et à augmenter la rentabilité – de la fabrique à long terme.

4. Des composants uniformisés et de qualité partout

Les propriétaires de fabriques de semi-conducteurs doivent souvent réfléchir à la meilleure façon de reproduire des procédés sur différents sites dans le monde, afin d’assurer une viabilité maximale de la production et de maintenir des exigences de qualité.

Il peut être avantageux d’uniformiser les composants de systèmes fluides ainsi que les applications dans l’ensemble des installations. Des systèmes construits selon la même logique faciliteront la maintenance, permettront d’utiliser les mêmes techniques d’installation et contribueront à la sécurité globale des activités de production. Des fournisseurs qui proposent dans le monde entier des produits dont les caractéristiques restent les mêmes, une logistique à flux tendu et un accompagnement par du personnel local sur le terrain, sont essentiels pour se conformer aux réglementations régionales tout en respectant les délais. Travailler avec de telles entreprises dans toutes vos installations peut amener des gains d’efficacité et déboucher sur des choix de conception qui vont considérablement augmenter la rentabilité de vos installations partout dans le monde.

5. Une productivité et un rendement accrus

Une fois qu’une fabrique de semi-conducteurs est opérationnelle après sa mise en service, on fera en sorte d’avoir des systèmes qui maintiennent un flux stable, libèrent peu de particules et n’ont pas besoin d’être arrêtés fréquemment, ce qui aura un effet positif direct sur la production de puces et la disponibilité des installations. La fiabilité de la production peut aider un fabricant à gagner ou à conserver un avantage dans ce secteur hautement concurrentiel.

Dans les fabriques de semi-conducteurs d’aujourd’hui, la moindre baisse de rendement, même de 0,5 %, peut faire perdre plusieurs dizaines de millions de dollars par an. La fiabilité des systèmes fluides est désormais abordée dès le premier jour dans les discussions concernant le retour sur investissement. Mais comme nous l’avons vu, opter pour des pièces, des composants et des sous-ensembles de qualité supérieure pour tous les systèmes fluides critiques de la fabrique a de nombreux avantages et peut faire baisser le coût total du cycle de vie de l’installation.

Des changements mineurs peuvent réduire les coûts dans les fabriques de semi-conducteurs

Avec des projets de nouvelles fabriques partout dans le monde, notamment du fait des tensions géopolitiques qui incitent chaque région à accroître ses propres capacités de production, chaque choix de conception a son importance. Des systèmes fluides de haute qualité ne sont plus seulement un atout de fiabilité, mais un facteur stratégique de compétitivité et de rendement du capital.

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