Selon Deloitte, nous pouvons nous attendre à ce que la pénurie mondiale de puces à semi-conducteurs se poursuive alors que l’offre rattrape la demande croissante. La fabrication de ces puces nécessite des conditions de fabrication hautement contrôlées où le bruit, les vibrations et la poussière sont réduits au minimum.
Ici, Chris Johnson, directeur général de SMB Bearings, explique le rôle crucial que jouent les roulements dans la fabrication de puces semi-conductrices.
Les puces semi-conductrices stockent des données sur presque tous les appareils numériques modernes que nous utilisons. Selon ASML, en 2020, plus d’un billion de puces ont été produites dans le monde. Malgré leur utilisation dans de nombreux produits sur lesquels nous comptons, le processus de fabrication est complexe et nécessite de la précision.
La fabrication de toute puce implique plusieurs processus. Tout d’abord, les tranches de silicium sont tranchées et polies avant d’être recouvertes d’un revêtement de « résine photosensible » sensible à la lumière. La tranche de puce est ensuite insérée dans une machine de lithographie où elle est exposée à l’ultraviolet profond (DUV) ou à l’ultraviolet extrême (EUV). Les motifs nécessaires sont ensuite gravés dans la tranche. Les roulements peuvent être trouvés dans divers équipements de traitement des semiconducteurs, et leurs configurations faciliteront le processus spécifique impliqué.
Environnements de salle blanche
Pour accomplir ce processus, les fabricants doivent opérer dans des conditions de travail délicates sous la forme de salles blanches. L’environnement doit être clos, avec des particules en suspension dans l’air, la température ambiante, la pression de l’air, le bruit et l’éclairage, tous étroitement contrôlés. Le site sera souvent conforme à la norme ISO 14644-1 Classe 5 ou inférieure, qui spécifie un nombre de particules minimum autorisé de 3 520 particules de 0,5 µm ou moins.
Une seule plaquette peut passer par jusqu’à 200 étapes avant d’atteindre la norme de l’industrie, ce qui signifie que le site de production doit être complètement stérile et exempt de particules. Cela signifie installer de puissants systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (HVAC) et de filtration pour nettoyer et faire circuler l’air afin d’éliminer toutes les particules jusqu’aux limites autorisées.
Éviter le dégazage
La contamination moléculaire aéroportée (AMC) est une préoccupation dans la fabrication de précision. La libération de vapeur des matériaux d’équipement dans les salles blanches est la source de contamination la plus importante pour les composés organiques volatils (COV), ce qui peut avoir un impact négatif sur les outils de production et augmenter les coûts.
Maintenir une production stable de semi-conducteurs signifie surveiller en permanence les niveaux d’AMC. Le choix du matériau de roulement et du lubrifiant peut aider à éviter les complications en minimisant le potentiel de dégazage. Nous vous recommandons d’utiliser de l’acier inoxydable pour les applications sous vide ou en salle blanche car il présente un faible dégazage. Des roulements en plastique fabriqués à partir de PEEK et d’alternatives en nitrure de silicone entièrement céramique peuvent également être envisagés, mais le choix dépendra de l’application.
Si nous nous tournons vers les lubrifiants, la plupart des graisses peuvent souvent se vaporiser. Ceux qui travaillent dans des environnements de fabrication de semi-conducteurs doivent sélectionner des graisses perfluorées à faible volatilité avec de faibles taux de dégazage. Si la machine fonctionne à basse vitesse, n’utiliser aucun lubrifiant ou opter pour un lubrifiant « sec » comme le bisulfure de molybdène est également une option.
Réduction des vibrations
Les processus utilisés pour obtenir de l’air propre nécessitent d’investir dans le pompage, les tuyaux, les conduits et les systèmes de ventilation – qui génèrent tous des vibrations indésirables à moins d’être suffisamment isolés. Les vibrations à la fois à l’intérieur et à l’extérieur d’une salle blanche peuvent avoir un impact important sur le produit final.
Des roulements de haute qualité sont essentiels pour minimiser le bruit et les vibrations excessifs. Des billes ou des chemins de roulement endommagés, une mauvaise rotondité et une lubrification inadéquate créent tous un bruit qui peut entraver la production de semi-conducteurs. Par conséquent, un contrôle régulier de l’état de surface et de la rotondité des billes et des bagues de roulement est indispensable.
Comme pour le dégazage, le choix de la lubrification est également critique pour contrôler les vibrations. Nous suggérons d’utiliser des graisses à faible bruit finement filtrées car elles contiennent moins de particules solides plus petites qui génèrent du bruit lorsqu’elles passent entre les billes et le chemin de roulement. Si les roulements sont insuffisamment lubrifiés ou remplis de la mauvaise graisse, les fabricants doivent contacter un fournisseur comme SMB Bearings, qui peut proposer des services de relubrification pour éviter le dégazage et les bruits perturbateurs.
La pénurie mondiale de puces à semi-conducteurs est peut-être destinée à se poursuivre, mais apporter de petits changements peut aider les fabricants à éviter les temps d’arrêt des machines et les reprises imprévues. La sélection de roulements à faible bruit et l’application de la lubrification nécessaire peuvent aider à éviter de perturber l’équipement, à limiter le dégazage et à maintenir une production stable de semi-conducteurs à un moment où l’industrie a désespérément besoin de résilience.