☝️ La industria de los SEMICONDUCTORES | Fabricación - FOUNDRY y FABLITE | PT3

Ingenio Inversiones

23 Nov 202106:38

Summary

TLDREl video describe el proceso de fabricación de microchips, comenzando con la purificación del silicio para obtener obleas que se procesan en ambientes extremadamente limpios. Se explica cómo las obleas son tratadas capa por capa, utilizando técnicas como fotolitografía y grabado con plasma, para crear los circuitos. También se menciona cómo se clasifican los chips según su rendimiento, y las principales empresas que fabrican microchips a nivel mundial, como TSMC y SMIC. Finalmente, se destaca el papel clave de Asia en la capacidad de manufactura de microchips.

Takeaways

🔬 La arena de silicio se purifica para obtener silicio metalúrgico o de grado electrónico, con una pureza del 99.99% o más, conocido como silicio 9N o 10N.
🧱 El silicio purificado se derrite y se forma en lingotes que pueden pesar hasta 200 kilos. Estos se cortan en discos llamados obleas, que son pulidos para obtener una superficie lisa.
🏭 Las instalaciones donde se fabrican microchips son extremadamente limpias, con niveles de limpieza mil veces superiores a los de un quirófano.
💡 Se aplica una capa fotorresistente a las obleas, que luego se expone a luz ultravioleta para crear patrones de circuitos en un proceso conocido como fotolitografía.
⚙️ El proceso de fabricación de chips implica la construcción capa por capa, utilizando tratamientos químicos y plasma para definir los circuitos.
🔗 Se añaden aleaciones metálicas para las interconexiones en la oblea, utilizando máquinas especializadas como sputters, seguidas de un pulido preciso.
📏 Las obleas se cortan en pastillas, que se prueban y clasifican. Las pastillas que cumplen con los estándares avanzan al siguiente proceso, mientras que las defectuosas se desechan.
💻 Los chips se agrupan según su rendimiento: los mejores para procesadores de alta gama (como Intel i9) y los de menor rendimiento para gamas inferiores (como Intel i7).
🌍 Las fundiciones puras, que no diseñan pero fabrican chips, dominan el mercado, con TSMC y SMIC entre las más grandes del mundo.
🇯🇵 Japón también tiene una presencia significativa en la fabricación de microchips a través de empresas fabless y fabricantes de dispositivos integrados, que se enfocan en la optimización de costos y tecnologías específicas.

Q & A

¿Qué es el silicio 9M mencionado en el proceso de fabricación de microchips?
-El silicio 9M es un tipo de silicio ultra puro con una pureza de 99.9999999%, lo que significa que tiene varios nueves después del punto decimal, por lo cual recibe esta denominación.
¿Qué importancia tienen las instalaciones ultra limpias en la fabricación de microchips?
-Las instalaciones ultra limpias son esenciales para evitar que las partículas de polvo interfieran con el proceso de fabricación de microchips, ya que estas partículas pueden afectar la precisión y la calidad de los chips.
¿Qué máquina se utiliza para crear los patrones de circuitos en las obleas de silicio?
-Para crear los patrones de circuitos en las obleas de silicio se utiliza una máquina llamada 'stepper', que expone una capa fotoresistente a la luz ultravioleta con máscaras específicas.
¿Cómo se construye el diseño de los chips en las obleas?
-El diseño de los chips se construye capa por capa, aplicando una capa fotoresistente, revelando el patrón con luz ultravioleta y luego eliminando la capa fotoresistente mediante ataques químicos o plasma. Este proceso se repite múltiples veces.
¿Qué se hace con las obleas después de fabricar los chips?
-Después de fabricar los chips, las obleas se cortan en pastillas, y aquellas que pasan las pruebas de calidad se utilizan para crear procesadores completos. Las pastillas que fallan se desechan.
¿Qué determina si un procesador será clasificado como i3, i5, i7 o i9?
-La clasificación de los procesadores (i3, i5, i7, i9) se basa en el rendimiento y las características que presentan durante las pruebas de calidad. Los mejores chips se clasifican como i9, mientras que los de menor rendimiento como i7 o i5.
¿Qué empresas son las principales fundiciones de chips según los ingresos de 2020?
-Las principales fundiciones de chips según los ingresos de 2020 son TSMC con 47,693 millones de dólares, UMC con 6,297 millones, y GlobalFoundries con 4,851 millones.
¿Qué ventajas ofrece el modelo de negocio fabless para la fabricación de microchips?
-El modelo de negocio fabless ofrece ventajas como la reducción de costos al no invertir en la construcción de fábricas avanzadas, lo que permite optimizar la producción en tecnologías más específicas y menos avanzadas.
¿Qué empresas utilizan el modelo de negocio fabless?
-Algunas empresas que utilizan el modelo de negocio fabless incluyen Sony, Panasonic, Fujitsu y Renesas Electronics, todas ellas fabricantes de productos electrónicos de consumo y tecnologías de información.
¿Qué papel desempeñan las fundiciones puras en la industria de los microchips?
-Las fundiciones puras son fábricas especializadas en la fabricación de microchips para terceros, sin diseñar ni fabricar sus propios chips. Producen para clientes como Apple, Qualcomm, Nvidia, y otras grandes compañías tecnológicas.

Outlines

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🔬 Proceso de Fabricación de Chips de Silicio

El proceso de fabricación del silicio para chips pasa por varios etapas de purificación para obtener el silicio metalúrgico, también conocido como silicio de grado electrónico. Este silicio ultra puro, con una composición del 99.99% y más, se denomina silicio 9N. Se derrite para formar lingotes que pueden pesar hasta 200 kilos. Estos lingotes son cortados y pulidos para obtener las obleas, también conocidas como wafers. En instalaciones ultra limpias, para evitar la contaminación por partículas de polvo, se utilizan máquinas para manipular las obleas. Se aplica una capa de fotoresistente, que se expone a la luz ultravioleta a través de máscaras en una máquina llamada stepper. Este proceso es para miniaturizar y crear los patrones de circuito. Posteriormente, se limpia la capa y se revela el patrón. El material revelado se ataca con productos químicos o plasma para eliminar la capa fotoresistente. Se agregan aleaciones de metales para integrar contactos e interconexiones en la oblea, utilizando máquinas llamadas sputtering. Finalmente, se pulen los excesos de material con procesos químicos y mecánicos para obtener el acabado suave. Se realizan pruebas en fracciones de la oblea y se cortan en pastillas, que son los chips finales. Solo los chips con respuesta correcta pasan al siguiente proceso, mientras que el resto se descarta. Se empaqueta la pastilla junto con el sustrato y el disipador de calor para formar el procesador completo, que luego se somete a pruebas de clase para evaluar la disipación de calor y la frecuencia máxima.

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🏭 Fundiciones y Fab Lights en la Fabricación de Chips

Las fundiciones son empresas que realizan el proceso de fabricación de chips sin diseñar ni fabricar sus propios chips. Las principales fundiciones, según los ingresos de 2020, incluyen a TSMC, la líder con ingresos de 47 mil 693 millones de dólares, seguida por UMC y GlobalFoundries. Estas fundiciones atienden a clientes de todo el mundo y fabrican chips para múltiples aplicaciones. Además, existen las compañías denominadas 'fab lights', que se enfocan en la fabricación de microchips a成本低, atendiendo a nodos específicos para industrias específicas. Estas compañías no buscan atender a nodos de tecnología avanzada sino optimizar costos, ya sea construyendo fábricas o adquiriendo fábricas antiguas y actualizándolas. Este modelo de negocio ha demostrado ser rentable en la última década. Algunas de las compañías que operan bajo este modelo, según sus ingresos en yenes de 2020, son Sony, Panasonic, Fujitsu y Renesas Electronics.

Mindmap

Keywords

💡Silicio de grado electrónico

El silicio de grado electrónico es una forma ultra pura de silicio, con una pureza de 99.9999% o más, también conocido como silicio 9N o incluso 10N. Se utiliza principalmente en la fabricación de microchips, ya que su alta pureza es esencial para la conducción eficiente de señales eléctricas en los dispositivos. En el video, se menciona que este tipo de silicio se obtiene mediante procesos de purificación que eliminan impurezas presentes en la arena de silicio.

💡Lingotes de silicio

Los lingotes de silicio son grandes bloques de silicio purificado que se obtienen al derretir el material refinado. Estos lingotes pueden llegar a pesar hasta 200 kilos y se utilizan para fabricar las obleas de silicio, que son cortadas en discos. En el proceso de producción de chips, estos lingotes son esenciales para el primer paso de creación de las obleas.

💡Obleas de silicio

Las obleas de silicio son discos finos y pulidos que se cortan de los lingotes de silicio. Estas obleas son la base sobre la cual se construyen los microchips, utilizando técnicas como la fotolitografía y deposición de capas. El video destaca cómo las obleas se someten a múltiples procesos de pulido y limpieza para garantizar su lisura y calidad antes de ser utilizadas en la producción de circuitos integrados.

💡Fotomáscara

Una fotomáscara es una plantilla que se utiliza en el proceso de fotolitografía para proyectar patrones de circuitos sobre una oblea de silicio mediante luz ultravioleta. Esto permite miniaturizar los componentes del chip. En el video, se menciona que este es un paso crucial para la creación de los patrones de circuitos en las obleas.

💡Proceso de fotolitografía

La fotolitografía es una técnica que utiliza luz ultravioleta para transferir patrones a una capa fotoresistente en la superficie de las obleas de silicio. Después de exponer la capa, se revela el patrón y se elimina el material no deseado, creando así las estructuras necesarias para los circuitos. Este proceso es fundamental en la fabricación de chips, ya que permite crear circuitos a escala nanométrica.

💡Capa fotoresistente

La capa fotoresistente es un material sensible a la luz que se aplica sobre la oblea de silicio antes del proceso de fotolitografía. Esta capa se expone a la luz ultravioleta y permite crear patrones en la oblea que luego serán tratados con productos químicos. Es un componente clave en la creación de las diversas capas de los circuitos integrados mencionados en el video.

💡Scooters

Los scooters son máquinas utilizadas en la fabricación de chips para mover y procesar las obleas durante las diferentes fases de producción, como la aplicación de capas y la deposición de materiales. Estas máquinas automatizan el proceso para evitar la contaminación y asegurar precisión. El video menciona los scooters como herramientas indispensables en las instalaciones de fabricación ultra limpias.

💡Pastillas

Las pastillas son pequeños pedazos en los que se corta la oblea de silicio, y cada pastilla contiene un microchip individual. Dependiendo del tamaño de la oblea y del tipo de chip, se pueden obtener varias docenas o incluso miles de pastillas. En el video se menciona cómo se cortan las pastillas después de realizar pruebas para asegurarse de que funcionen correctamente antes de ser empaquetadas.

💡Fundiciones puras

Las fundiciones puras son fábricas que se dedican exclusivamente a la fabricación de microchips para otras empresas sin diseñar ni vender sus propios productos. Empresas como TSMC y GlobalFoundries se mencionan en el video como ejemplos de fundiciones puras. Estas compañías son esenciales en la industria de los semiconductores, proporcionando capacidad de fabricación para grandes marcas tecnológicas.

💡Fabless

Las empresas fabless son aquellas que diseñan chips pero subcontratan su fabricación a fundiciones puras. Este modelo de negocio les permite centrarse en el diseño de tecnología avanzada sin la necesidad de operar sus propias fábricas. En el video, se explica cómo algunas compañías adoptan este enfoque para optimizar costos y mantenerse competitivas en la industria de semiconductores.

Highlights

La fabricación de la arena de silicio pasa por diferentes procesos de purificación para obtener el silicio metalúrgico o silicio de grado electrónico.

El silicio ultra puro, con una composición de 99.99% de pureza, es conocido como silicio 9M debido a la cantidad de nueves en su pureza.

El silicio purificado se derrite para obtener lingotes que pueden llegar a pesar hasta 200 kilos.

Estos lingotes se cortan en discos y se pulen para obtener obleas, esenciales en la fabricación de microchips.

Las instalaciones de los fabricantes de microchips son mil veces más limpias que las de un quirófano.

Se utilizan máquinas para mover las obleas durante todo el proceso de fabricación para evitar que el movimiento de las personas levante partículas de polvo.

Se aplica una capa fotoresistente a las obleas, que luego se expone a la luz ultravioleta para crear patrones de circuitos.

Este proceso de miniaturización de patrones se realiza capa por capa, utilizando tratamientos diferentes para cada una.

Se agregan aleaciones de metales para integrar contactos e interconexiones en la oblea.

Las obleas se cortan en pequeños pedazos llamados pastillas, que contienen varios chips.

Las pastillas que pasan las pruebas de calidad avanzan al siguiente proceso, mientras que las defectuosas se desechan.

Los procesadores se empaquetan con un sustrato, que actúa como interfase eléctrica y mecánica, y un disipador de calor.

Los procesadores con mejor rendimiento se agrupan como i9, mientras que los de menor rendimiento se clasifican como i7 y otros.

Las fundiciones puras son fábricas que no diseñan ni fabrican sus propios chips, solo producen para terceros.

Taiwán y China lideran la capacidad de manufactura de chips a nivel mundial, y se espera que esto se mantenga hasta 2030.