CD Automation representa una empresa de referencia para las compañías involucradas en múltiples procesos de regulación térmica industrial. La empresa, activa desde 1987, produce unidades de potencia con tiristores de la más alta calidad, con el apoyo, a nivel internacional, de una red de filiales y socios de primer nivel en el ámbito multisectorial de la regulación térmica.
A través de estos productos, CD Automation reduce la complejidad y el consumo energético y mejora la Power Quality de los procesos térmicos, entre los cuales se incluyen algunas operaciones de fabricación de dispositivos semiconductores.
El valor de las asociaciones
La autoridad de la empresa en el ámbito de las tecnologías térmicas ha facilitado asociaciones con otros actores de referencia del sector. En este contexto, resulta especialmente interesante analizar el alcance de estas colaboraciones en un área crucial para el mercado internacional: la producción de dispositivos semiconductores.
Desde la aparición del primer diodo, la temperatura ha desempeñado un papel fundamental en los procesos de fabricación de semiconductores. Las soluciones desarrolladas por CD Automation para sus socios se basan en una comprensión profunda de los procesos tecnológicos que conforman los semiconductores. En particular, a medida que las dimensiones de estos dispositivos se han reducido, la importancia de la temperatura como variable crítica del proceso de producción ha aumentado significativamente.
¿Qué es un semiconductor?
La característica fundamental de los semiconductores se refleja en su propio nombre: son materiales cuya conductividad eléctrica se sitúa entre la de los conductores metálicos y la de los aislantes. Se trata de una categoría de sustancias bastante amplia y heterogénea, altamente sensible a la luz y caracterizada por un coeficiente de temperatura negativo de la resistividad eléctrica. Esto significa que su conductividad aumenta con el incremento de la temperatura, a diferencia de los conductores metálicos.
La principal razón por la que los semiconductores son tan útiles es que su conductividad puede modificarse mediante la adición de impurezas (dopaje), la acción de un campo eléctrico o la exposición a la luz.
La crisis de los dispositivos semiconductores
En los últimos años, el sector de los semiconductores ha atravesado una fase de fuerte inestabilidad, inicialmente vinculada a las dificultades de suministro surgidas en el período pospandémico y que afectaron especialmente a la electrónica de consumo y a la industria automotriz. Aunque la fase más crítica de la llamada “chip shortage” se ha ido atenuando progresivamente, el mercado sigue caracterizado por dinámicas complejas y una demanda muy desigual entre distintos sectores de aplicación.
Hoy en día, el crecimiento impulsado por áreas como la inteligencia artificial y los centros de datos está influyendo de manera significativa en las estrategias de producción de los principales actores globales, con efectos indirectos en la disponibilidad de ciertos tipos de componentes electrónicos. En este escenario en constante evolución, el sector de los semiconductores sigue siendo estratégico y altamente sensible al equilibrio entre demanda, capacidad de producción e innovación tecnológica.
De estas consideraciones se desprende que el término más adecuado no es simplemente “chips”, sino “dispositivos semiconductores”, que identifica toda la familia de componentes fundamentales de la electrónica moderna (transistores, diodos y dispositivos de potencia) y que constituye la base sobre la que se ha desarrollado y sigue evolucionando la electrónica industrial.
¿Cómo se fabrican los dispositivos semiconductores?
La fabricación de dispositivos semiconductores se refiere al proceso utilizado para producir los chips y circuitos integrados presentes en la mayoría de los dispositivos electrónicos actuales. Este proceso industrial se lleva a cabo mediante múltiples etapas que implican tecnologías fotolitográficas y fisicoquímicas, durante las cuales los circuitos se construyen gradualmente sobre un sustrato llamado wafer, formado por un único cristal de material semiconductor de altísima pureza. Para la creación de un circuito integrado es necesario un wafer extremadamente homogéneo, sin discontinuidades que comprometan la calidad de los componentes. El semiconductor más utilizado en la industria es el silicio monocristalino (con una estructura cristalina uniforme en todo el material), crecido mediante la técnica de Czochralski.
El proceso de Czochralski
Este proceso consiste en el levantamiento vertical y la rotación simultánea en sentido antihorario de un germen monocristalino de silicio correctamente orientado, introducido en silicio fundido a 1425°C mediante una varilla metálica, mientras el crisol gira en sentido contrario.
De este modo, una pequeña cantidad de material fundido en contacto con el germen se enfría y solidifica siguiendo una estructura cristalina idéntica a la del mismo. A medida que el germen se extrae hacia arriba, más material se solidifica de la misma forma, formando un lingote monocristalino.
La temperatura del silicio en el crisol se mantiene apenas unos grados por encima de su punto de fusión y, al adherirse al germen monocristalino, se solidifica rápidamente conservando su estructura. El control estricto de la temperatura, la atmósfera, la velocidad de extracción y la ausencia total de vibraciones permite la producción de lingotes perfectamente cilíndricos y de alta pureza.
El método float zone
Sin embargo, el método anterior presenta una limitación: el silicio tiende a reaccionar químicamente con los materiales del crisol. Por esta razón, es preferible obtener los monocristales de silicio mediante la técnica de zona flotante (floating-zone).
En este caso, el lingote se fija en la parte superior al mandril superior, mientras que su parte inferior entra en contacto directo con un germen monocristalino sostenido por el mandril inferior. El proceso comienza con la creación de una zona fundida en la parte del lingote en contacto con el germen, que luego se desplaza lentamente hacia arriba. El silicio que solidifica reproduce fielmente la estructura cristalina del germen.
Eliminación de defectos
La siguiente etapa consiste en cortar el lingote con hilos de diamante para obtener discos de unos pocos décimos de milímetro de espesor: los wafers. Las láminas obtenidas presentan imperfecciones superficiales que se eliminan mediante una serie de procesos (pulido y lapeado).
El tratamiento final consiste en un ataque químico que elimina las últimas imperfecciones superficiales, obteniendo wafers monocristalinos listos para la fabricación de componentes.
La fotolitografía
En esta etapa de la fabricación de dispositivos semiconductores es necesario miniaturizar patrones complejos e imprimirlos sobre el wafer mediante un proceso denominado fotolitografía.
Inicialmente, el wafer se recubre con sustancias químicas fotosensibles (photoresist), que se endurecen al exponerse a la luz. Posteriormente, un haz de luz se proyecta a través de una fotomáscara, creando una imagen luminosa del circuito. Esta imagen se reduce mediante un sistema de lentes y se proyecta sobre el wafer.
La luz reacciona con el photoresist, que luego se elimina, revelando una capa de óxido subyacente. Esta capa se somete a un ataque químico que expone el silicio. El silicio expuesto se somete entonces a un proceso llamado dopaje, que modifica sus propiedades eléctricas.
Este proceso se repite varias veces con diferentes combinaciones de productos químicos y máscaras, hasta construir los dispositivos capa por capa.
La asignación de propiedades
Algunas capas se hornean, otras se bombardean con plasma ionizado y otras se sumergen en metales. Cada tratamiento modifica las propiedades de la capa y forma gradualmente parte del diseño del chip. Los wafers terminados contienen miles de millones de elementos de circuito y miles de microchips individuales.
Fabricación de dispositivos semiconductores: un sector en constante evolución
La comprensión completa de estos procesos de fabricación es esencial para afrontar los numerosos desafíos de un sector en continuo crecimiento y profundamente implicado en la evolución de las tecnologías térmicas. Precisamente con este objetivo, CD Automation pone a disposición su know-how y una familia de controladores de potencia universales para la producción de dispositivos semiconductores.
Las características de REVO C
REVO C, en el rango de 30 a 2100 A, es un regulador de potencia de alto rendimiento para el control de potencia, adaptable a todas las aplicaciones SCR y equipado con un microprocesador avanzado que lo hace universal y completamente configurable mediante software.
También se presenta como una de las unidades más completas de la gama gracias a:
- sincronización de las tres fases, diagnóstico de rotación de fases, disparo en ángulo de fase, limitación de corriente y alta precisión de medición;
- comunicación Profinet integrada y tiempos de integración reducidos gracias a las librerías TIA Portal; comunicación Ethernet/IP con librerías dedicadas para simplificar la integración;
- certificación SCCR 100 kA – 600 V (Short Circuit Current Rating), conforme a la norma UL508.
La principal ventaja del regulador de potencia REVO C, que lo hace especialmente adecuado para la producción de dispositivos semiconductores, es su capacidad de conectarse fácilmente con el mundo exterior mediante Bluetooth y los protocolos Fieldbus industriales más utilizados. Su versatilidad permite configurar entradas, modos de disparo y lógica de control directamente desde un smartphone o un ordenador personal.
Diseñado y construido como una unidad compacta única, REVO C no solo reduce el espacio ocupado y el tiempo necesario para el montaje y cableado de fusibles separados, sino que también garantiza una correcta ejecución de las fases de prueba y un acceso sencillo a las placas de circuito impreso, fusibles y tiristores.
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