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83. Microelectrónica y Semiconductores

Redactor del capítulo: Michael E Williams


Índice del contenido

Tablas y Figuras

Perfil general
Michael E Williams

Fabricación de semiconductores de silicio
David G. Baldwin, James R. Rubin y Afsaneh Gerami

Pantallas de cristal líquido
David G. Baldwin, James R. Rubin y Afsaneh Gerami

Fabricación de semiconductores III-V
David G. Baldwin, Afsaneh Gerami y James R. Rubin

Tablero de circuito impreso y ensamblaje de computadora
Michael E Williams

Efectos sobre la salud y patrones de enfermedad
Donald V Lassiter

Problemas ambientales y de salud pública
Masticar con corcho

Mesas

Haga clic en un enlace a continuación para ver la tabla en el contexto del artículo.

1. Sistemas fotorresistentes
2. Decapantes fotorresistentes
3. Grabadores químicos húmedos
4. Gases de grabado por plasma y materiales grabados
5. Dopantes de formación de uniones para difusión
6. Principales categorías de epitaxia de silicio
7. Principales categorías de ECV
8. Limpieza de pantallas planas
9. Proceso PWB: medioambiente, salud y seguridad
10. Controles y generación de residuos de PWB
11. Controles y generación de residuos de PCB
12. Generación de residuos y controles
13. Matriz de necesidades prioritarias

Figuras

Apunte a una miniatura para ver el título de la figura, haga clic para ver la figura en el contexto del artículo.

MIC060F7MICO10F2MIC010F3MIC020F3MIC030F1MIC050F4MICO50F5MIC050F6MIC060F6MIC060F7MIC060F2MIC060F3MIC060F4MIC060F5


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Sábado, 19 de marzo 2011 20: 40

Perfil general

La diversidad de procesos y productos dentro de la industria de microelectrónica y semiconductores es inmensa. El enfoque de la discusión sobre salud y seguridad ocupacional en este capítulo se centra en la producción de circuitos integrados (IC) de semiconductores (tanto en productos a base de silicio como en compuestos de valencia III-V), producción de placas de cableado impreso (PWB), placas de circuito impreso (PCB) montaje y montaje de computadoras.

La industria se compone de numerosos segmentos importantes. La Asociación de la Industria Electrónica utiliza la siguiente delineación al informar datos sobre tendencias, ventas y empleo pertinentes dentro de la industria:

  • componentes electrónicos
  • la electrónica de consumo
  • telecomunicaciones
  • comunicaciones de defensa
  • computadoras y equipos periféricos
  • electrónica industrial
  • electrónica médica.

 

Los componentes electrónicos incluyen tubos de electrones (p. ej., tubos receptores, de propósito especial y de televisión), productos de estado sólido (p. ej., transistores, diodos, circuitos integrados, diodos emisores de luz (LED) y pantallas de cristal líquido (LCD)) y pasivos y otros componentes (por ejemplo, condensadores, resistencias, bobinas, transformadores e interruptores).

Los productos electrónicos de consumo incluyen televisores y otros productos de audio y video para el hogar y portátiles, así como equipos de información tales como computadoras personales, máquinas de transmisión de facsímil y contestadores telefónicos. El hardware y el software de juegos electrónicos, los sistemas de seguridad para el hogar, los casetes de audio y video y los disquetes vírgenes, los accesorios electrónicos y las baterías primarias totales también se incluyen en el encabezado de productos electrónicos de consumo.

Además de las computadoras especializadas y de uso general, las computadoras y los equipos periféricos incluyen equipos auxiliares de almacenamiento, equipos de entrada/salida (p. ej., teclados, ratones, dispositivos ópticos de escaneo e impresoras), terminales, etc. Si bien las telecomunicaciones, las comunicaciones de defensa y la electrónica industrial y médica utilizan parte de la misma tecnología, estos segmentos también involucran equipos especializados.

El surgimiento de la industria de la microelectrónica ha tenido un profundo impacto en la evolución y estructura de la economía mundial. El ritmo de cambio dentro de las naciones industrializadas del mundo se ha visto muy influenciado por los avances dentro de esta industria, específicamente en la evolución del circuito integrado. Este ritmo de cambio se representa gráficamente en la línea de tiempo del número de transistores por chip de circuito integrado (ver figura 1).

Figura 1. Transistores por chip de circuito integrado

MICO10F1

La importancia económica de las ventas de semiconductores en todo el mundo es significativa. La Figura 2 es una proyección de la Asociación de la Industria de Semiconductores para las ventas de semiconductores regionales y mundiales de 1993 a 1998.

Figura 2. Pronóstico de ventas de semiconductores a nivel mundial

MICO10F2

Las industrias de ensamblaje de circuitos integrados de semiconductores y de computadoras/electrónica son únicas en comparación con la mayoría de las demás categorías industriales en la composición relativa de su fuerza laboral de producción. El área de fabricación de semiconductores cuenta con un alto porcentaje de operarias que manejan los equipos de proceso. Las tareas relacionadas con el operador normalmente no requieren levantar objetos pesados ​​ni un exceso de fuerza física. Además, muchas de las tareas laborales involucran habilidades motoras finas y atención a los detalles. Los trabajadores masculinos predominan en las tareas relacionadas con el mantenimiento, las funciones de ingeniería y la gestión. Una composición similar se encuentra en la porción de ensamblaje de computadoras/electrónica de este segmento industrial. Otra característica inusual de esta industria es la concentración de la fabricación en el área de Asia/Pacífico del mundo. Esto es especialmente cierto en el montaje final or back-end Procesos en la industria de los semiconductores. Este procesamiento implica el posicionamiento y la colocación del chip de circuito integrado fabricado (técnicamente conocido como troquel) en un soporte de chip y un marco de plomo. Este procesamiento requiere un posicionamiento preciso del chip, generalmente a través de un microscopio, y habilidades motoras muy finas. Nuevamente, las trabajadoras predominan en esta parte del proceso, con la mayor parte de la producción mundial concentrándose en la Cuenca del Pacífico, con altas concentraciones en Taiwán, Malasia, Tailandia, Indonesia y Filipinas, y números crecientes en China y Vietnam.

Las áreas de fabricación de circuitos integrados de semiconductores tienen varias propiedades y características inusuales exclusivas de esta industria. Es decir, el procesamiento de IC implica regímenes y requisitos de control de partículas extremadamente estrictos. Un área de fabricación de circuitos integrados moderna típica puede clasificarse como una sala limpia de Clase 1 o menos. Como método de comparación, un entorno exterior sería superior a la Clase 500,000; una habitación típica en una casa de aproximadamente Clase 100,000; y un área de ensamblaje de back-end de semiconductores de aproximadamente Clase 10,000. Alcanzar este nivel de control de partículas implica colocar al trabajador de fabricación en un lugar totalmente cerrado. trajes de conejito que cuenten con sistemas de suministro y filtración de aire para controlar los niveles de partículas generadas por los trabajadores en el área de fabricación. Los ocupantes humanos de las áreas de fabricación se consideran generadores muy potentes de partículas finas del aire que exhalan, la muda de piel y cabello, y de su ropa y zapatos. Este requisito de usar ropa confinada y aislar las rutinas de trabajo ha contribuido a que los empleados sientan que están trabajando en un ambiente de trabajo "no hospitalario". Véase la figura 3. Además, en el área fotolitográfica, el procesamiento implica exponer la oblea a una solución fotoactiva y luego modelar una imagen en la superficie de la oblea usando luz ultravioleta. Para aliviar la luz ultravioleta (UV) no deseada de esta área de procesamiento, se utilizan luces amarillas especiales (carecen del componente de longitud de onda UV que normalmente se encuentra en la iluminación interior). Estas luces amarillas ayudan a que los trabajadores sientan que están en un ambiente de trabajo diferente y posiblemente pueden tener un efecto de desorientación en algunas personas.

Figura 3. Una sala blanca de última generación

MIC010F3

 

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Sábado, 19 de marzo 2011 20: 44

Fabricación de semiconductores de silicio

Vista general del proceso

La descripción del procesamiento de dispositivos semiconductores de silicio, ya sean dispositivos discretos (un semiconductor que contiene solo un dispositivo activo, como un transistor) o circuitos integrados (conjuntos interconectados de elementos activos y pasivos dentro de un único sustrato semiconductor capaz de realizar al menos una función de circuito electrónico) , implica numerosas operaciones altamente técnicas y específicas. La intención de esta descripción es proporcionar un marco básico y una explicación de los pasos del componente principal utilizados en la fabricación de un dispositivo semiconductor de silicio y los problemas relacionados con el medio ambiente, la salud y la seguridad (EHS).

La fabricación de un circuito integrado implica una secuencia de procesos que pueden repetirse muchas veces antes de que se complete un circuito. Los circuitos integrados más populares utilizan 6 o más máscaras para completar los procesos de creación de patrones, siendo típicos entre 10 y 24 máscaras. La fabricación de un microcircuito comienza con una oblea de silicio de ultra alta pureza de 4 a 12 pulgadas de diámetro. El silicio perfectamente puro es casi un aislante, pero ciertas impurezas, llamadas dopantes, agregados en cantidades de 10 a 100 partes por millón, hacen que el silicio conduzca la electricidad.

Un circuito integrado puede constar de millones de transistores (también diodos, resistencias y condensadores) hechos de silicio dopado, todos conectados por el patrón apropiado de conductores para crear la lógica de la computadora, la memoria u otro tipo de circuito. Se pueden hacer cientos de microcircuitos en una oblea.

Seis pasos principales del proceso de fabricación son universales para todos los dispositivos semiconductores de silicio: oxidación, litografía, grabado, dopaje, deposición de vapor químico y metalización. A estos les siguen el montaje, las pruebas, el marcado, el embalaje y el envío.

Oxidación

En general, el primer paso en el procesamiento de dispositivos semiconductores implica la oxidación de la superficie exterior de la oblea para hacer crecer una capa delgada (alrededor de una micra) de dióxido de silicio (SiO2). Esto protege principalmente la superficie de las impurezas y sirve como máscara para el proceso de difusión posterior. Esta capacidad de hacer crecer una oblea protectora químicamente estable de dióxido de silicio sobre silicio hace que las obleas de silicio sean el sustrato semiconductor más utilizado.

La oxidación, comúnmente llamada oxidación térmica, es un proceso por lotes que tiene lugar en un horno de difusión de alta temperatura. La capa protectora de dióxido de silicio crece en atmósferas que contienen oxígeno (O2) (oxidación seca) u oxígeno combinado con vapor de agua (H2O) (oxidación húmeda). Las temperaturas en el horno oscilan entre 800 y 1,300oC. También se pueden agregar compuestos de cloro en forma de cloruro de hidrógeno (HCl) para ayudar a controlar las impurezas no deseadas.

La tendencia en las instalaciones de fabricación más nuevas es hacia los hornos de oxidación vertical. Los hornos verticales abordan mejor la necesidad de un mayor control de la contaminación, un tamaño de oblea más grande y un procesamiento más uniforme. Permiten una huella de equipo más pequeña que conserva el valioso espacio del piso de la sala limpia.

oxidación seca

Las obleas de silicio que se van a oxidar se limpian primero con una solución de detergente y agua, y se enjuagan con disolvente con xileno, alcohol isopropílico u otros disolventes. Las obleas limpias se secan, se cargan en un soporte de obleas de cuarzo llamado bote y cargado en el extremo del operador (final de carga) del tubo o celda del horno de difusión de cuarzo. El extremo de entrada del tubo (fuente final) suministra oxígeno de alta pureza o una mezcla de oxígeno y nitrógeno. El flujo de oxígeno "seco" se controla en el tubo de cuarzo y asegura que haya un exceso de oxígeno disponible para el crecimiento de dióxido de silicio en la superficie de la oblea de silicio. La reacción química básica es:

si + o2 → SiO2

oxidación húmeda

Cuatro métodos de introducción de vapor de agua se usan comúnmente cuando el agua es el agente oxidante: pirofórico, de alta presión, burbujeador y flash. Las reacciones químicas básicas son:

Pirofóricos y de alta presión: Si + 2O2 + 2 H2 → SiO2 + 2H2O

Flash y burbujeador: Si + 2H2O → SiO2 + 2H2

oxidación pirofórica implica la introducción y combustión de una mezcla gaseosa de hidrógeno/oxígeno. Tales sistemas son generalmente llamados hidrógeno quemado or antorcha sistemas El vapor de agua se produce cuando se introducen cantidades adecuadas de hidrógeno y oxígeno en el extremo de entrada del tubo y se les permite reaccionar. La mezcla debe controlarse con precisión para garantizar una combustión adecuada y evitar la acumulación de gas hidrógeno explosivo.

Oxidación a alta presión (HiPox) se denomina técnicamente sistema de pirosíntesis de agua y genera vapor de agua a través de la reacción de hidrógeno y oxígeno ultrapuros. Luego, el vapor se bombea a una cámara de alta presión y se presuriza a 10 atmósferas, lo que acelera el proceso de oxidación húmeda. El agua desionizada también se puede utilizar como fuente de vapor.

In oxidación del burbujeador El agua desionizada se coloca en un recipiente llamado burbujeador y mantenido a una temperatura constante por debajo de su punto de ebullición de 100°C mediante el uso de una manta calefactora. El nitrógeno u oxígeno gaseoso ingresa por el lado de entrada del burbujeador, se satura con vapor de agua a medida que asciende a través del agua y sale por la salida hacia el horno de difusión. Los sistemas de burbujeo parecen ser el método de oxidación más utilizado.

In oxidación instantánea El agua desionizada se gotea continuamente en la superficie inferior calentada de un recipiente de cuarzo y el agua se evapora rápidamente una vez que toca la superficie caliente. El gas portador de nitrógeno u oxígeno fluye sobre el agua que se evapora y lleva el vapor de agua al horno de difusión.

Litografía

La litografía, también conocida como fotolitografía o simplemente enmascaramiento, es un método para formar con precisión patrones en la oblea oxidada. El circuito microelectrónico se construye capa por capa, cada capa recibe un patrón de una máscara prescrita en el diseño del circuito.

Los oficios de impresión desarrollaron los verdaderos antecedentes de los procesos de microfabricación de dispositivos semiconductores de hoy. Estos desarrollos se relacionan con la fabricación de placas de impresión, generalmente de metal, en las que la eliminación del material mediante ataque químico produce un patrón de relieve en la superficie. Esta misma técnica básica se utiliza para producir dominar mascarillas utilizado en la fabricación de cada capa de procesamiento de un dispositivo.

Los diseñadores de circuitos digitalizan los circuitos básicos de cada capa. Este esquema computarizado permite la generación rápida del circuito de la máscara y facilita cualquier cambio que pueda ser necesario. Esta técnica se conoce como diseño asistido por computadora (CAD). Utilizando potentes algoritmos informáticos, estos sistemas de diseño en línea permiten al diseñador diseñar y modificar los circuitos directamente en pantallas de visualización de video con capacidades gráficas interactivas.

El dibujo final, o máscara, para cada capa de circuitos se crea mediante un fototrazador o generador de patrones controlado por computadora. Estos dibujos fototrazados se reducen luego al tamaño real del circuito, una máscara maestra producida en vidrio con relieve cromado y reproducida en una placa de trabajo que sirve para la impresión por contacto o por proyección en la oblea.

Estas máscaras delinean el patrón de las áreas conductoras y aislantes que se transfieren a la oblea mediante fotolitografía. La mayoría de las empresas no producen sus propias mascarillas, sino que utilizan las proporcionadas por un productor de mascarillas.

Limpieza

La necesidad de una superficie de oblea exterior libre de partículas y contaminación requiere una limpieza frecuente. Las principales categorías son:

  • lavado con agua desionizada y detergente
  • disolvente: alcohol isopropílico (IPA), acetona, etanol, terpenos
  • ácido: fluorhídrico (HF), sulfúrico (H2SO4) y peróxido de hidrógeno (H2O2), clorhídrico (HCl), nítrico (HNO3) y mezclas
  • cáustico: hidróxido de amonio (NH4OH).

 

Resistir la aplicación

Las obleas se recubren con un material resistente de polímero a base de solvente y se giran rápidamente en un hilandero, que extiende una fina capa uniforme. Luego, los solventes se evaporan, dejando una película polimérica. Todos los materiales resistentes dependen de los cambios inducidos por la radiación (principalmente ultravioleta) en la solubilidad de un polímero orgánico sintético en un enjuague de revelador seleccionado. Los materiales resistentes se clasifican como resistentes negativos o positivos, dependiendo de si la solubilidad en el revelador disminuye (negativo) o aumenta (positivo) tras la exposición a la radiación. La Tabla 1 identifica la composición de los componentes de varios sistemas fotorresistentes.

Tabla 1. Sistemas fotorresistentes

Ultravioleta

Cerca (350–450 nm)

Negativo

PB
S
D

Caucho alifático base azida (isopreno)
Acetato de n-butilo, xileno, n-metil-2-pirrolidona, etilbenceno
Xileno, hidrocarburos alifáticos, acetato de n-butilo,
Disolvente Stoddard (destilados de petróleo)

 

Positivo

PB
S


D

Orto-diazocetona
Acetato de éter monometílico de propilenglicol, lactato de etilo, metilo
propionato de metoxi, etoxi propionato de etilo, acetato de n-butilo, xileno,
clorotolueno
Hidróxido de sodio, silicatos, hidróxido de potasio

Profundo (200–250 nm)

Ante todo
resistencias positivas

   

Haz de electrones (alrededor de 100 nm)

 

Negativo

PB
S
D

Copolímero-acrilato de etilo y metacrilato de glicidilo (COP)
n / a
n / a

 

Positivo

PB

S
D

Polimetilmetacrilato, polifluoroalquilmetacrilato, polialquilaldehído, poli-cianoetilacrilato
Acetato de éter monometílico de propilenglicol
Alcalino o IPA, acetato de etilo o metil isobutil cetona (MIBK)

Rayos X (0.5–5 nm)

 

Negativo

PB
S
D

Copolímero-acrilato de etilo y metacrilato de glicidilo (COP)
n / a
n / a

 

Positivo

PB

S
D

Polimetilmetacrilato, orto-diazocetona, poli
(metacrilato de hexafluorobutilo), poli(buteno-1-sulfona)
Acetato de éter monometílico de propilenglicol
n / a

PB = base polimérica; S = disolvente; D = desarrollador.

Dado que la mayoría de los fotoprotectores son sensibles a la luz ultravioleta (UV), el área de procesamiento se ilumina con luces amarillas especiales que carecen de longitudes de onda UV sensibles (consulte la figura 1).

Figura 1. Equipo fotolitográfico “Habitación amarilla”

MIC020F3

Las resistencias UV negativas y positivas se utilizan principalmente en la industria. Sin embargo, las resistencias de haz de electrones y de rayos X están ganando cuota de mercado debido a sus resoluciones más altas. Los problemas de salud en la litografía se deben principalmente a los peligros reproductivos potenciales asociados con las resistencias positivas seleccionadas (p. ej., acetato de éter monoetílico de etilenglicol como vehículo) que actualmente la industria está eliminando gradualmente. Los olores ocasionales de las resistencias negativas (p. ej., xileno) también generan preocupaciones para los empleados. Debido a estas preocupaciones, los higienistas industriales de la industria de semiconductores dedican una gran cantidad de tiempo a muestrear operaciones de fotoprotección. Si bien esto es útil para caracterizar estas operaciones, las exposiciones de rutina durante las operaciones de hilado y revelado son típicamente menos del 5% de los estándares de exposición ocupacional en el aire para los solventes utilizados en el proceso (Scarpace et al. 1989).

Se encontró una exposición de 1 hora a acetato de éter monoetílico de etilenglicol de 6.3 ppm durante la operación de un sistema giratorio. Esta exposición fue causada principalmente por malas prácticas de trabajo durante la operación de mantenimiento (Baldwin, Rubin y Horowitz 1993).

Secado y precocción

Después de que se ha aplicado la resistencia, las obleas se mueven sobre una pista o se mueven manualmente desde el rotor a un horno de temperatura controlada con atmósfera de nitrógeno. Una temperatura moderada (70 a 90 °C) hace que la fotoprotección se cure (horneado suave) y los solventes restantes se evaporen.

Para asegurar la adhesión de la capa protectora a la oblea, se aplica a la oblea una imprimación, hexametildisilizano (HMDS). La imprimación une el agua molecular en la superficie de la oblea. HMDS se aplica ya sea directamente en un proceso de inmersión o giro o a través de una imprimación de vapor que ofrece ventajas de proceso y costo sobre los otros métodos.

Alineación y exposición de máscaras

La máscara y la oblea se juntan utilizando una pieza precisa de equipo óptico/mecánico, y la imagen de la máscara se alinea con cualquier patrón que ya exista en la oblea debajo de la capa de fotorresistencia. Para la primera máscara, no es necesaria ninguna alineación. En tecnologías más antiguas, la alineación de capas sucesivas es posible gracias al uso de un biscopio (microscopio de doble lente) y controles de precisión para posicionar la oblea con respecto a la máscara. En las tecnologías más nuevas, la alineación se realiza automáticamente utilizando puntos de referencia en las obleas.

Una vez que se realiza la alineación, una fuente de lámpara de arco o vapor de mercurio ultravioleta de alta intensidad brilla a través de la máscara, exponiendo la resistencia en lugares no protegidos por regiones opacas de la máscara.

Los diversos métodos de alineación y exposición de obleas incluyen la exposición a la inundación de rayos UV (contacto o proximidad), la exposición a los rayos UV a través de lentes de proyección para la reducción (proyección), la exposición de reducción gradual y repetida de los rayos UV (proyección), la inundación de rayos X (proximidad) y la exploración del haz de electrones. exposición (escritura directa). El método principal en uso implica la exposición a los rayos UV del vapor de mercurio y lámparas de arco a través de alineadores de proximidad o de proyección. Las resistencias UV están diseñadas para reaccionar a un amplio espectro de longitudes de onda UV, o están formuladas para reaccionar preferentemente a una o más de las principales líneas del espectro emitidas por la lámpara (p. ej., línea g a 435 nm, línea h a 405 nm e i-line a 365 nm).

Las longitudes de onda predominantes de la luz ultravioleta que se utilizan actualmente en el fotoenmascaramiento son de 365 nm o más, pero los espectros de las lámparas ultravioleta también contienen energía significativa en la región de longitud de onda que preocupa a la salud, la región actínica por debajo de 315 nm. Normalmente, la intensidad de la radiación ultravioleta que escapa del equipo es menor que la presente de la luz solar en la región actínica y los estándares establecidos para la exposición ocupacional a los rayos ultravioleta.

Ocasionalmente, durante el mantenimiento, la alineación de la lámpara UV requiere que se energice fuera del gabinete del equipo o sin los filtros protectores normales. Los niveles de exposición durante esta operación pueden exceder los límites de exposición ocupacional, pero la vestimenta estándar para salas limpias (p. ej., batas, guantes de vinilo, máscaras faciales y anteojos de seguridad de policarbonato con inhibidor de rayos ultravioleta) suele ser adecuada para atenuar la luz ultravioleta por debajo de los límites de exposición (Baldwin y Stewart 1989). ).

Si bien las longitudes de onda predominantes para las lámparas ultravioleta utilizadas en fotolitografía son de 365 nm o más, la búsqueda de características más pequeñas en los circuitos integrados avanzados está llevando al uso de fuentes de exposición con longitudes de onda más pequeñas, como los rayos X y UV profundos. Una nueva tecnología para este propósito es el uso de láseres excímeros de fluoruro de criptón que se utilizan en motores paso a paso. Estos motores paso a paso utilizan una longitud de onda de 248 nm con salidas de alta potencia de láser. Sin embargo, los recintos de estos sistemas contienen el haz durante el funcionamiento normal.

Al igual que con otros equipos que contienen sistemas láser de alta potencia utilizados en la fabricación de semiconductores, la principal preocupación es cuándo se deben anular los enclavamientos del sistema durante la alineación del haz. Los láseres de alta potencia también son uno de los riesgos eléctricos más importantes en la industria de los semiconductores. Incluso después de desconectar la alimentación, existe un potencial de choque significativo dentro de la herramienta. Las consideraciones de diseño de controles y seguridad para estos sistemas están cubiertas por Escher, Weathers y Labonville (1993).

Una fuente de exposición de tecnología avanzada utilizada en litografía son los rayos X. Los niveles de emisión de las fuentes de litografía de rayos X pueden generar índices de dosis cercanos a los 50 milisieverts (5 rems) por año en el centro del equipo. Se recomienda restringir el acceso a las áreas dentro de la pared protegida para minimizar la exposición (Rooney y Leavey 1989).

Desarrollo

Durante el paso de desarrollo, las áreas no polimerizadas del protector se disuelven y eliminan. El revelador a base de solvente se aplica a la superficie de la oblea cubierta con resist por inmersión, rociado o atomización. Las soluciones de revelador se identifican en la tabla 1. Un enjuague con solvente (n-acetato de butilo, alcohol isopropílico, acetona, etc.) se suele aplicar después del revelador para eliminar cualquier material residual. La capa protectora que queda después del revelado protege las capas individuales durante el procesamiento posterior.

Repostería

Después de alinear, exponer y desarrollar la resistencia, las obleas se trasladan a otro horno de temperatura controlada con atmósfera de nitrógeno. El horno de temperatura más alta (120 a 135 °C) hace que la fotoprotección se cure y se polimerice por completo en la superficie de la oblea (horneado duro).

Pelado fotorresistente

Luego, la oblea revelada se graba selectivamente con productos químicos húmedos o secos (consulte "Grabado" a continuación). El fotoprotector restante se debe quitar de la oblea antes de continuar con el procesamiento. Esto se hace mediante el uso de soluciones químicas húmedas en baños de temperatura controlada o mediante el uso de una ceniza de plasma o un producto químico seco. La Tabla 2 identifica los componentes químicos secos y húmedos. A continuación se presenta una discusión sobre el grabado con plasma químico seco, utilizando el mismo equipo y los mismos principios de operación que la incineración por plasma.


Tabla 2. Decapantes fotorresistentes

Químico húmedo

 Ácido

Sulfúrico (H2SO4) y crómico (CrO3)

Sulfúrico (H2SO4) y persulfato de amonio ((NH4)2S2O8)

Sulfúrico (H2SO4) y peróxido de hidrógeno (H2O2)

Agricultura

Fenoles, ácidos sulfúricos, triclorobenceno, percloroetileno

Éteres de glicol, etanolamina, trietanolamina

Hidróxido de sodio y silicatos (resistencia positiva)

Producto químico seco

Incineración por plasma (pelado)

Fuente de alimentación de RF (radiofrecuencia): frecuencia de 13.56 MHz o 2,450 MHz

Oxígeno (O2) fuente de gas

Sistemas de bomba de vacío

—Aceite lubricado con trampa de nitrógeno líquido (tecnología antigua)
—Lubricado con fluidos de perfluoropoliéter inertes (tecnología más nueva)
—Bomba seca (tecnología más nueva)


Aguafuerte

El grabado elimina las capas de dióxido de silicio (SiO2), metales y polisilicio, así como protectores, de acuerdo con los patrones deseados delineados por el protector. Las dos categorías principales de grabado son químicos húmedos y secos. El grabado húmedo se usa predominantemente e involucra soluciones que contienen los grabadores (generalmente una mezcla ácida) en las concentraciones deseadas, que reaccionan con los materiales que se eliminarán. El grabado en seco implica el uso de gases reactivos al vacío en una cámara altamente energizada, que también elimina las capas deseadas que no están protegidas por la resistencia.

Químico húmedo

Las soluciones de grabado químico húmedo se alojan en baños de grabado a temperatura controlada hechos de polipropileno (poly-pro), polipropileno resistente a las llamas (FRPP) o cloruro de polivinilo (PVC). Por lo general, los baños están equipados con ventilación de escape tipo plenum tipo anillo o escape ranurado en la parte trasera de la estación de grabado químico húmedo. Las campanas de flujo laminar vertical suministran aire libre de partículas filtrado uniformemente a la superficie superior de los baños de grabado. Las soluciones químicas de grabado húmedo comunes se presentan en la tabla 3, en relación con la capa superficial que se está grabando.

Tabla 3. Grabadores químicos húmedos

Material para grabar

Grabadores

Silicio

Silicio policristalino (Si)

Ácidos fluorhídrico, nítrico, acético y yodo
Hidróxido de potasio
Etilendiamina/catecol
Fluoruro de amonio, ácido nítrico y acético glacial

Dióxido de silicio (SiO2)

Grabado con óxido tamponado (BOE) - Fluorhídrico y
fluoruro de amonio
BOE, etilenglicol, monometil éter
Fluorhídrico y nítrico (P-etch)

Nitruro de silicio (Si3N4)

Ácidos fosfórico y fluorhídrico

Óxido de CVD o grabado de almohadilla

Fluoruro de amonio, ácidos acético y fluorhídrico

Metales

Aluminio (Al)

Ácidos fosfórico, nítrico, acético y clorhídrico
Hidróxido de sodio, hidróxido de potasio

Cromo-Níquel (Cr/Ni)

Nitrato amónico cérico y ácido nítrico
Ácido clorhídrico y nítrico (aqua regia)

Oro (Au)

Ácido clorhídrico y nítrico (aqua regia)
Yoduro de potasio (KI)
Cianuro de potasio (KCN) y peróxido de hidrógeno (H2O2)
Cloruro férrico (FeCl3) y ácido clorhídrico

Plata (Ag)

Nitrato férrico (FeNO3) y etilenglicol
Ácido nítrico

Compuesto

Fórmula

Concentración estándar (%)

Ácido acético

CH3COOH

36

Fluoruro de amonio

NH4F

40

Ácido acético glacial

CH3COOH

99.5

Ácido clorhídrico

HCl

36

Ácido fluorhídrico

HF

49

Ácido nítrico

HNO3  

67

Ácido fosfórico

H3PO4  

85

Hidróxido de potasio

KOH

50 ó 10

Hidróxido de sodio

NaOH

50 ó 10

ácido sulfurico

H2SO4  

96

 

Las campanas de suministro de flujo montadas verticalmente, cuando se usan junto con protectores contra salpicaduras y ventilación de escape, pueden crear áreas de turbulencia de aire dentro de la estación de grabado químico húmedo. Como resultado, es posible una disminución en la efectividad de la ventilación de extracción local para capturar y enrutar los contaminantes fugitivos del aire de los baños de grabado en uso.

La principal preocupación con el grabado húmedo es la posibilidad de contacto de la piel con los ácidos concentrados. Si bien todos los ácidos utilizados en el grabado pueden causar quemaduras por ácido, la exposición al ácido fluorhídrico (HF) es especialmente preocupante. El lapso de tiempo entre el contacto con la piel y el dolor (hasta 24 horas para soluciones con menos del 20 % de HF y de 1 a 8 horas para soluciones con 20 a 50 % de HF) puede ocasionar un retraso en el tratamiento y quemaduras más graves de lo esperado (Hathaway et al. 1991). .

Históricamente, las quemaduras por ácido han sido un problema particular dentro de la industria. Sin embargo, la incidencia de contacto de la piel con ácidos se ha reducido en los últimos años. Parte de esta reducción se debió a mejoras relacionadas con el producto en el proceso de grabado, como el cambio al grabado en seco, el uso de más robótica y la instalación de sistemas de dosificación de productos químicos. La reducción en la tasa de quemaduras por ácido también se puede atribuir a mejores técnicas de manejo, mayor uso de equipo de protección personal, cubiertas húmedas mejor diseñadas y mejor entrenamiento, todo lo cual requiere atención continua si se quiere que la tasa disminuya aún más (Baldwin y Williams 1996). ).

Producto químico seco

El grabado químico seco es un área de creciente interés y uso debido a su capacidad para controlar mejor el proceso de grabado y reducir los niveles de contaminación. El procesamiento químico seco graba efectivamente las capas deseadas mediante el uso de gases químicamente reactivos o mediante bombardeo físico.

Se han desarrollado sistemas de grabado por plasma químicamente reactivos que pueden grabar con eficacia silicio, dióxido de silicio, nitruro de silicio, aluminio, tantalio, compuestos de tantalio, cromo, tungsteno, oro y vidrio. Se utilizan dos tipos de sistemas de reactores de grabado por plasma: el de barril, o cilíndrico, y el de placas paralelas, o plano. Ambos operan con los mismos principios y principalmente varían únicamente en la configuración.

Un plasma es similar a un gas excepto que algunos de los átomos o moléculas del plasma están ionizados y pueden contener una cantidad sustancial de radicales libres. El reactor típico consta de una cámara de reactor de vacío que contiene la oblea, generalmente de aluminio, vidrio o cuarzo; una fuente de energía de radiofrecuencia (RF), generalmente a 450 kHz, 13.56 MHz o 40.5 MHz y un módulo de control para controlar el tiempo de procesamiento, la composición del gas reactivo, el caudal de gas y el nivel de potencia de RF. Además, una fuente de vacío de bomba de desbaste lubricada con aceite (tecnología más antigua) o seca (tecnología más nueva) está en línea con la cámara del reactor. Las obleas se cargan en el reactor, ya sea individualmente o en casetes, una bomba evacua la cámara y se introduce el gas reactivo (generalmente tetrafluoruro de carbono). La ionización del gas forma el plasma de grabado, que reacciona con las obleas para formar productos volátiles que se bombean. La introducción de gas reactivo nuevo en la cámara mantiene la actividad de grabado. La Tabla 4 identifica los materiales y gases de plasma en uso para grabar varias capas.

Tabla 4. Gases de grabado por plasma y materiales grabados

Material

Parrilla de gas

Silicio

Polisilicio (polySi) y Silicio

FC + O2, CCl4 o CF3CI, FC4 y HCl

Dióxido de silicio (SiO2)

C2F6, C3F8, FC4, SiF4, C5F12, francos suizos3, CCl2F2SF6, alta frecuencia

Nitruro de silicio (Si3N4)

CF4 + Ar, FC4 + O2, FC4 + H2

Metales

Aluminio (Al)

CCl4 o BCl3 + Él o Ar

Cromo (Cr)

CCl4

Óxido de cromo (CrO3)

Cl2 + Ar o CCl4 + AR

Arseniuro de galio (GaAs)

CCl2F2

Vanadio (V)

CF4

Titanio (Ti)

CF4

Tántulo (Ta)

CF4

Molibdeno (Mo)

CF4

Tungsteno (W)

CF4

 

Otro método que se está desarrollando actualmente para el grabado es el microondas aguas abajo. Utiliza una descarga de microondas de alta densidad de potencia para producir átomos metaestables con una larga vida útil que graban el material casi como si estuviera sumergido en ácido.

Los procesos de grabado físico son similares al pulido con chorro de arena en el sentido de que se utilizan átomos de gas argón para bombardear físicamente la capa que se va a grabar. Se utiliza un sistema de bomba de vacío para eliminar el material dislocado. El grabado con iones reactivos implica una combinación de grabado en seco químico y físico.

El proceso de pulverización es uno de impacto de iones y transferencia de energía. El grabado por pulverización catódica incorpora un sistema de pulverización catódica, en el que la oblea que se va a grabar se une a un electrodo negativo u objetivo en un circuito de descarga luminiscente. El material sale disparado de la oblea por bombardeo con iones positivos, generalmente argón, y da como resultado la dislocación de los átomos de la superficie. La energía es proporcionada por una fuente de RF a una frecuencia de 450 kHz. Se utiliza un sistema de vacío en línea para el control de la presión y la eliminación de los reactivos.

El grabado y fresado con haz de iones es un proceso de grabado suave que utiliza un haz de iones de baja energía. El sistema de haz de iones consta de una fuente para generar el haz de iones, una cámara de trabajo en la que se produce el grabado o el fresado, una placa objetivo para sujetar las obleas en el haz de iones, un sistema de bomba de vacío, componentes electrónicos e instrumentos de apoyo. El haz de iones se extrae de un gas ionizado (argón o argón/oxígeno) o plasma, que se crea mediante la descarga eléctrica. La descarga se obtiene aplicando un voltaje entre un cátodo de filamento caliente emisor de electrones y un cilindro de ánodo ubicado en el diámetro exterior de la región de descarga.

La molienda de haz de iones se realiza en el rango de baja energía del bombardeo de iones, donde solo ocurren interacciones superficiales. Estos iones, generalmente en el rango de 500 a 1,000 eV, golpean un objetivo y chisporrotear átomos de la superficie rompiendo las fuerzas que unen el átomo con su vecino. El grabado con haz de iones se realiza en un rango de energía ligeramente más alto, lo que implica una dislocación más dramática de los átomos de la superficie.

El grabado con iones reactivos (RIE) es una combinación de pulverización física y grabado con especies químicas reactivas a bajas presiones. RIE utiliza bombardeo de iones para lograr un grabado direccional y también un gas químicamente reactivo, tetrafluoruro de carbono (CF4) o tetracloruro de carbono (CCl4), para mantener una buena selectividad de la capa grabada. Se coloca una oblea en una cámara con una atmósfera de un compuesto gaseoso químicamente reactivo a una presión baja de alrededor de 0.1 torr (1.3 x 10-4 atmósfera). Una descarga eléctrica crea un plasma de "radicales libres" reactivos (iones) con una energía de unos pocos cientos de electronvoltios. Los iones golpean la superficie de la oblea verticalmente, donde reaccionan para formar especies volátiles que son eliminadas por un sistema de vacío en línea de baja presión.

Los grabadores secos a veces tienen un ciclo de limpieza que se utiliza para eliminar los depósitos que se acumulan en el interior de las cámaras de reacción. Los compuestos originales utilizados para los plasmas del ciclo de limpieza incluyen trifluoruro de nitrógeno (NF3), hexafluoroetano (C2F6) y octafluoropropano (C3F8).

Estos tres gases utilizados en el proceso de limpieza, y muchos de los gases utilizados en el grabado, son la piedra angular de un problema ambiental al que se enfrenta la industria de los semiconductores que surgió a mediados de la década de 1990. Se identificó que varios de los gases altamente fluorados tienen un potencial significativo de calentamiento global (o efecto invernadero). (Estos gases también se conocen como PFC, compuestos perfluorados). La larga vida atmosférica, el alto potencial de calentamiento global y el aumento significativo del uso de PFC como NF3, C2F6, C3F8, FC4, trifluorometano (CHF3) y hexafluoruro de azufre (SF6) hizo que la industria de los semiconductores se centrara en formas de reducir sus emisiones.

Las emisiones atmosféricas de PFC de la industria de los semiconductores se han debido a la baja eficiencia de las herramientas (muchas herramientas consumían solo del 10 al 40 % del gas utilizado) y al equipo inadecuado de reducción de emisiones al aire. Los depuradores húmedos no son efectivos para eliminar los PFC, y las pruebas en muchas unidades de combustión encontraron eficiencias de destrucción deficientes para algunos gases, especialmente CF4. Muchas de estas unidades de combustión se averiaron C2F6 y C3F8 en CF4. Además, el alto costo de propiedad de estas herramientas de reducción, su demanda de energía, la liberación de otros gases que contribuyen al calentamiento global y los subproductos de la combustión de contaminantes atmosféricos peligrosos indicaron que la reducción de la combustión no era un método adecuado para controlar las emisiones de PFC.

La fabricación de herramientas de proceso más eficientes, la identificación y el desarrollo de alternativas más respetuosas con el medio ambiente a estos gases de grabado en seco y la recuperación/reciclado de los gases de escape han sido los énfasis medioambientales asociados con los grabadores en seco.

El mayor énfasis en la higiene ocupacional para los grabadores en seco ha sido la posible exposición del personal de mantenimiento que trabaja en las cámaras de reacción, bombas y otros equipos asociados que pueden contener residuos de productos de reacción. La complejidad de los grabadores de metales por plasma y la dificultad para caracterizar los olores asociados a su mantenimiento los ha convertido en objeto de numerosas investigaciones.

Los productos de reacción formados en los grabadores de metal por plasma son una mezcla compleja de compuestos clorados y fluorados. El mantenimiento de los grabadores de metales implica a menudo operaciones de corta duración que generan fuertes olores. Se descubrió que el hexacloroetano es la causa principal del olor en un tipo de grabador de aluminio (Helb et al. 1983). En otro, el cloruro de cianógeno fue el principal problema: los niveles de exposición fueron 11 veces superiores al límite de exposición ocupacional de 0.3 ppm (Baldwin 1985). En otros tipos de grabadores, el cloruro de hidrógeno se asocia con el olor; la exposición máxima medida fue de 68 ppm (Baldwin, Rubin y Horowitz 1993). Para información adicional sobre el tema ver Mueller y Kunesh (1989).

La complejidad de las sustancias químicas presentes en los escapes de los grabadores de metales ha llevado a los investigadores a desarrollar métodos experimentales para investigar la toxicidad de estas mezclas (Bauer et al. 1992a). La aplicación de estos métodos en estudios con roedores indica que algunas de estas mezclas químicas son mutágenos sospechosos (Bauer et al. 1992b) y toxinas reproductivas sospechosas (Schmidt et al. 1995).

Debido a que los grabadores secos funcionan como sistemas cerrados, la exposición química de los operadores del equipo generalmente no ocurre mientras el sistema está cerrado. Una rara excepción a esto es cuando el ciclo de purga de los grabadores por lotes más antiguos no es lo suficientemente largo para eliminar adecuadamente los gases del grabador. Se han informado exposiciones breves pero irritantes a compuestos de flúor que están por debajo del límite de detección para los procedimientos típicos de monitoreo de higiene industrial cuando se abren las puertas de estos grabadores. Normalmente, esto se puede corregir simplemente aumentando la duración del ciclo de purga antes de abrir la puerta de la cámara de grabado.

La principal preocupación por la exposición del operador a la energía de radiofrecuencia surge durante el grabado con plasma y la incineración (Cohen 1986; Jones 1988). Por lo general, la fuga de energía de RF puede ser causada por:

  • puertas desalineadas
  • grietas y agujeros en los gabinetes
  • mesas de metal y cables eléctricos que actúan como antenas debido a una conexión a tierra inadecuada del grabador
  • no hay pantalla atenuante en la ventana de visualización del grabador (Jones 1988; Horowitz 1992).

 

La exposición a RF también puede ocurrir durante el mantenimiento de los grabadores, especialmente si se ha quitado el gabinete del equipo. Una exposición de 12.9 mW/cm2 se encontró en la parte superior de un grabador de plasma de modelo antiguo con la cubierta retirada para mantenimiento (Horowitz 1992). La fuga de radiación de RF real en el área donde se encuentra el operador fue típicamente inferior a 4.9 mW/cm2.

Dopaje

La formación de una unión o límite eléctrico entre p y n regiones en una oblea de silicio monocristalino es el elemento esencial para el funcionamiento de todos los dispositivos semiconductores. Las uniones permiten que la corriente fluya en una dirección mucho más fácilmente que en la otra. Proporcionan la base para los efectos de diodos y transistores en todos los semiconductores. En un circuito integrado, se debe introducir un número controlado de impurezas elementales o dopantes en regiones grabadas seleccionadas del sustrato de silicio u oblea. Esto se puede hacer mediante técnicas de difusión o de implantación de iones. Independientemente de la técnica utilizada, se utilizan los mismos tipos o dopantes para la producción de uniones de semiconductores. La Tabla 5 identifica los principales componentes utilizados para el dopaje, su estado físico, tipo eléctrico (p or n) y la técnica de unión primaria en uso: difusión o implantación de iones.

Tabla 5. Dopantes de formación de uniones para difusión e implantación de iones

Element

Compuesto

Fórmula

Estado

Tecnologia

tipo n

Antimonio

Trióxido de antimonio
Tricloruro de antimonio

Sb2O3
SbCl3

Sólido
Líquido

Difusión
Difusión

Arsénico

Trióxido de arsénico
Trióxido de arsénico
Arsina
Pentafluoruro de arsénico

As2O3
As2O3
Ceniza3
AsF5

Sólido
Líquido
Parrilla de gas
Parrilla de gas

Difusión
Difusión—girar
Difusión e implantación de iones
Implantación de iones

Fósforo

Pentóxido de fósforo
Pentóxido de fósforo
Tribromuro de fósforo
Tricloruro de fósforo
Oxicloruro de fósforo
Fosfina
Pentafluoruro de fósforo

P2O5
P2O5
PBR3
PCl3
POCI3
PH3
PF5

Sólido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Parrilla de gas
Parrilla de gas

Difusión
Difusión—girar
Difusión
Difusión
Difusión
Implantación de iones
Implantación de iones

tipo p

Boro

Nitruro de boro
Tribromuro de boro
trióxido de boro
trióxido de boro
trietilborato
tetrabromuro de silicio
Tricloruro de boro
Trifluoruro de boro
Diborano

BN
bbr3
B2O3
B2O3
B(COC2H5)3
SiBr4
Bcl3
BF3
B2H6

Sólido
Líquido
Sólido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Parrilla de gas
Parrilla de gas

Difusión
Difusión
Difusión
Difusión—girar
Difusión—girar
Difusión
Implantación de iones de difusión
Implantación de iones
Implantación de iones

 

Las exposiciones químicas de rutina para los operadores de hornos de difusión e implantadores de iones son bajas, por lo general menos que el límite de detección de los procedimientos de muestreo de higiene ocupacional estándar. Las preocupaciones químicas con el proceso se centran en la posibilidad de escapes de gases tóxicos.

Ya en la década de 1970, los fabricantes progresivos de semiconductores comenzaron a instalar los primeros sistemas continuos de monitoreo de gases inflamables y tóxicos. El enfoque principal de este monitoreo fue detectar escapes accidentales de los gases dopantes más tóxicos con umbrales de olor por encima de sus límites de exposición ocupacional (por ejemplo, arsina y diborano).

La mayoría de los monitores de aire de higiene industrial en la industria de semiconductores se utilizan para la detección de fugas de gases tóxicos e inflamables. Sin embargo, algunas instalaciones también están utilizando sistemas de monitoreo continuo para:

  • analizar las emisiones del conducto de escape (chimenea)
  • cuantificar las concentraciones en el aire ambiente de sustancias químicas volátiles
  • identificar y cuantificar olores en las áreas fab.

 

Las tecnologías más utilizadas en la industria de los semiconductores para este tipo de monitoreo son la detección colorimétrica de gases (p. ej., detector de gas continuo MDA), sensores electroquímicos (p. ej., monitores sensidyne) y el infrarrojo por transformada de Fourier (p. ej., Telos ACM) (Baldwin y Williams 1996). .

Difusión

Difusión es un término utilizado para describir el movimiento de los dopantes desde las regiones de alta concentración en el extremo de la fuente del horno de difusión hacia las regiones de menor concentración dentro de la oblea de silicio. La difusión es el método más establecido de formación de uniones.

Esta técnica consiste en someter una oblea a una atmósfera calentada dentro del horno de difusión. El horno contiene los dopantes deseados en forma de vapor y da como resultado la creación de regiones de actividad eléctrica dopada, ya sea p or n. Los dopantes más utilizados son el boro para el tipo p; y fósforo (P), arsénico (As) o antimonio (Sb) para el tipo n (ver tabla 5).

Por lo general, las obleas se apilan en un contenedor o bote de cuarzo y se colocan en el horno de difusión. El horno de difusión contiene un tubo largo de cuarzo y un mecanismo para un control preciso de la temperatura. El control de la temperatura es extremadamente importante, ya que las tasas de difusión de los diversos dopantes de silicio son principalmente una función de la temperatura. Las temperaturas de uso oscilan entre 900 y 1,300 oC, según el dopante y el proceso específicos.

El calentamiento de la oblea de silicio a alta temperatura permite que los átomos de impureza se difundan lentamente a través de la estructura cristalina. Las impurezas se mueven más lentamente a través del dióxido de silicio que a través del propio silicio, lo que permite que el óxido delgado patrón para servir como una máscara y, por lo tanto, permitir que el dopante ingrese al silicio solo donde está desprotegido. Después de que se hayan acumulado suficientes impurezas, las obleas se retiran del horno y la difusión cesa efectivamente.

Para un control máximo, la mayoría de las difusiones se realizan en dos pasos:predeposición y conducir en. El predepósito, o difusión con fuente constante, es el primer paso y se realiza en un horno en el que se selecciona la temperatura para lograr el mejor control de las cantidades de impurezas. La temperatura determina la solubilidad del dopante. Después de un tratamiento de predepósito comparativamente corto, la oblea se mueve físicamente a un segundo horno, generalmente a una temperatura más alta, donde un segundo tratamiento térmico conduce el dopante a la profundidad de difusión deseada en la red de la oblea de silicio.

Las fuentes de dopantes utilizadas en el paso de predepósito se encuentran en tres estados químicos distintos: gas, líquido y sólido. La Tabla 5 identifica los diversos tipos de dopantes de fuentes de difusión y sus estados físicos.

Los gases generalmente se suministran desde cilindros de gas comprimido con controles o reguladores de presión, válvulas de cierre y varios accesorios de purga y se distribuyen a través de tuberías de metal de diámetro pequeño.

Los líquidos se distribuyen normalmente desde burbujeadores, que saturan una corriente de gas portador, generalmente nitrógeno, con los vapores dopantes líquidos, como se describe en la sección sobre oxidación húmeda. Otra forma de dosificación de líquido es mediante el uso del girar sobre Dopante aparato. Esto implica poner un dopante sólido en solución con un solvente líquido, luego gotear la solución sobre la oblea y girar, de manera similar a la aplicación de fotoprotectores.

Las fuentes sólidas pueden tener la forma de una oblea de nitruro de boro, que se intercala entre dos obleas de silicio para doparlas y luego colocarlas en un horno de difusión. Además, los dopantes sólidos, en forma de polvo o perlas, pueden colocarse en un bomba de cuarzo recinto (trióxido de arsénico), descargado manualmente en el extremo de la fuente de un tubo de difusión o cargado en un horno fuente separado en línea con el horno de difusión principal.

En ausencia de controles adecuados, las exposiciones al arsénico superiores a 0.01 mg/m3 se informaron durante la limpieza de un horno de deposición (Wade et al. 1981) y durante la limpieza de cámaras de alojamiento de fuente para implantadores de iones de fuente sólida (McCarthy 1985; Baldwin, King y Scarpace 1988). Estas exposiciones ocurrieron cuando no se tomaron precauciones para limitar la cantidad de polvo en el aire. Sin embargo, cuando los residuos se mantuvieron húmedos durante la limpieza, las exposiciones se redujeron muy por debajo del límite de exposición en el aire.

En las tecnologías de difusión más antiguas, existen riesgos de seguridad durante la extracción, limpieza e instalación de los tubos del horno. Los peligros incluyen posibles cortes por piezas de cuarzo rotas y quemaduras con ácido durante la limpieza manual. En las tecnologías más nuevas, estos peligros se reducen mediante in situ limpieza de tubos que elimina gran parte del manejo manual.

Los operadores de hornos de difusión experimentan la mayor exposición rutinaria en salas limpias a campos electromagnéticos de frecuencia extremadamente baja (por ejemplo, de 50 a 60 hercios) en la fabricación de semiconductores. Se informaron exposiciones promedio superiores a 0.5 microteslas (5 miligauss) durante la operación real de los hornos (Crawford et al. 1993). Este estudio también señaló que el personal de la sala limpia que trabajaba cerca de los hornos de difusión tenía exposiciones promedio medidas que eran notablemente más altas que las de otros trabajadores de la sala limpia. Este hallazgo fue consistente con las mediciones puntuales reportadas por Rosenthal y Abdollahzadeh (1991), quienes encontraron que los hornos de difusión producían lecturas de proximidad (5 cm o 2 pulgadas de distancia) de hasta 10 a 15 microteslas, con los campos circundantes cayendo más gradualmente con la distancia. que otros equipos de sala blanca estudiados; incluso a 6 pies de distancia de los hornos de difusión, las densidades de flujo reportadas fueron de 1.2 a 2 microteslas (Crawford et al. 1993). Estos niveles de emisión están muy por debajo de los límites actuales de exposición basados ​​en la salud establecidos por la Organización Mundial de la Salud y los establecidos por países individuales.

Implantación de iones

La implantación de iones es el método más nuevo de introducir elementos de impurezas a temperatura ambiente en obleas de silicio para la formación de uniones. Los átomos dopantes ionizados (es decir, átomos despojados de uno o más de sus electrones) se aceleran a una alta energía haciéndolos pasar a través de una diferencia de potencial de decenas de miles de voltios. Al final de su recorrido, golpean la oblea y se incrustan a varias profundidades, según su masa y energía. Como en la difusión convencional, una capa de óxido estampada o un patrón fotorresistente enmascara selectivamente la oblea de los iones.

Un sistema típico de implantación de iones consta de una fuente de iones (fuente de dopante gaseoso, generalmente en pequeñas botellas de conferencia), equipo de análisis, acelerador, lente de enfoque, trampa de haz neutral, cámara de proceso de escáner y un sistema de vacío (normalmente tres juegos separados de en línea). bombas de desbaste y de difusión de aceite). La corriente de electrones se genera a partir de un filamento caliente por resistencia, una descarga de arco o un haz de electrones de cátodo frío.

Generalmente, después de que se implantan las obleas, se realiza un paso de recocido a alta temperatura (de 900 a 1,000 °C) mediante un recocido con rayo láser o recocido pulsado con una fuente de haz de electrones. El proceso de recocido ayuda a reparar el daño a la superficie exterior de la oblea implantada causado por el bombardeo de iones dopantes.

Con la llegada de un sistema de suministro seguro para los cilindros de gas de arsina, fosfina y trifluoruro de boro utilizados en los implantadores de iones, el potencial de liberación catastrófica de estos gases se ha reducido considerablemente. Estos pequeños cilindros de gas se llenan con un compuesto en el que se adsorben la arsina, la fosfina y el trifluoruro de boro. Los gases se extraen de los cilindros mediante el uso de vacío.

Los implantadores de iones son uno de los riesgos eléctricos más importantes en la industria de los semiconductores. Incluso después de desconectar la alimentación, existe un potencial de choque significativo dentro de la herramienta y debe disiparse antes de trabajar dentro del implantador. Se garantiza una revisión cuidadosa de las operaciones de mantenimiento y los riesgos eléctricos para todos los equipos recién instalados, pero especialmente para los implantadores de iones.

Se han encontrado exposiciones a hidruros (probablemente una mezcla de arsina y fosfina) de hasta 60 ppb durante el mantenimiento de criobombas implantadoras de iones (Baldwin, Rubin y Horowitz 1993). Además, las altas concentraciones de arsina y fosfina pueden liberar gases de las piezas del implantador contaminadas que se retiran durante el mantenimiento preventivo (Flipp, Hunsaker y Herring 1992).

Las aspiradoras portátiles con filtros atenuadores de partículas de alta eficiencia (HEPA) se utilizan para limpiar superficies de trabajo contaminadas con arsénico en áreas de implantación de iones. Exposiciones superiores a 1,000 μg/m3 se midieron cuando las aspiradoras HEPA se limpiaron incorrectamente. Las aspiradoras HEPA, cuando se descargan en el espacio de trabajo, también pueden distribuir de manera eficiente el olor distintivo parecido a un hidruro asociado con la limpieza de la línea de haz del implantador de iones (Baldwin, Rubin y Horowitz 1993).

Si bien es una preocupación, no ha habido informes publicados de exposiciones significativas a gases dopantes durante los cambios de aceite de las bombas de vacío que se usan con dopantes, posiblemente porque esto generalmente se hace como un sistema cerrado. La falta de exposición informada también puede ser el resultado de niveles bajos de liberación de gases de hidruros del aceite usado.

El resultado de un estudio de campo en el que se calentaron 700 ml de aceite de bomba de desbaste usado de un implantador de iones que usaba arsina y fosfina solo mostró concentraciones detectables de hidruros en el aire en el espacio de cabeza de la bomba cuando el aceite de la bomba excedía los 70oC (Baldwin, King y Scarpace 1988). Dado que las temperaturas normales de funcionamiento de las bombas mecánicas preliminares son de 60 a 80oC, este estudio no indicó el potencial de una exposición significativa.

Durante la implantación de iones, los rayos X se forman incidentalmente a la operación. La mayoría de los implantadores están diseñados con suficiente blindaje de gabinete (que incluye láminas de plomo colocadas estratégicamente alrededor de la carcasa de la fuente de iones y las puertas de acceso adyacentes) para mantener la exposición de los empleados por debajo de 2.5 microsieverts (0.25 milirems) por hora (Maletskos y Hanley 1983). Sin embargo, se encontró que un modelo más antiguo de implantadores tenía una fuga de rayos X superior a 20 microsieverts por hora (μSv/h) en la superficie de la unidad (Baldwin, King y Scarpace 1988). Estos niveles se redujeron a menos de 2.5 μSv/h después de instalar un blindaje de plomo adicional. Se descubrió que otro modelo más antiguo de implantador de iones tenía fugas de rayos X alrededor de una puerta de acceso (hasta 15 μSv/hr) y en una ventana de visualización (hasta 3 μSv/hr). Se agregó blindaje de plomo adicional para atenuar posibles exposiciones (Baldwin, Rubin y Horowitz 1993).

Además de las exposiciones a rayos X de los implantadores de iones, se ha postulado la posibilidad de formación de neutrones si el implantador funciona a más de 8 millones de electronvoltios (MeV) o si se utiliza gas deuterio como fuente de iones (Rogers 1994). Sin embargo, los implantadores normalmente están diseñados para operar a muy por debajo de 8 MeV, y el deuterio no se usa comúnmente en la industria (Baldwin y Williams 1996).

Deposición de vapor químico

La deposición de vapor químico (CVD) implica la estratificación de material adicional sobre la superficie de la oblea de silicio. Las unidades CVD normalmente funcionan como un sistema cerrado, lo que resulta en una exposición química mínima o nula para los operadores. Sin embargo, puede ocurrir una breve exposición al cloruro de hidrógeno por encima de 5 ppm cuando se limpian ciertos predepuradores CVD (Baldwin y Stewart 1989). Dos categorías amplias de depósito son de uso común: epitaxial y la categoría más general de CVD no epitaxial.

Deposición de vapor químico epitaxial

El crecimiento epitaxial es la deposición rígidamente controlada de una fina película monocristalina de un material que mantiene la misma estructura cristalina que la capa de oblea del sustrato existente. Sirve como matriz para fabricar componentes semiconductores en procesos de difusión posteriores. La mayoría de las películas epitaxiales crecen sobre sustratos del mismo material, como silicio sobre silicio, en un proceso denominado homoepitaxia. El crecimiento de capas de diferentes materiales sobre un sustrato, como silicio sobre zafiro, se denomina procesamiento de dispositivos IC de heteroepitaxia.

Se utilizan tres técnicas principales para hacer crecer las capas epitaxiales: fase de vapor, fase líquida y haz molecular. La epitaxia de fase líquida y de haz molecular se utilizan principalmente en el procesamiento de dispositivos III-V (p. ej., GaAs). Estos se tratan en el artículo “Fabricación de semiconductores III-V”.

La epitaxia en fase de vapor se utiliza para hacer crecer una película mediante la CVD de moléculas a una temperatura de 900 a 1,300oC. Los vapores que contienen silicio y cantidades controladas de dopantes de tipo p o n en un gas portador (generalmente hidrógeno) se pasan sobre obleas calentadas para depositar capas dopadas de silicio. El proceso se realiza generalmente a presión atmosférica.

La Tabla 6 identifica los cuatro tipos principales de epitaxia en fase de vapor, los parámetros y las reacciones químicas que tienen lugar.

Tabla 6. Principales categorías de epitaxia en fase de vapor de silicio

parámetros

Presión

Atmosférico

Temperatura

900-1300 ° C

fuentes de silicio

Silano (SiH4), tetracloruro de silicio (SiCl4), triclorosilano (SiHCl3),
y diclorosilano (SiH2Cl2)

gases dopantes

Arsina (AsH3), fosfina (PH3), diborano (B2H6)

Concentración de gas dopante

≈100ppm

gas grabador

Cloruro de hidrógeno (HCl)

Concentración de gas grabador

≈1-4%

Gases portadores

Hidrógeno (H2), nitrógeno (N2)

Fuente de calentamiento

Radiofrecuencia (RF) o infrarrojos (IR)

Tipos de epitaxia en fase de vapor

Reacciones químicas

Reducción de hidrógeno de tetracloruro de silicio
(1,150–1,300 ° C)

SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl

Descomposición pirolítica de silano
(1,000–1,100 ° C)

SíH4 → Si + 2H2

Reducción de hidrógeno de triclorosilano

SiHCl3 + H2 → Si + 3HCl

Reducción de diclorosilano

SíH2Cl2 → Si + 2HCl

 

La secuencia de depósito normalmente seguida en un proceso epitaxial implica:

  • limpieza de sustrato—lavado físico, desengrasado con disolventes, limpieza con ácido (sulfúrico, nítrico y clorhídrico, y el fluorhídrico es una secuencia común) y operación de secado
  • carga de obleas
  • calentar— purga de nitrógeno y calentamiento a aproximadamente 500 °C, luego se usa gas hidrógeno y los generadores de RF calientan inductivamente las obleas
  • grabado con cloruro de hidrógeno (HCl)—por lo general, se dispensa una concentración de 1 a 4% de HCl a la cámara del reactor
  • declaración—la fuente de silicio y los gases dopantes se dosifican y depositan en la superficie de la oblea
  • enfriarse-El hidrógeno gaseoso se cambió nuevamente a nitrógeno a 500°C.
  • descarga.

 

Deposición de vapor químico no epitaxial

Mientras que el crecimiento epitaxial es una forma muy específica de CVD en la que la capa depositada tiene la misma orientación de la estructura cristalina que la capa del sustrato, la CVD no epitaxial es la formación de un compuesto estable sobre un sustrato calentado por reacción térmica o descomposición de compuestos gaseosos.

CVD se puede utilizar para depositar muchos materiales, pero en el procesamiento de semiconductores de silicio, los materiales que generalmente se encuentran, además del silicio epitaxial, son:

  • silicio policristalino (poli Si)
  • dióxido de silicio (SiO2—tanto dopado como no dopado; vidrio dopado p)
  • nitruro de silicio (Si3N4).

 

Cada uno de estos materiales puede depositarse en una variedad de formas y cada uno tiene muchas aplicaciones.

La Tabla 7 identifica las tres categorías principales de ECV utilizando la temperatura de funcionamiento como mecanismo de diferenciación.

Tabla 7. Principales categorías de deposición química de vapor de silicio (CVD)

parámetros

Presión

Atmosférico (APCVD) o de baja presión (LPCVD)

Temperatura

500-1,100 ° C

Fuentes de silicio y nitruro

Silano (SiH4), tetracloruro de silicio (SiCl4), amoníaco (NH3), óxido nitroso (N20)

Fuentes dopantes

Arsina (AsH3), fosfina (PH3), diborano (B2H6)

Gases portadores

Nitrógeno (N2), hidrógeno (H2)

Fuente de calentamiento

Sistema de pared fría: radiofrecuencia (RF) o infrarrojos (IR)
Sistema de pared caliente—resistencia térmica

tipo de ECV

Reacción

gas portador

Temperatura

Temperatura media (≈ 600–1,100 °C)

Nitruro de silicio (Si3N4)

3SiH4 + 4NH3 → Si3N4 + 12H2

H2

900-1,100 ° C

Polisilicio (poli Si)

SíH4 + Calor → Si + 2H2

H2
N2

850-1,000 ° C
600-700 ° C

Dióxido de silicio (SiO2)

SíH4 + 4CO2 → SiO2 + 4CO + 2H2O
2H2 + SiCl4 + CO2 → SiO2 + 4HCl*
SíH4 + CO→ SiO2 + 2H2 *

N2
H2
H2

500-900 ° C
800-1,000 ° C
600-900 ° C

Baja temperatura (≈<600 C) Silox, Pyrox, Vapox y Nitrox**

Dióxido de silicio (SiO2) o SiO dopado con p2

     

silox

SíH4 + 2O2 + Dopante → SiO2 + 2H2O

N2

200-500 ° C

pirox

SíH4 + 2O2 + Dopante → SiO2 + 2H2O

N2

<600 ° C

vapox

SíH4 + 2O2 + Dopante → SiO2 + 2H2O

N2

<600 ° C

Nitruro de silicio (Si3N4)

     

Nitrox

3SiH4 + 4NH3 (o N2O*) → Si3N4 + 12H2

N2

600-700 ° C

Mejorado con plasma a baja temperatura (pasivación) (<600°C)

Utilizando radiofrecuencia (RF) o
pulverización reactiva

     

Dióxido de silicio (SiO2)

SíH4 + 2O2 → SiO2 + 2H20

   

Nitruro de silicio (Si3N4)

3SiH4 + 4NH3 (o N2O*) → Si3N4 + 12H2

   

* Nota: Las reacciones no están balanceadas estequiométricamente.

**Nombres genéricos, patentados o de marca registrada para sistemas de reactor CVD

 

Los siguientes componentes se encuentran en casi todos los tipos de equipos CVD:

  • cámara de reacción
  • sección de control de gases
  • control de tiempo y secuencia
  • fuente de calor para sustratos
  • manejo de efluentes.

 

Básicamente, el proceso de CVD implica el suministro de cantidades controladas de gases fuente de silicio o nitruro, junto con gases portadores de nitrógeno y/o hidrógeno, y un gas dopante si se desea, para la reacción química dentro de la cámara del reactor. Se aplica calor para proporcionar la energía necesaria para la reacción química además de controlar las temperaturas superficiales del reactor y las obleas. Una vez completada la reacción, el gas fuente sin reaccionar más el gas portador se expulsan a través del sistema de manejo de efluentes y se ventilan a la atmósfera.

La pasivación es un tipo funcional de CVD. Implica el crecimiento de una capa protectora de óxido en la superficie de la oblea de silicio, generalmente como el último paso de fabricación antes del procesamiento de no fabricación. La capa proporciona estabilidad eléctrica al aislar la superficie del circuito integrado de las condiciones eléctricas y químicas del entorno.

Metalización

Una vez que los dispositivos han sido fabricados en el sustrato de silicio, deben conectarse entre sí para realizar funciones de circuito. Este proceso se conoce como metalización. La metalización proporciona un medio para cablear o interconectar las capas superiores de los circuitos integrados al depositar patrones complejos de materiales conductores, que dirigen la energía eléctrica dentro de los circuitos.

El amplio proceso de metalización se diferencia según el tamaño y espesor de las capas de metales y otros materiales que se depositan. Estos son:

  • película delgada—espesor aproximado de la película de una micra o menos
  • película gruesa—espesor aproximado de la película de 10 micras o más
  • enchapado—los espesores de película varían de delgados a gruesos, pero generalmente películas gruesas.

 

Los metales más comunes utilizados para la metalización de semiconductores de silicio son: aluminio, níquel, cromo o una aleación llamada nicromo, oro, germanio, cobre, plata, titanio, tungsteno, platino y tantalio.

Las películas delgadas o gruesas también se pueden evaporar o depositar sobre varios sustratos de cerámica o vidrio. Algunos ejemplos de estos sustratos son: alúmina (96% Al203), berilio (99 % BeO), vidrio de borosilicato, pirocerámica y cuarzo (SiO2).

Película delgada

La metalización de película delgada a menudo se aplica mediante el uso de una técnica de deposición o evaporación de alto vacío o de vacío parcial. Los principales tipos de evaporación al alto vacío son el haz de electrones, la evaporación instantánea y la resistiva, mientras que la deposición al vacío parcial se realiza principalmente mediante pulverización catódica.

Para realizar cualquier tipo de metalización al vacío de película delgada, un sistema generalmente consta de los siguientes componentes básicos:

  • una cámara que se puede evacuar para proporcionar un vacío suficiente para la deposición
  • una bomba (o bombas) de vacío para reducir los gases ambientales en la cámara
  • instrumentación para monitorear el nivel de vacío y otros parámetros
  • un método para depositar o evaporar las capas de material metalizado.

 

Evaporación por haz de electrones, frecuentemente llamado haz de electrones, usa un haz enfocado de electrones para calentar el material de metalización. Se genera un haz de electrones de alta intensidad de manera similar a la que se utiliza en un tubo de imagen de televisión. Una corriente de electrones se acelera a través de un campo eléctrico de típicamente 5 a 10 kV y se enfoca en el material a evaporar. El haz de electrones enfocado derrite el material contenido en un bloque enfriado por agua con una gran depresión llamada solera. Luego, el material derretido se vaporiza dentro de la cámara de vacío y se condensa en las obleas frías, así como en toda la superficie de la cámara. Luego se realizan operaciones estándar de fotoprotección, exposición, revelado y grabado húmedo o seco para delinear el intrincado circuito metalizado.

evaporación instantánea es otra técnica para la deposición de películas delgadas metalizadas. Este método se utiliza principalmente cuando se va a evaporar simultáneamente una mezcla de dos materiales (aleaciones). Algunos ejemplos de películas de dos componentes son: níquel/cromo (Nichrome), cromo/monóxido de silicio (SiO) y aluminio/silicio.

En la evaporación instantánea, una barra de cerámica se calienta por resistencia térmica y una bobina de alambre alimentada continuamente, una corriente de gránulos o polvo distribuido por vibración se pone en contacto con el filamento o barra caliente. Los metales vaporizados luego recubren la cámara interior y las superficies de la oblea.

Evaporación resistiva (también conocida como evaporación de filamentos) es la forma de deposición más simple y menos costosa. La evaporación se logra aumentando gradualmente la corriente que fluye a través del filamento para derretir primero los bucles de material que se va a evaporar, humedeciendo así el filamento. Una vez que se humedece el filamento, la corriente a través del filamento aumenta hasta que se produce la evaporación. La principal ventaja de la evaporación resistiva es la amplia variedad de materiales que se pueden evaporar.

El trabajo de mantenimiento a veces se realiza en la superficie interior de las cámaras de deposición del evaporador de haz de electrones llamadas campanas de vidrio. Cuando los técnicos de mantenimiento tienen la cabeza dentro de las campanas de cristal, pueden ocurrir exposiciones significativas. La eliminación de los residuos metálicos que se depositan en la superficie interior de las campanas de cristal puede provocar tales exposiciones. Por ejemplo, las exposiciones de los técnicos muy por encima del límite de exposición en el aire para la plata se midieron durante la eliminación de residuos de un evaporador utilizado para depositar plata (Baldwin y Stewart 1989).

La limpieza de residuos de campanas de cristal con disolventes de limpieza orgánicos también puede resultar en una alta exposición a los disolventes. Se han producido exposiciones de técnicos a metanol por encima de 250 ppm durante este tipo de limpieza. Esta exposición se puede eliminar usando agua como solvente de limpieza en lugar de metanol (Baldwin y Stewart 1989).

La deposición por pulverización catódica El proceso tiene lugar en una atmósfera de gas de baja presión o de vacío parcial, utilizando corriente eléctrica continua (CC o pulverización catódica) o voltajes de RF como fuente de alta energía. En la pulverización catódica, se introducen iones de gas inerte de argón en una cámara de vacío después de que se haya alcanzado un nivel de vacío satisfactorio mediante el uso de una bomba de desbaste. Un campo eléctrico se forma al aplicar un alto voltaje, normalmente de 5,000 V, entre dos placas con cargas opuestas. Esta descarga de alta energía ioniza los átomos de gas argón y hace que se muevan y aceleren hacia una de las placas de la cámara llamada objetivo. Cuando los iones de argón chocan con el objetivo hecho del material que se va a depositar, desalojan o chisporrotean estos átomos o moléculas. Los átomos desprendidos del material de metalización se depositan luego en una película delgada sobre los sustratos de silicio que miran hacia el objetivo.

Se encontró que la fuga de RF por los costados y la parte posterior de muchas unidades de pulverización catódica más antiguas excedía el límite de exposición ocupacional (Baldwin y Stewart 1989). La mayor parte de la fuga se debió a grietas en los gabinetes causadas por la remoción repetida de los paneles de mantenimiento. En los modelos más nuevos del mismo fabricante, los paneles con malla de alambre a lo largo de las costuras evitan fugas significativas. Los pulverizadores más antiguos se pueden adaptar con malla de alambre o, alternativamente, se puede usar cinta de cobre para cubrir las costuras y reducir las fugas.

Película gruesa

La estructura y las dimensiones de la mayoría de las películas gruesas no son compatibles con la metalización de los circuitos integrados de silicio, principalmente debido a las limitaciones de tamaño. Las películas gruesas se utilizan principalmente para la metalización de estructuras electrónicas híbridas, como en la fabricación de pantallas LCD.

El proceso de serigrafía es el método dominante de aplicación de películas gruesas. Los materiales de película gruesa típicamente usados ​​son paladio, plata, dióxido de titanio y vidrio, oro-platino y vidrio, oro-vidrio y plata-vidrio.

Las películas gruesas resistivas normalmente se depositan y modelan sobre un sustrato cerámico utilizando técnicas de serigrafía. cermet es una forma de película gruesa resistiva compuesta por una suspensión de partículas metálicas conductoras en una matriz cerámica con una resina orgánica como relleno. Las estructuras cermet típicas están compuestas de óxido de cromo, plata u plomo en una matriz de monóxido o dióxido de silicio.

Enchapado

Se utilizan dos tipos básicos de técnicas de revestimiento para formar películas metálicas sobre sustratos semiconductores: revestimiento galvánico y revestimiento no electrolítico.

In galvanoplastia, el sustrato que se va a metalizar se coloca en el cátodo, o terminal con carga negativa, del tanque de metalizado y se sumerge en una solución electrolítica. Un electrodo hecho del metal que se va a enchapar sirve como ánodo o terminal cargado positivamente. Cuando pasa una corriente continua a través de la solución, los iones metálicos cargados positivamente, que se disuelven en la solución desde el ánodo, migran y se depositan en el cátodo (sustrato). Este método de recubrimiento se utiliza para formar películas conductoras de oro o cobre.

In chapado sin electrodos, la reducción y oxidación simultáneas del metal a recubrir se utiliza para formar un átomo o molécula de metal libre. Dado que este método no requiere conducción eléctrica durante el proceso de recubrimiento, se puede utilizar con sustratos de tipo aislante. El níquel, el cobre y el oro son los metales más comunes depositados de esta manera.

Aleación/recocido

Después de depositar y grabar las interconexiones metalizadas, se puede realizar un paso final de aleación y recocido. La aleación consiste en colocar los sustratos metalizados, generalmente con aluminio, en un horno de difusión a baja temperatura para asegurar un contacto de baja resistencia entre el metal aluminio y el sustrato de silicio. Finalmente, ya sea durante el paso de aleación o inmediatamente después, las obleas a menudo se exponen a una mezcla de gases que contiene hidrógeno en un horno de difusión a 400 a 500 °C. El paso de recocido está diseñado para optimizar y estabilizar las características del dispositivo al combinar el hidrógeno con átomos no comprometidos en o cerca de la interfaz silicio-dióxido de silicio.

Backlapping y metalización trasera

También hay un paso de procesamiento de metalización opcional llamado backlapping. La parte posterior de la oblea se puede lapear o moler usando una solución abrasiva húmeda y presión. Se puede depositar un metal como el oro en el lado posterior de la oblea mediante pulverización catódica. Esto facilita la unión de la matriz separada al paquete en el ensamblaje final.

Montaje y prueba

El procesamiento que no es de fabricación, que incluye empaque externo, accesorios, encapsulación, ensamblaje y prueba, normalmente se realiza en instalaciones de producción separadas y muchas veces se realiza en países del sudeste asiático, donde estos trabajos intensivos en mano de obra son menos costosos de realizar. Además, los requisitos de ventilación para el proceso y el control de partículas son generalmente diferentes (sin sala limpia) en las áreas de procesamiento que no son de fabricación. Estos pasos finales del proceso de fabricación implican operaciones que incluyen soldadura, desengrasado, pruebas con productos químicos y fuentes de radiación, y recorte y marcado con láser.

Normalmente, la soldadura durante la fabricación de semiconductores no genera una alta exposición al plomo. Para evitar daños térmicos en el circuito integrado, la temperatura de la soldadura se mantiene por debajo de la temperatura a la que puede producirse una formación significativa de humo de plomo fundido (430 °C). Sin embargo, la limpieza del equipo de soldadura raspando o cepillando los residuos que contienen plomo puede resultar en exposiciones al plomo superiores a 50 μg/m3 (Baldwin y Stewart 1989). Además, las exposiciones al plomo de 200 μg/m3 han ocurrido cuando se utilizan técnicas inadecuadas de remoción de escoria durante las operaciones de soldadura por ola (Baldwin y Williams 1996).

Una preocupación creciente con las operaciones de soldadura es la irritación respiratoria y el asma debido a la exposición a los productos de pirólisis de los fundentes de soldadura, particularmente durante las operaciones de soldadura manual o de retoque, donde históricamente no se ha utilizado comúnmente la ventilación de escape local (a diferencia de las operaciones de soldadura por ola, que durante las últimas décadas se han encerrado típicamente en gabinetes agotados) (Goh y Ng 1987). Consulte el artículo "Placa de circuito impreso y ensamblaje de computadora" para obtener más detalles.

Dado que la colofonia en el fundente de soldadura es un sensibilizador, todas las exposiciones deben reducirse al mínimo posible, independientemente de los resultados del muestreo de aire. Las nuevas instalaciones de soldadura en particular deben incluir ventilación de escape local cuando la soldadura se vaya a realizar durante períodos prolongados (p. ej., más de 2 horas).

Los humos de la soldadura manual se elevarán verticalmente en las corrientes térmicas y entrarán en la zona de respiración del empleado cuando la persona se incline sobre el punto de soldadura. El control generalmente se logra por medio de ventilación de escape local efectiva de alta velocidad y bajo volumen en la punta de la soldadura.

Los dispositivos que devuelven aire filtrado al lugar de trabajo pueden, si la eficiencia de filtración es inadecuada, causar una contaminación secundaria que puede afectar a las personas en el lugar de trabajo que no sean las que sueldan. El aire filtrado no debe devolverse a la sala de trabajo a menos que la cantidad de soldadura sea pequeña y la sala tenga una buena ventilación general de dilución.

Clasificación y prueba de obleas

Una vez que se completa la fabricación de obleas, cada oblea intrínsecamente terminada se somete a un proceso de clasificación de obleas en el que los circuitos integrados en cada troquel específico se prueban eléctricamente con sondas controladas por computadora. Una oblea individual puede contener de cien a muchos cientos de troqueles o chips separados que deben probarse. Una vez finalizados los resultados de la prueba, los troqueles se marcan físicamente con una resina epoxi de un componente dispensada automáticamente. El rojo y el azul se utilizan para identificar y clasificar las matrices que no cumplen con las especificaciones eléctricas deseadas.

Separación de troqueles

Con los dispositivos o circuitos en la oblea probados, marcados y clasificados, el individuo que muere en la oblea debe estar físicamente separado. Se han diseñado varios métodos para separar los troqueles individuales: grabado con diamante, grabado con láser y aserrado con rueda de diamante.

El trazado de diamantes es el método más antiguo en uso e implica dibujar una punta incrustada de diamante de forma precisa a lo largo de la oblea a lo largo de la línea de trazado o "calle" que separa los troqueles individuales en la superficie de la oblea. La imperfección en la estructura cristalina causada por el grabado permite que la oblea se doble y se rompa a lo largo de esta línea.

El trazado por láser es una técnica de separación de troqueles relativamente reciente. Un rayo láser es generado por un láser pulsado de neodimio-itrio de alta potencia. El haz genera un surco en la oblea de silicio a lo largo de las líneas grabadas. La ranura sirve como línea a lo largo de la cual se rompe la oblea.

Un método ampliamente utilizado de separación de troqueles es el aserrado en húmedo: cortar sustratos a lo largo de la calle con una sierra circular de diamante de alta velocidad. El aserrado puede cortar parcialmente (escribir) o cortar completamente (dados) a través del sustrato de silicio. Mediante el aserrado se genera una lechada húmeda de material retirado de la calle.

Fijación y pegado de troqueles

El troquel o chip individual debe estar unido a un paquete portador y a un marco de plomo de metal. Los portadores suelen estar hechos de un material aislante, ya sea de cerámica o de plástico. Los materiales de soporte cerámicos suelen estar hechos de alúmina (Al2O3), pero posiblemente puede consistir en berilio (BeO) o esteatita (MgO-SiO2). Los materiales de soporte de plástico son del tipo de resina termoplástica o termoendurecible.

La unión de la matriz individual generalmente se logra mediante uno de los tres tipos distintos de unión: eutéctica, preforma y epoxi. La fijación del troquel eutéctico implica el uso de una aleación de soldadura fuerte eutéctica, como oro-silicio. En este método, se deposita previamente una capa de metal dorado en la parte posterior de la matriz. Al calentar el paquete por encima de la temperatura eutéctica (370 °C para oro-silicio) y colocar el troquel sobre él, se forma una unión entre el troquel y el paquete.

La unión de preformas implica el uso de una pequeña pieza de material de composición especial que se adherirá tanto a la matriz como al paquete. Se coloca una preforma en el área de unión del troquel de un paquete y se deja que se funda. A continuación, se frota el troquel por toda la región hasta que se une el troquel y, a continuación, se enfría el paquete.

La unión con epoxi implica el uso de un pegamento epoxi para unir la matriz al paquete. Se dispensa una gota de epoxi en el paquete y se coloca el troquel encima. Es posible que el paquete deba hornearse a una temperatura elevada para curar el epoxi correctamente.

Una vez que el troquel está unido físicamente al paquete, se deben proporcionar conexiones eléctricas entre el circuito integrado y los cables del paquete. Esto se logra mediante el uso de técnicas de termocompresión, ultrasónicas o termosónicas para unir cables de oro o aluminio entre las áreas de contacto del chip de silicio y los cables del paquete.

La unión por termocompresión se usa a menudo con alambre de oro e implica calentar el paquete a aproximadamente 300oC y formar la unión entre el cable y las almohadillas de unión usando calor y presión. Se utilizan dos tipos principales de unión por termocompresión:unión de bolas y unión de cuña. La unión de bolas, que se usa solo con alambre de oro, alimenta el alambre a través de un tubo capilar, lo comprime y luego una llama de hidrógeno lo derrite. Además, esto forma una nueva bola en el extremo del cable para el próximo ciclo de unión. La unión en cuña implica una herramienta de unión en forma de cuña y un microscopio que se utiliza para colocar el chip de silicio y el paquete con precisión sobre la almohadilla de unión. El proceso se realiza en atmósfera inerte.

La unión ultrasónica utiliza un pulso de energía ultrasónica de alta frecuencia para proporcionar una acción de limpieza que forma una unión entre el cable y la almohadilla de unión. La unión ultrasónica se usa principalmente con alambre de aluminio y, a menudo, se prefiere a la unión por termocompresión, ya que no requiere que el chip del circuito se caliente durante la operación de unión.

La unión termosónica es un cambio tecnológico reciente en la unión de hilos de oro. Implica el uso de una combinación de energías ultrasónicas y térmicas y requiere menos calor que la unión por termocompresión.

La encapsulación

El propósito principal de la encapsulación es colocar un circuito integrado en un paquete que cumpla con los requisitos eléctricos, térmicos, químicos y físicos asociados con la aplicación del circuito integrado.

Los tipos de paquete más utilizados son el tipo de cable radial, el paquete plano y el paquete dual en línea (DIP). Los paquetes de tipo radial están hechos principalmente de Kovar, una aleación de hierro, níquel y cobalto, con sellos de vidrio duro y cables Kovar. Los paquetes planos usan marcos de metal y plomo, generalmente hechos de una aleación de aluminio combinada con componentes de cerámica, vidrio y metal. Los paquetes duales en línea son generalmente los más comunes y, a menudo, usan cerámica o plásticos moldeados.

Los paquetes de semiconductores de plástico moldeado se producen principalmente mediante dos procesos separados:moldeo por transferencia y moldeo por inyección. El moldeo por transferencia es el método de encapsulación de plástico predominante. En este método, los chips se montan en marcos de plomo sin recortar y luego se cargan por lotes en moldes. Las formas en polvo o gránulos de compuestos de moldeo de plástico termoendurecibles se funden en una olla calentada y luego se fuerzan (transfieren) bajo presión a los moldes cargados. Los sistemas de compuestos de moldeo de plástico en forma de polvo o gránulos se pueden utilizar en resinas epoxi, silicona o silicona/epoxi. El sistema generalmente consiste en una mezcla de:

  • resinas termoendurecibles—epoxi, silicona o silicona/epoxi
  • endurecedores—epoxi novolacas y epoxi anhídridos
  • rellenos—dióxido de silicio cristalino o fundido con sílice (SiO2) y alúmina (Al2O3), generalmente 50-70% en peso
  • retardante de fuego—trióxido de antimonio (Sb2O3) generalmente 1-5% en peso.

 

El moldeo por inyección utiliza un compuesto de moldeo termoplástico o termoestable que se calienta hasta su punto de fusión en un cilindro a una temperatura controlada y se fuerza bajo presión a través de una boquilla hacia el molde. La resina se solidifica rápidamente, se abre el molde y se expulsa el paquete de encapsulación. En el moldeo por inyección se utiliza una amplia variedad de compuestos plásticos, siendo las resinas epoxi y de sulfuro de polifenileno (PPS) las entradas más recientes en el encapsulado de semiconductores.

El embalaje final del dispositivo semiconductor de silicio se clasifica según su resistencia a las fugas o su capacidad para aislar el circuito integrado de su entorno. Estos se diferencian en sellados herméticamente (herméticos) o no herméticos.

Prueba de fugas y quemado

Prueba de fugas es un procedimiento desarrollado para probar la capacidad real de sellado o hermetismo del dispositivo empaquetado. Se utilizan dos formas comunes de prueba de fugas: detección de fugas con helio y detección de fugas con trazador radiactivo.

En la detección de fugas de helio, los paquetes completos se colocan en una atmósfera de presión de helio durante un período de tiempo. El helio puede penetrar a través de las imperfecciones del paquete. Después de retirarlo de la cámara de presurización de helio, el paquete se transfiere a una cámara de espectrómetro de masas y se prueba si hay fugas de helio por imperfecciones en el paquete.

El gas trazador radiactivo, generalmente criptón-85 (Kr-85), se sustituye por helio en el segundo método y se mide el gas radiactivo que se escapa del paquete. En condiciones normales, la exposición del personal a este proceso es inferior a 5 milisieverts (500 milirems) por año (Baldwin y Stewart 1989). Los controles para estos sistemas generalmente incluyen:

  • aislamiento en habitaciones con acceso limitado solo al personal necesario
  • colocar carteles de advertencia de radiación en las puertas de las habitaciones que contienen Kr-85
  • monitores de radiación continua con alarmas y apagado/aislamiento automático
  • sistema de escape dedicado y sala de presión negativa
  • monitorear exposiciones con dosimetría personal (p. ej., placas de película de radiación)
  • mantenimiento regular de alarmas y enclavamientos
  • comprobaciones periódicas de fugas de material radiactivo
  • capacitación en seguridad para operadores y técnicos
  • garantizar que las exposiciones a la radiación se mantengan tan bajas como sea razonablemente posible (ALARA).

 

Además, los materiales que entran en contacto con Kr-85 (p. ej., circuitos integrados expuestos, aceite de bomba usado, válvulas y juntas tóricas) se inspeccionan para garantizar que no emitan niveles excesivos de radiación debido al gas residual que contienen antes de retirarlos de el área controlada. Leach-Marshal (1991) proporciona información detallada sobre las exposiciones y los controles de los sistemas de detección de fugas finas Kr-85.

Marcar a fuego es una operación de estrés eléctrico y de temperatura para determinar la confiabilidad del dispositivo empaquetado final. Los dispositivos se colocan en un horno de temperatura controlada durante un período de tiempo prolongado utilizando una atmósfera ambiental o una atmósfera inerte de nitrógeno. Las temperaturas oscilan entre 125°C y 200°C (150°C es un promedio), y períodos de tiempo desde unas pocas horas hasta 1,000 horas (48 horas es un promedio).

Examen final

Para una caracterización final del rendimiento del dispositivo semiconductor de silicio empaquetado, se realiza una prueba eléctrica final. Debido al gran número y la complejidad de las pruebas requeridas, una computadora realiza y evalúa la prueba de numerosos parámetros importantes para el eventual funcionamiento del dispositivo.

marcar y empacar

La identificación física del dispositivo empaquetado final se logra mediante el uso de una variedad de sistemas de marcado. Las dos categorías principales de marcado de componentes son la impresión con y sin contacto. La impresión por contacto normalmente incorpora una técnica de offset rotativo que utiliza tintas a base de solventes. La impresión sin contacto, que transfiere las marcas sin contacto físico, implica la impresión con un cabezal de chorro de tinta o con tóner utilizando tintas a base de solventes o marcas con láser.

Los disolventes utilizados como soporte para las tintas de impresión y como prelimpiador suelen estar compuestos por una mezcla de alcoholes (etanol) y ésteres (acetato de etilo). La mayoría de los sistemas de marcado de componentes, además del marcado por láser, utilizan tintas que requieren un paso adicional para el fraguado o curado. Estos métodos de curado son el curado al aire, el curado por calor (térmico o infrarrojo) y el curado ultravioleta. Las tintas de curado ultravioleta no contienen solventes.

Los sistemas de marcado láser utilizan dióxido de carbono de alta potencia (CO2) láser, o un láser de neodimio: itrio de alta potencia. Estos láseres suelen estar integrados en el equipo y tienen gabinetes entrelazados que encierran la trayectoria del haz y el punto donde el haz entra en contacto con el objetivo. Esto elimina el peligro del rayo láser durante las operaciones normales, pero existe un problema cuando se anulan los interbloqueos de seguridad. La operación más común en la que es necesario retirar los recintos del haz y anular los enclavamientos es la alineación del haz láser.

Durante estas operaciones de mantenimiento, lo ideal es evacuar la sala que contiene el láser, excepto para los técnicos de mantenimiento necesarios, con las puertas de la sala cerradas y señalizadas con las señales de seguridad láser adecuadas. Sin embargo, los láseres de alta potencia utilizados en la fabricación de semiconductores suelen estar ubicados en áreas de fabricación grandes y abiertas, lo que hace que sea poco práctico reubicar al personal que no es de mantenimiento durante el mantenimiento. Para estas situaciones, normalmente se establece un área de control temporal. Normalmente, estas áreas de control consisten en cortinas láser o pantallas de soldadura capaces de resistir el contacto directo con el rayo láser. La entrada al área de control temporal generalmente se realiza a través de una entrada de laberinto que se publica con una señal de advertencia cada vez que se anulan los enclavamientos del láser. Otras precauciones de seguridad durante la alineación del haz son similares a las requeridas para la operación de un láser de alta potencia de haz abierto (por ejemplo, capacitación, protección para los ojos, procedimientos escritos, etc.).

Los láseres de alta potencia también son uno de los riesgos eléctricos más importantes en la industria de los semiconductores. Incluso después de desconectar la alimentación, existe un potencial de choque significativo dentro de la herramienta y debe disiparse antes de trabajar dentro del gabinete.

Junto con el peligro del rayo y el peligro eléctrico, también se debe tener cuidado al realizar el mantenimiento de los sistemas de marcado láser debido al potencial de contaminación química del trióxido de antimonio y el berilio retardantes de fuego (los paquetes de cerámica que contengan este compuesto estarán etiquetados). Se pueden generar humos durante el marcado con láseres de alta potencia y crear residuos en las superficies del equipo y en los filtros de extracción de humos.

Los desengrasantes se han utilizado en el pasado para limpiar semiconductores antes de que se marquen con códigos de identificación. La exposición a solventes por encima del límite aplicable de exposición ocupacional en el aire puede ocurrir fácilmente si la cabeza de un operador se coloca debajo de los serpentines de enfriamiento que hacen que los vapores se vuelvan a condensar, como puede suceder cuando un operador intenta recuperar piezas que se han caído o cuando un técnico limpia residuos del fondo de la unidad (Baldwin y Stewart 1989). El uso de desengrasantes se ha reducido considerablemente en la industria de los semiconductores debido a las restricciones en el uso de sustancias que agotan la capa de ozono, como los clorofluorocarbonos y los solventes clorados.

Análisis de fallas y aseguramiento de la calidad.

Los laboratorios de análisis de fallas y análisis de calidad suelen realizar varias operaciones utilizadas para garantizar la confiabilidad de los dispositivos. Algunas de las operaciones realizadas en estos laboratorios presentan el potencial de exposición de los empleados. Éstas incluyen:

  • pruebas de marcado utilizando varios solventes y mezclas corrosivas en vasos de precipitados calentados en placas calientes. Se necesita ventilación de escape local (LEV) en forma de una campana de metal con velocidades de cara adecuadas para controlar las emisiones fugitivas. Las soluciones de monoetanolamina pueden resultar en exposiciones superiores a su límite de exposición en el aire (Baldwin y Williams 1996).
  • prueba de burbujas/fugas utilizando fluorocarbonos de alto peso molecular (nombre comercial Fluorinerts)
  • unidades de embalaje de rayos x.

 

El cobalto-60 (hasta 26,000 5 curies) se utiliza en irradiadores para probar la capacidad de los circuitos integrados para resistir la exposición a la radiación gamma en aplicaciones militares y espaciales. En condiciones normales, las exposiciones del personal de esta operación son inferiores a 500 milisieverts (1989 milirems) por año (Baldwin y Stewart 85). Los controles para esta operación algo especializada son similares a los utilizados para los sistemas de fugas finas de Kr-XNUMX (por ejemplo, sala aislada, monitores de radiación continuos, monitoreo de la exposición del personal, etc.).

Pequeñas fuentes alfa de “licencia específica” (por ejemplo, micro y milicurios de americio-241) se utilizan en el proceso de análisis de fallas. Estas fuentes están cubiertas por una capa protectora delgada llamada ventana que permite que se emitan partículas alfa desde la fuente para probar la capacidad del circuito integrado para operar cuando es bombardeado por partículas alfa. Por lo general, las fuentes se revisan periódicamente (p. ej., semestralmente) para detectar fugas de material radiactivo que pueden ocurrir si la ventana protectora está dañada. Cualquier fuga detectable generalmente provoca la eliminación de la fuente y su envío de regreso al fabricante.

Los sistemas de rayos X de cabina se utilizan para comprobar el grosor de los revestimientos metálicos y para identificar defectos (p. ej., burbujas de aire en paquetes de compuestos de molde). Si bien no son una fuente importante de fugas, estas unidades generalmente se revisan periódicamente (p. ej., anualmente) con un medidor portátil para detectar fugas de rayos X y se inspeccionan para garantizar que los enclavamientos de las puertas funcionen correctamente.

Envíos

El envío es el punto final de la participación de la mayoría de los fabricantes de dispositivos de semiconductores de silicio. Los fabricantes comerciales de semiconductores venden sus productos a otros productores de productos finales, mientras que los fabricantes cautivos utilizan los dispositivos para sus propios productos finales.

Estudio de Salud

Cada paso del proceso utiliza un conjunto particular de productos químicos y herramientas que generan preocupaciones específicas sobre medio ambiente, salud y seguridad. Además de las preocupaciones asociadas con los pasos específicos del proceso en el procesamiento de dispositivos semiconductores de silicio, un estudio epidemiológico investigó los efectos sobre la salud entre los empleados de la industria de semiconductores (Schenker et al. 1992). Ver también la discusión en el artículo “Efectos en la salud y patrones de enfermedad”.

La principal conclusión del estudio fue que el trabajo en las instalaciones de fabricación de semiconductores está asociado con una mayor tasa de aborto espontáneo (SAB). En el componente histórico del estudio, el número de embarazos estudiados en empleados de fabricación y no fabricación fue aproximadamente igual (447 y 444 respectivamente), pero hubo más abortos espontáneos en fabricación (n=67) que en no fabricación (n=46) . Cuando se ajustó por varios factores que podrían causar sesgo (edad, etnia, tabaquismo, estrés, estado socioeconómico e historial de embarazo), el riesgo relativo (RR) para la fabricación frente a la no fabricación fue 1.43 (intervalo de confianza del 95% = 0.95-2.09) .

Los investigadores vincularon el aumento de la tasa de SAB con la exposición a ciertos éteres de glicol a base de etileno (EGE) que se utilizan en la fabricación de semiconductores. Los éteres de glicol específicos que participaron en el estudio y que se sospecha que causan efectos reproductivos adversos son:

  • 2-metoxietanol (CAS 109-86-4)
  • Acetato de 2-metoxietilo (CAS 110-49-6)
  • Acetato de 2-etoxietilo (CAS 111-15-9).

 

Si bien no forman parte del estudio, otros dos éteres de glicol utilizados en la industria, el 2-etoxietanol (CAS 110-80-5) y el éter dimetílico de dietilenglicol (CAS 111-96-6) tienen efectos tóxicos similares y han sido prohibidos por algunos fabricantes de semiconductores.

Además de una mayor tasa de SAB asociada con la exposición a ciertos éteres de glicol, el estudio también concluyó:

  • Existía una asociación inconsistente para la exposición al fluoruro (en el grabado) y SAB.
  • El estrés autoinformado fue un fuerte factor de riesgo independiente para SAB entre las mujeres que trabajan en las áreas de fabricación.
  • Las mujeres que trabajaban en el área de fabricación tardaron más en quedar embarazadas en comparación con las mujeres que no trabajaban en áreas de fabricación.
  • Se presentó un aumento en los síntomas respiratorios (irritación de ojos, nariz y garganta y sibilancias) para los trabajadores de fabricación en comparación con los trabajadores que no son de fabricación.
  • Los síntomas musculoesqueléticos de la extremidad superior distal, como dolor en la mano, la muñeca, el codo y el antebrazo, se asociaron con el trabajo en la sala de fabricación.
  • La dermatitis y la caída del cabello (alopecia) se informaron con mayor frecuencia entre los trabajadores de fabricación que entre los trabajadores que no la fabricaban.

 

Revisión del equipo

La complejidad de los equipos de fabricación de semiconductores, junto con los continuos avances en los procesos de fabricación, hace que la revisión previa a la instalación de nuevos equipos de proceso sea importante para minimizar los riesgos de EHS. Dos procesos de revisión de equipos ayudan a garantizar que los nuevos equipos de proceso de semiconductores tengan los controles de EHS adecuados: la marca CE y los estándares de Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI).

La marca CE es una declaración del fabricante de que el equipo así marcado cumple con los requisitos de todas las Directivas aplicables de la Unión Europea (UE). Para los equipos de fabricación de semiconductores, la Directiva de maquinaria (MD), la Directiva de compatibilidad electromagnética (EMC) y la Directiva de bajo voltaje (LVD) se consideran las directivas más aplicables.

En el caso de la Directiva EMC, es necesario contratar los servicios de un organismo competente (organización oficialmente autorizada por un estado miembro de la UE) para definir los requisitos de prueba y aprobar los resultados del examen. El MD y el LVD pueden ser evaluados por el fabricante o por un organismo notificado (organización oficialmente autorizada por un estado miembro de la UE). Independientemente del camino elegido (autoevaluación o evaluación de terceros), es el importador registrado quien es responsable de que el producto importado tenga la marca CE. Pueden utilizar la información de autoevaluación o de terceros como base para su creencia de que el equipo cumple con los requisitos de las directivas aplicables, pero, en última instancia, prepararán la declaración de conformidad y colocarán la marca CE ellos mismos.

Semiconductor Equipment and Materials International es una asociación comercial internacional que representa a los proveedores de materiales y equipos de pantalla plana y semiconductores. Entre sus actividades se encuentra el desarrollo de normas técnicas voluntarias que son acuerdos entre proveedores y clientes destinados a mejorar la calidad y confiabilidad del producto a un precio razonable y con un suministro constante.

Dos estándares SEMI que se aplican específicamente a las preocupaciones de EHS para equipos nuevos son SEMI S2 y SEMI S8. SEMI S2-93, Directrices de seguridad para equipos de fabricación de semiconductores, pretende ser un conjunto mínimo de consideraciones de EHS basadas en el rendimiento para equipos utilizados en la fabricación de semiconductores. SEMI S8-95, Guía del usuario de los criterios ergonómicos de éxito del proveedor, amplía el apartado de ergonomía en SEMI S2.

Muchos fabricantes de semiconductores exigen que un tercero certifique que los nuevos equipos cumplen los requisitos de SEMI S2. Las pautas para interpretar SEMI S2-93 y SEMI S8-95 están contenidas en una publicación del consorcio industrial SEMATECH (SEMATECH 1996). Información adicional sobre SEMI está disponible en la web mundial (http://www.semi.org).

Manipulación de productos químicos

Dosificación de líquidos

Con los sistemas automatizados de dispensación de productos químicos convirtiéndose en la regla, no en la excepción, la cantidad de quemaduras químicas en los empleados ha disminuido. Sin embargo, es necesario instalar protecciones adecuadas en estos sistemas automatizados de dispensación de productos químicos. Éstas incluyen:

  • detección de fugas y cierre automático en la fuente de suministro a granel y en las cajas de conexiones
  • doble contención de líneas si el producto químico se considera un material peligroso
  • sensores de alto nivel en puntos finales (baño o recipiente de herramientas)
  • apagado temporizado de la bomba (permite que solo se bombee una cantidad específica a una ubicación antes de que se apague automáticamente).

Dispensación de gas

La seguridad de la distribución de gas ha mejorado significativamente a lo largo de los años con la llegada de nuevos tipos de válvulas de cilindro, orificios de flujo restringido incorporados en el cilindro, paneles de purga de gas automatizados, detección y cierre de caudal alto y equipos de detección de fugas más sofisticados. Debido a su propiedad pirofórica y su amplio uso como materia prima, el gas silano representa el riesgo de explosión más significativo dentro de la industria. Sin embargo, los incidentes de gas silano se han vuelto más predecibles con una nueva investigación realizada por Factory Mutual y SEMATECH. Con orificios de flujo reducido (RFO), presiones de entrega y tasas de ventilación adecuadas, se han eliminado la mayoría de los incidentes explosivos (SEMATECH 1995).

Se han producido varios incidentes de seguridad en los últimos años debido a una mezcla descontrolada de gases incompatibles. Debido a estos incidentes, los fabricantes de semiconductores a menudo revisan las instalaciones de las líneas de gas y las cajas de gas de las herramientas para asegurarse de que no se produzca una mezcla incorrecta o un reflujo de gases.

Los problemas químicos suelen generar las mayores preocupaciones en la fabricación de semiconductores. Sin embargo, la mayoría de las lesiones y muertes dentro de la industria resultan de peligros no químicos.

Seguridad ELECTRICA

Existen numerosos peligros eléctricos asociados con los equipos utilizados en esta industria. Los enclavamientos de seguridad juegan un papel importante en la seguridad eléctrica, pero los técnicos de mantenimiento a menudo anulan estos enclavamientos. Una cantidad significativa de trabajo de mantenimiento generalmente se realiza mientras el equipo aún está energizado o solo parcialmente desenergizado. Los peligros eléctricos más significativos están asociados con los implantadores de iones y las fuentes de alimentación láser. Incluso después de desconectar la alimentación, existe un potencial de choque significativo dentro de la herramienta y debe disiparse antes de trabajar en el interior de la herramienta. El proceso de revisión SEMI S2 en los Estados Unidos y la marca CE en Europa han ayudado a mejorar la seguridad eléctrica de los equipos nuevos, pero las operaciones de mantenimiento no siempre se consideran adecuadamente. Se necesita una revisión cuidadosa de las operaciones de mantenimiento y los peligros eléctricos para todos los equipos recién instalados.

El segundo en la lista de riesgos eléctricos es el conjunto de equipos que generan energía de RF durante los procesos de grabado, pulverización catódica y limpieza de cámaras. Se necesita blindaje y conexión a tierra adecuados para minimizar el riesgo de quemaduras por radiofrecuencia.

Estos peligros eléctricos y las muchas herramientas que no se apagan durante las operaciones de mantenimiento requieren que los técnicos de mantenimiento empleen otros medios para protegerse, como los procedimientos de bloqueo/etiquetado. Los peligros eléctricos no son las únicas fuentes de energía que se abordan con bloqueo/etiquetado. Otras fuentes de energía incluyen líneas presurizadas, muchas de las cuales contienen gases o líquidos peligrosos, y controles neumáticos. Las desconexiones para controlar estas fuentes de energía deben estar en un lugar fácilmente disponible, dentro del fab (fabricación) o área de persecución donde trabajará el empleado, en lugar de lugares inconvenientes como subfabricaciones.

Ergonomía

La interfaz entre el empleado y la herramienta continúa causando lesiones. Las distensiones musculares y los esguinces son bastante comunes en la industria de los semiconductores, especialmente en el técnico de mantenimiento. El acceso a las bombas, las cubiertas de las cámaras, etc., a menudo no está bien diseñado durante la fabricación de la herramienta y durante la colocación de la herramienta en la fábrica. Las bombas deben tener ruedas o colocarse en cajones o bandejas extraíbles. Es necesario incorporar dispositivos de elevación para muchas operaciones.

El manejo simple de obleas genera riesgos ergonómicos, especialmente en instalaciones más antiguas. Las instalaciones más nuevas suelen tener obleas más grandes y, por lo tanto, requieren sistemas de manipulación más automatizados. Muchos de estos sistemas de manejo de obleas se consideran dispositivos robóticos, y las preocupaciones de seguridad con estos sistemas deben tenerse en cuenta cuando se diseñan e instalan (ANSI 1986).

Seguridad contra incendios

Además del gas silano, que ya se ha abordado, el gas hidrógeno tiene el potencial de ser un peligro de incendio significativo. Sin embargo, se entiende mejor y la industria no ha visto muchos problemas importantes asociados con el hidrógeno.

El riesgo de incendio más serio ahora está asociado con cubiertas mojadas o baños de grabado. Los materiales plásticos típicos de construcción (cloruro de polivinilo, polipropileno y polipropileno resistente al fuego) han estado involucrados en la fabricación. incendios La fuente de ignición puede ser un calentador de baño de grabado o chapado, los controles eléctricos montados directamente en el plástico o en una herramienta adyacente. Si se produce un incendio con una de estas herramientas de plástico, la contaminación por partículas y los productos de combustión corrosivos se esparcen por toda la fábrica. La pérdida económica es alta debido al tiempo de inactividad en la fábrica mientras el área y el equipo vuelven a los estándares de sala limpia. A menudo, algunos equipos costosos no se pueden descontaminar adecuadamente y se deben comprar equipos nuevos. Por lo tanto, la prevención y la protección contra incendios adecuadas son críticas.

La prevención de incendios se puede abordar con diferentes materiales de construcción no combustibles. El acero inoxidable es el material de construcción preferido para estas cubiertas húmedas, pero a menudo el proceso no “acepta” una herramienta de metal. Existen plásticos con menor potencial de incendio/humo, pero aún no se han probado adecuadamente para determinar si serán compatibles con los procesos de fabricación de semiconductores.

Para la protección contra incendios, estas herramientas deben estar protegidas por una protección de rociadores sin obstrucciones. La colocación de filtros HEPA sobre bancos húmedos a menudo bloquea los cabezales de los rociadores. Si esto ocurre, se instalan aspersores adicionales debajo de los filtros. Muchas empresas también exigen que se instale un sistema de detección y supresión de incendios dentro de las cavidades del pleno de estas herramientas, donde se inician muchos incendios.

 

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Sábado, abril 02 2011 18: 39

Pantallas de cristal líquido

Las pantallas de cristal líquido (LCD) han estado disponibles comercialmente desde la década de 1970. Se utilizan comúnmente en relojes, calculadoras, radios y otros productos que requieren indicadores y tres o cuatro caracteres alfanuméricos. Las mejoras recientes en los materiales de cristal líquido permiten fabricar pantallas grandes. Si bien las pantallas LCD son solo una pequeña parte de la industria de los semiconductores, su importancia ha crecido con su uso en pantallas planas para computadoras portátiles, computadoras portátiles muy livianas y procesadores de texto dedicados. Se espera que la importancia de las pantallas LCD continúe creciendo a medida que finalmente reemplacen al último tubo de vacío comúnmente utilizado en electrónica: el tubo de rayos catódicos (CRT) (O'Mara 1993).

La fabricación de pantallas LCD es un proceso muy especializado. Los resultados del monitoreo de higiene industrial indican niveles muy bajos de contaminantes en el aire para las diversas exposiciones a solventes monitoreadas (Wade et al. 1981). En general, los tipos y cantidades de sustancias químicas sólidas, líquidas y gaseosas tóxicas, corrosivas e inflamables y agentes físicos peligrosos en uso son limitados en comparación con otros tipos de fabricación de semiconductores.

Los materiales de cristal líquido son moléculas en forma de varilla ejemplificadas por las moléculas de cianobifenilo que se muestran en la figura 1. Estas moléculas poseen la propiedad de girar en la dirección de la luz polarizada que pasa. Aunque las moléculas son transparentes a la luz visible, un recipiente del material líquido parece lechoso o translúcido en lugar de transparente. Esto ocurre porque el eje largo de las moléculas está alineado en ángulos aleatorios, por lo que la luz se dispersa al azar. Una celda de visualización de cristal líquido está dispuesta de modo que las moléculas sigan una alineación específica. Esta alineación se puede cambiar con un campo eléctrico externo, lo que permite cambiar la polarización de la luz entrante.

Figura 1. Moléculas básicas de polímero de cristal líquido

MIC030F1

En la fabricación de pantallas planas, dos sustratos de vidrio se procesan por separado y luego se unen. El sustrato frontal está modelado para crear una matriz de filtros de color. El sustrato de vidrio trasero está diseñado para formar transistores de película delgada y las líneas de interconexión de metal. Estas dos placas se acoplan en el proceso de ensamblaje y, si es necesario, se cortan y separan en pantallas individuales. El material de cristal líquido se inyecta en un espacio entre las dos placas de vidrio. Las pantallas se inspeccionan y prueban y se aplica una película polarizadora a cada placa de vidrio.

Se requieren numerosos procesos individuales para fabricar pantallas planas. Requieren equipos, materiales y procesos especializados. Ciertos procesos clave se describen a continuación.

Preparación de sustrato de vidrio

El sustrato de vidrio es un componente esencial y costoso de la pantalla. Se requiere un control muy estricto de las propiedades ópticas y mecánicas del material en cada etapa del proceso, especialmente cuando se trata de calentamiento.

fabricación de vidrio

Se utilizan dos procesos para fabricar vidrio muy delgado con dimensiones muy precisas y propiedades mecánicas reproducibles. El proceso de fusión, desarrollado por Corning, utiliza una varilla de alimentación de vidrio que se derrite en una cubeta en forma de cuña y fluye hacia arriba y por los lados de la cubeta. Al fluir hacia abajo por ambos lados de la cubeta, el vidrio fundido se une en una sola lámina en el fondo de la cubeta y puede arrastrarse hacia abajo como una lámina uniforme. El grosor de la lámina está controlado por la velocidad de descenso del vidrio. Se pueden obtener anchos de hasta casi 1 m.

Otros fabricantes de vidrio con las dimensiones apropiadas para sustratos LCD utilizan el método de fabricación flotante. En este método, se permite que el vidrio fundido fluya sobre un lecho de estaño fundido. El vidrio no se disuelve ni reacciona con el estaño metálico, sino que flota en la superficie. Esto permite que la gravedad alise la superficie y permita que ambos lados se vuelvan paralelos. (Ver el capítulo Vidrio, cerámica y materiales relacionados.)

Hay disponible una variedad de tamaños de sustrato que se extienden hasta 450 × 550 mm y mayores. El grosor típico del vidrio para pantallas planas es de 1.1 mm. El vidrio más delgado se usa para algunas pantallas más pequeñas, como buscapersonas, teléfonos, juegos, etc.

Corte, biselado y pulido

Los sustratos de vidrio se recortan al tamaño después del proceso de fusión o flotación, típicamente a aproximadamente 1 m por lado. Varias operaciones mecánicas siguen al proceso de formación, dependiendo de la aplicación final del material.

Dado que el vidrio es quebradizo y se astilla o agrieta fácilmente en los bordes, normalmente se biselan, achaflanan o se tratan de otro modo para reducir el astillado durante la manipulación. Las tensiones térmicas en las grietas de los bordes se acumulan durante el procesamiento del sustrato y provocan la rotura. La rotura del vidrio es un problema significativo durante la producción. Además de la posibilidad de cortes y laceraciones de los empleados, representa una pérdida de rendimiento y es posible que queden fragmentos de vidrio en el equipo, lo que provoca la contaminación por partículas o el rayado de otros sustratos.

El aumento del tamaño del sustrato da como resultado mayores dificultades para el pulido del vidrio. Los sustratos grandes se montan en soportes con cera u otro adhesivo y se pulen con una suspensión de material abrasivo. Este proceso de pulido debe ir seguido de una limpieza química a fondo para eliminar cualquier resto de cera u otro residuo orgánico, así como los contaminantes metálicos contenidos en el abrasivo o medio de pulido.

Limpieza

Los procesos de limpieza se utilizan para sustratos de vidrio desnudo y para sustratos cubiertos con películas orgánicas, como filtros de color, películas de orientación de poliimida, etc. Además, los sustratos con películas semiconductoras, aislantes y metálicas requieren limpieza en ciertos puntos del proceso de fabricación. Como mínimo, se requiere una limpieza antes de cada paso de enmascaramiento en la fabricación de filtros de color o transistores de película delgada.

La mayoría de la limpieza de pantallas planas emplea una combinación de métodos físicos y químicos, con un uso selectivo de métodos secos. Después del grabado químico o la limpieza, los sustratos generalmente se secan con alcohol isopropílico. (Ver tabla 1.)

Tabla 1. Limpieza de pantallas planas

limpieza fisica

Limpieza en seco

Limpieza quimica

fregado con cepillo

ozono ultravioleta

Disolvente orgánico*

Spray de chorro

Plasma (óxido)

detergente neutro

Ultrasónico

Plasma (sin óxido)

 

megasónico

Láser

Agua pura

* Los solventes orgánicos comunes usados ​​en la limpieza química incluyen: acetona, metanol, etanol, n-propanol, isómeros de xileno, tricloroetileno, tetracloroetileno.

Formación de filtros de color

La formación del filtro de color en el sustrato del vidrio frontal incluye algunos de los pasos de preparación y acabado del vidrio comunes a los paneles frontal y posterior, incluidos los procesos de biselado y lapeado. Las operaciones como modelado, recubrimiento y curado se realizan repetidamente sobre el sustrato. Existen muchos puntos de similitud con el procesamiento de obleas de silicio. Los sustratos de vidrio normalmente se manejan en sistemas de rieles para limpieza y revestimiento.

Patrón de filtro de color

Se utilizan varios materiales y métodos de aplicación para crear filtros de color para varios tipos de pantallas planas. Se puede usar un colorante o un pigmento, y cualquiera de los dos se puede depositar y modelar de varias maneras. En un enfoque, la gelatina se deposita y se tiñe en operaciones fotolitográficas sucesivas, utilizando equipos de impresión de proximidad y fotoprotectores estándar. En otro, se emplean pigmentos dispersos en fotoprotector. Otros métodos para formar filtros de color incluyen la electrodeposición, el grabado y la impresión.

Deposición de ITO

Después de la formación del filtro de color, el paso final es la deposición por pulverización catódica de un material de electrodo transparente. Este es el óxido de indio y estaño (ITO), que en realidad es una mezcla de los óxidos En2O3 y SnO2. Este material es el único adecuado para la aplicación de conductor transparente para LCD. Se requiere una película ITO delgada en ambos lados de la pantalla. Por lo general, las películas de ITO se fabrican mediante evaporación al vacío y pulverización catódica.

Las películas delgadas de ITO son fáciles de grabar con productos químicos húmedos como el ácido clorhídrico, pero, a medida que el paso de los electrodos se hace más pequeño y las características se hacen más finas, puede ser necesario grabar en seco para evitar la socavación de las líneas debido al grabado excesivo.

Formación de transistores de película delgada

La formación de transistores de película delgada es muy similar a la fabricación de un circuito integrado.

Deposición de película delgada

Los sustratos comienzan el proceso de fabricación con un paso de aplicación de película delgada. Las películas delgadas se depositan mediante CVD o deposición física de vapor (PVD). La CVD mejorada con plasma, también conocida como descarga luminiscente, se utiliza para el silicio amorfo, el nitruro de silicio y el dióxido de silicio.

Patrones de dispositivos

Una vez que se ha depositado la película delgada, se aplica una fotoprotección y se forma una imagen para permitir el grabado de la película delgada a las dimensiones apropiadas. Se deposita y graba una secuencia de películas delgadas, como en la fabricación de circuitos integrados.

Aplicación y frotamiento de la película de orientación

Tanto en el sustrato superior como en el inferior, se deposita una fina película de polímero para orientar las moléculas de cristal líquido en la superficie del vidrio. Esta película de orientación, quizás de 0.1 µm de espesor, puede ser una poliimida u otro material polimérico “duro”. Después de la deposición y horneado, se frota con tela en una dirección específica, dejando surcos apenas detectables en la superficie. El frotamiento se puede hacer con un paño de una sola pasada en una correa, alimentada desde un rodillo en un lado, pasando por debajo de un rodillo que hace contacto con el sustrato, hasta un rodillo en el otro lado. El sustrato se mueve debajo de la tela en la misma dirección que la tela. Otros métodos incluyen un cepillo móvil que se mueve por el sustrato. La siesta del material de fricción es importante. Las ranuras sirven para ayudar a las moléculas de cristal líquido a alinearse en la superficie del sustrato y adoptar el ángulo de inclinación adecuado.

La película de orientación se puede depositar mediante recubrimiento por rotación o mediante impresión. El método de impresión es más eficiente en el uso de materiales; Del 70 al 80 % de la poliimida se transfiere del rollo de impresión a la superficie del sustrato.

Asamblea

Una vez que se completa el paso de frotamiento del sustrato, se inicia una secuencia de línea de ensamblaje automatizada que consiste en:

  • aplicación de adhesivo (requerido para sellar los paneles)
  • aplicación de espaciador
  • ubicación y alineación óptica de una placa con respecto a la otra
  • (calor o UV) para curar el adhesivo y unir las dos placas de vidrio.

 

El transporte automatizado de las placas superior e inferior se produce a través de la línea. Una placa recibe el adhesivo y la segunda placa se introduce en la estación de aplicación del espaciador.

Inyección de cristal líquido

En el caso de que se haya construido más de una pantalla sobre el sustrato, las pantallas ahora se separan mediante cortes. En este punto, el material de cristal líquido se puede introducir en el espacio entre los sustratos, haciendo uso de un orificio dejado en el material de sellado. Luego, este orificio de entrada se sella y se prepara para la inspección final. Los materiales de cristal líquido a menudo se entregan como sistemas de dos o tres componentes que se mezclan en la inyección. Los sistemas de inyección proporcionan mezcla y purga de la celda para evitar que queden burbujas atrapadas durante el proceso de llenado.

Inspección y prueba

La inspección y las pruebas funcionales se realizan después del montaje y la inyección de cristal líquido. La mayoría de los defectos están relacionados con partículas (incluidos defectos puntuales y lineales) y problemas de espacios entre celdas.

Accesorio polarizador

El paso final de fabricación de la pantalla de cristal líquido en sí es la aplicación del polarizador en el exterior de cada placa de vidrio. Las películas polarizadoras son películas compuestas que contienen la capa adhesiva sensible a la presión necesaria para unir el polarizador al vidrio. Se aplican mediante máquinas automáticas que dosifican el material a partir de rollos o láminas precortadas. Las máquinas son variantes de etiquetadoras desarrolladas para otras industrias. La película polarizadora está adherida a ambos lados de la pantalla.

En algunos casos, se aplica una película de compensación antes del polarizador. Las películas de compensación son películas de polímero (p. ej., policarbonato y metacrilato de polimetilo) que se estiran en una dirección. Este estiramiento cambia las propiedades ópticas de la película.

Una pantalla completa normalmente tendrá circuitos integrados de controladores montados en o cerca de uno de los sustratos de vidrio, generalmente el lado del transistor de película delgada.

Peligros

La rotura del cristal es un peligro importante en la fabricación de LCD. Pueden ocurrir cortes y laceraciones. La exposición a los productos químicos utilizados para la limpieza es otra preocupación.

 

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Sábado, abril 02 2011 18: 40

Fabricación de semiconductores III-V

Históricamente, el silicio ha dominado el desarrollo de la tecnología IC como material semiconductor principal. El enfoque principal en los últimos años en una alternativa al silicio se ha concentrado en los compuestos III-V, como el arseniuro de galio (GaAs), como material de sustrato. Como material semiconductor, GaAs exhibe mayores capacidades que el silicio, como una movilidad de electrones de 5 a 6 veces mayor que la del silicio. Esta característica, junto con las propiedades semiaislantes potenciales del GaAs, conduce a un mayor rendimiento tanto en velocidad como en consumo de energía.

GaAs tiene una estructura de blenda de zinc que consta de dos subredes cúbicas centradas en las caras que se interpenetran y que se relacionan con el crecimiento de material de lingote de alta calidad. La tecnología involucrada en el crecimiento de GaAs es considerablemente más complicada que la empleada para el silicio, ya que se trata de un equilibrio bifásico más complicado y de un componente altamente volátil, el arsénico (As). Se requiere un control preciso de la presión de vapor de As en el sistema de crecimiento del lingote para mantener la estequiometría exacta del compuesto de GaAs durante el proceso de crecimiento. Dos categorías principales de pantallas de semiconductores III-V y producción de dispositivos tienen procedimientos de procesamiento económicamente viables: pantallas LED y dispositivos IC de microondas.

Los LED se fabrican a partir de GaAs monocristalino en el que se forman uniones pn mediante la adición de agentes dopantes adecuados, normalmente telurio, zinc o silicio. Las capas epitaxiales de materiales III-V ternarios y cuaternarios, como el fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP), se cultivan en el sustrato y dan como resultado una banda de emisión de longitudes de onda específicas en el espectro visible para pantallas o en el espectro infrarrojo para emisores o detectores. Por ejemplo, la luz roja con un pico a unos 650 nm proviene de la recombinación directa de los electrones pn y los huecos. Los diodos emisores de luz verde generalmente están compuestos de fosfuro de galio (GaP). Los pasos de procesamiento de LED generalizados se tratan en este artículo.

Los dispositivos IC de microondas son una forma especializada de circuito integrado; se utilizan como amplificadores de alta frecuencia (2 a 18 GHz) para radar, telecomunicaciones y telemetría, así como para amplificadores de octava y multi-octava para uso en sistemas de guerra electrónica. Los fabricantes de dispositivos IC de microondas suelen comprar sustrato de GaAs monocristalino, con o sin una capa epitaxial, de proveedores externos (al igual que los fabricantes de dispositivos de silicio). Los principales pasos de procesamiento incluyen deposición epitaxial en fase líquida, procesamiento de fabricación y no fabricación similar a la fabricación de dispositivos de silicio. Los pasos de procesamiento que justifican una descripción adicional a la del procesamiento de LED también se analizan en este artículo.

Fabricación de obleas

Similar al proceso de crecimiento de lingotes de silicio, las formas elementales de galio y arsénico, más pequeñas cantidades de material dopante (silicio, telurio o zinc) reaccionan a temperaturas elevadas para formar lingotes de GaAs monocristalino dopado. Se utilizan tres métodos generalizados de producción de lingotes:

  • Puente horizontal o vertical
  • congelación de gradiente horizontal o vertical
  • líquido encapsulado Czochralski (LEC) de alta o baja presión.

 

El compuesto de GaAs policristalino a granel normalmente se forma por la reacción del vapor de As con el metal Ga a temperaturas elevadas en ampollas de cuarzo selladas. Por lo general, un depósito de As ubicado en un extremo de la ampolla se calienta a 618°C. Esto genera aproximadamente 1 atmósfera de presión de vapor de As en la ampolla, un requisito previo para obtener GaAs estequiométrico. El vapor de As reacciona con el metal Ga mantenido a 1,238°C y ubicado en el otro extremo de la ampolla en un bote de cuarzo o nitruro de boro pirolítico (PBN). Una vez que el arsénico ha reaccionado por completo, se forma una carga policristalina. Esto se utiliza para el crecimiento de monocristales mediante enfriamiento programado (congelación de gradiente) o moviendo físicamente la ampolla o el horno para proporcionar gradientes de temperatura adecuados para el crecimiento (Bridgeman). Este enfoque indirecto (transporte de arsénico) para la composición y el crecimiento de GaAs se utiliza debido a la alta presión de vapor del arsénico en el punto de fusión del GaAs, aproximadamente 20 atmósferas a 812 °C y 60 atmósferas a 1,238 °C, respectivamente.

Otro enfoque para la producción comercial de GaAs monocristalino a granel es la técnica LEC. Un extractor de cristal Czochralski se carga con fragmentos de GaAs en un crisol con un susceptor de grafito externo. Luego, el GaAs a granel se funde a temperaturas cercanas a los 1,238 °C y el cristal se extrae en una atmósfera presurizada que puede variar según el fabricante, por lo general, desde unas pocas atmósferas hasta 100 atmósferas. La masa fundida está completamente encapsulada por un vidrio viscoso, B2O3, que evita la disociación de la masa fundida ya que la presión del vapor de As es igualada o superada por la presión de un gas inerte (típicamente argón o nitrógeno) aplicado en la cámara extractora. Alternativamente, se puede sintetizar GaAs monocristalino in situ inyectando As en el Ga fundido o combinando As y Ga directamente a alta presión.

La fabricación de obleas de GaAs representa el proceso de fabricación de semiconductores con el mayor potencial para exposiciones químicas significativas y rutinarias. Si bien la fabricación de obleas de GaAs solo la realiza un pequeño porcentaje de fabricantes de semiconductores, se necesita un énfasis particular en esta área. Las grandes cantidades de As utilizadas en el proceso, los numerosos pasos del proceso y el bajo límite de exposición al arsénico en el aire dificultan el control de las exposiciones. Artículos de Harrison (1986); Lenihan, Sheehy y Jones (1989); McIntyre y Sherin (1989) y Sheehy y Jones (1993) proporcionan información adicional sobre los peligros y controles de este proceso.

Síntesis de lingotes policristalinos

Carga y sellado de ampollas

El As elemental (99.9999%) en forma de fragmentos se pesa y se carga en un bote de cuarzo en una guantera agotada. El Ga líquido puro (99.9999 %) y el material dopante también se pesan y cargan en una(s) embarcación(es) de cuarzo o de nitruro de boro pirolítico (PBN) de la misma manera. Los botes se cargan en una ampolla de cuarzo cilíndrica larga. (En las técnicas Bridgman y gradiente de congelación, también se introduce un cristal semilla con la orientación cristalográfica deseada, mientras que en la técnica LEC de dos etapas, donde solo se necesita poli GaAs en esta etapa, se sintetiza un GaAs policristalino sin el cristal semilla. )

Las ampollas de cuarzo se colocan en un horno de baja temperatura y se calientan mientras la ampolla se purga con hidrógeno (H2), en un proceso conocido como reacción de reducción de hidrógeno, para eliminar los óxidos. Después de purgar con un gas inerte como el argón, las ampollas de cuarzo se unen a un conjunto de bomba de vacío, se evacuan y los extremos de las ampollas se calientan y sellan con un soplete de hidrógeno/oxígeno. Esto crea una ampolla de cuarzo cargada y sellada lista para crecer en el horno. La purga de hidrógeno y el sistema de soplete de hidrógeno/oxígeno es un riesgo potencial de incendio/explosión si no se utilizan los dispositivos y equipos de seguridad adecuados (Wade et al. 1981).

Debido a que el arsénico se calienta, este conjunto se mantiene bajo ventilación por extracción. Se pueden formar depósitos de óxido de arsénico en el conducto de escape que soporta este conjunto. Se debe tener cuidado para evitar la exposición y la contaminación si los conductos se alteran de alguna manera.

El almacenamiento y manejo de trozos de arsénico es motivo de preocupación. Por seguridad, a menudo el arsénico se guarda bajo llave y con un estricto control de inventario. Por lo general, el arsénico también se guarda en un gabinete de almacenamiento resistente al fuego para evitar su participación en caso de incendio.

crecimiento del horno

Los métodos Bridgeman y de congelación en gradiente de crecimiento de lingotes monocristalinos utilizan ampollas de cuarzo cargadas y selladas en un recinto de horno de alta temperatura que se ventila a un sistema depurador húmedo. Los principales riesgos de exposición durante el crecimiento del horno se relacionan con la posibilidad de que la ampolla de cuarzo implosione o explote durante el crecimiento del lingote. Esta situación ocurre de forma bastante esporádica y poco frecuente, y es el resultado de uno de los siguientes:

  • la presión parcial del vapor de As que resulta de las altas temperaturas utilizadas en el proceso de crecimiento
  • desvitrificación del vidrio de la ampolla de cuarzo, que crea grietas finas y el consiguiente potencial de despresurización de la ampolla
  • falta de dispositivos precisos de control de alta temperatura en la fuente de calor, generalmente de tipo resistencia, con la sobrepresurización resultante de la ampolla de cuarzo
  • mal funcionamiento o falla del termopar, lo que resulta en una sobrepresurización de la ampolla de cuarzo
  • exceso de As o muy poco Ga en el tubo de la ampolla, lo que da como resultado una presión de As extremadamente alta, lo que puede provocar una despresurización catastrófica de la ampolla.

 

El sistema Bridgeman horizontal consta de un horno multizona en el que la ampolla de cuarzo sellada tiene zonas de temperatura separadas: el extremo del dedo "frío" de arsénico a 618 °C y el recipiente de cuarzo galio/dopante/cristal de semilla que contiene la masa fundida a 1,238 °C. El principio básico del sistema Bridgeman horizontal consiste en atravesar dos zonas calentadas (una por encima del punto de fusión del GaAs y otra por debajo del punto de fusión) sobre un bote de GaAs para proporcionar la congelación controlada con precisión del GaAs fundido. El cristal semilla, mantenido en todo momento en la zona de congelación, proporciona la estructura de partida inicial del cristal, definiendo la dirección y orientación de la estructura cristalina dentro del bote. El bote de cuarzo y la ampolla de Ga y As están suspendidos dentro de la cámara del calentador por un conjunto de revestimientos de carburo de silicio llamados tubos de soporte, que se colocan dentro del ensamblaje del calentador de resistencia para mover mecánicamente la ampolla a lo largo de toda la distancia. Además, el conjunto del horno descansa sobre una mesa que debe inclinarse durante el crecimiento para proporcionar la interfaz adecuada del fundido de GaAs sintetizado con el cristal semilla.

En el método de congelación en gradiente, un horno multizona de alta temperatura que utiliza calentamiento por resistencia se mantiene entre 1,200 y 1,300 °C (1,237 °C es el punto de fusión/congelación del GaAs). La duración total del proceso de crecimiento del lingote suele ser de 3 días y comprende los siguientes pasos:

  • cocción del horno a temperatura
  • Síntesis de GaAs
  • sembrando el derretimiento
  • enfriamiento/crecimiento de cristales.

 

La ampolla de cuarzo también se inclina durante el proceso de crecimiento mediante el uso de un gato manual tipo tijera.

Ruptura de ampolla

Después de que el lingote de GaAs monocristalino crece dentro de la ampolla de cuarzo sellada, se debe abrir la ampolla y retirar el bote de cuarzo que contiene el lingote más el cristal semilla. Esto se logra mediante uno de los siguientes métodos:

  • cortar el extremo sellado de las ampollas con una sierra circular húmeda
  • calentar y romper la ampolla con un soplete de hidrógeno/oxígeno
  • rompiendo la ampolla embolsada con un martillo mientras estaba bajo el escape para controlar el arsénico en el aire.

 

Las ampollas de cuarzo se reciclan grabando en húmedo el arsénico condensado en la superficie interior con agua regia (HCl,HNO3) o ácido sulfúrico/peróxido de hidrógeno (H2SO4/H2O2).

Granallado/limpieza de lingotes

Para ver los defectos policristalinos y eliminar los óxidos y los contaminantes exteriores, el lingote de GaAs monocristalino se debe granallar. El granallado se realiza en una unidad de caja de guantes agotada utilizando medios de granallado de carburo de silicio o alúmina calcinada. La limpieza húmeda se realiza en baños químicos provistos de ventilación de escape local y utilizando agua regia o enjuagues con alcohol (alcohol isopropílico y/o metanol).

Crecimiento de lingotes monocristalinos

El lingote de GaAs policristalino extraído de la ampolla se rompe en trozos, se pesa y se coloca en un crisol de cuarzo o PBN, y se coloca encima un disco de óxido de boro. Luego, el crisol se coloca en un cultivador de cristales (extractor) presurizado en un gas inerte y se calienta a 1,238 °C. A esta temperatura, el GaAs se funde y el óxido de boro más ligero se convierte en un encapsulante líquido para evitar que el arsénico se disocie del fundido. Un cristal semilla se introduce en la masa fundida por debajo de la tapa líquida y, mientras gira en sentido contrario, se retira lentamente de la masa fundida, solidificándose así al salir de la "zona caliente". Este proceso dura aproximadamente 24 horas, según el tamaño de la carga y el diámetro del cristal.

Una vez que se completa el ciclo de crecimiento, se abre el cultivador para recuperar el lingote monocristalino y para su limpieza. Cierta cantidad de arsénico se escapa del fundido incluso con la tapa líquida en su lugar. Puede haber una exposición significativa al arsénico en el aire durante este paso del proceso. Para controlar esta exposición, el cultivador se enfría por debajo de los 100 °C, lo que da como resultado la deposición de partículas finas de arsénico en la superficie interior del cultivador. Este enfriamiento ayuda a minimizar la cantidad de arsénico que se transporta por el aire.

Grandes depósitos de residuos que contienen arsénico quedan en el interior del cultivador de cristales. La eliminación de los residuos durante el mantenimiento preventivo de rutina puede generar concentraciones significativas de arsénico en el aire (Lenihan, Sheehy y Jones 1989; Baldwin y Stewart 1989; McIntyre y Sherin 1989). Los controles utilizados durante esta operación de mantenimiento a menudo incluyen ventilación de extracción de barrido, ropa desechable y respiradores.

Cuando se retira el lingote, se desmonta el cultivador. Se utiliza una aspiradora HEPA para recoger partículas de arsénico en todas las partes del cultivador. Después de pasar la aspiradora, las piezas de acero inoxidable se limpian con una mezcla de hidróxido de amonio/peróxido de hidrógeno para eliminar el arsénico residual y se ensambla el cultivador.

Procesamiento de obleas

difracción de rayos X

La orientación cristalina del lingote de GaAs se determina mediante el uso de una unidad de difracción de rayos X, como en el procesamiento de lingotes de silicio. Se puede usar un láser de baja potencia para determinar la orientación cristalina en un entorno de producción; sin embargo, la difracción de rayos X es más precisa y es el método preferido.

Cuando se usa la difracción de rayos X, a menudo el haz de rayos X está totalmente encerrado en un gabinete protector que se revisa periódicamente para detectar fugas de radiación. Bajo ciertas circunstancias, no es práctico contener completamente el haz de rayos X en un recinto interbloqueado. En este caso, es posible que se requiera que los operadores usen distintivos de radiación en los dedos, y se utilizan controles similares a los que se usan para los láseres de alta potencia (p. ej., una habitación cerrada con acceso limitado, capacitación del operador, cercar el haz tanto como sea práctico, etc.) ( Baldwin y Williams 1996).

Recorte, trituración y rebanado de lingotes

Los extremos o colas del lingote monocristalino se eliminan utilizando una sierra de diamante de una sola hoja lubricada con agua, con varios refrigerantes añadidos al agua. Luego, el lingote monocristalino se coloca en un torno que le da forma en un lingote cilíndrico de diámetro uniforme. Este es el proceso de molienda, que también es un proceso húmedo.

Después de cortar y moler, los lingotes de GaAs se montan con epoxi o cera en una viga de grafito y se cortan en obleas individuales mediante el uso de sierras de hoja de diamante de diámetro interior (DI) operadas automáticamente. Esta operación húmeda se realiza con el uso de lubricantes y genera una suspensión de GaAs, que se recolecta, centrifuga y trata con fluoruro de calcio para precipitar el arsénico. El sobrenadante se analiza para asegurarse de que no contenga un exceso de arsénico, y el lodo se prensa en una torta y se desecha como desecho peligroso. Algunos fabricantes envían la suspensión recolectada de los procesos de corte, molienda y corte de lingotes para la recuperación de Ga.

La arsina y la fosfina pueden formarse a partir de la reacción del GaAs y el fosfuro de indio con la humedad del aire, otros arseniuros y fosfuros o cuando se mezclan con ácidos durante el procesamiento del arseniuro de galio y el fosfuro de indio; Se midieron 92 ppb de arsina y 176 ppb de fosfina a 2 pulgadas de distancia de las hojas de corte utilizadas para cortar lingotes de GaAs y fosfuro de indio (Mosovsky et al. 1992, Rainer et al. 1993).

Lavado de obleas

Después de desmontar las obleas de GaAs del haz de grafito, se limpian mediante inmersión secuencial en baños químicos húmedos que contienen soluciones de ácido sulfúrico/peróxido de hidrógeno o ácido acético y alcoholes.

Perfilado de bordes

El perfilado de bordes también es un proceso húmedo que se realiza en obleas cortadas para formar un borde alrededor de la oblea, lo que la hace menos propensa a romperse. Debido a que solo se hace un corte delgado en la superficie de la oblea, solo se genera una pequeña cantidad de suspensión.

Lapeado y pulido

Las obleas se montan con cera en una placa de lapeado o esmerilado, utilizando una placa caliente, y se lame en una máquina que ejerce una velocidad de rotación y una presión establecidas. Se alimenta una solución de pulido sobre la superficie de pulido (una suspensión de óxido de aluminio, glicerina y agua). Después de un breve período de lapeado, cuando se alcanza el espesor deseado, las obleas se enjuagan y se montan en una pulidora mecánica. El pulido se realiza con bicarbonato de sodio, cloro al 5%, agua (o hipoclorito de sodio) y suspensión de sílice coloidal. A continuación, las obleas se desmontan en una placa calefactora, se elimina la cera con disolventes y se limpian las obleas.

Epitaxia

Las obleas monocristalinas de GaAs se utilizan como sustratos para el crecimiento de capas muy finas del mismo u otros compuestos III-V que tengan las propiedades electrónicas u ópticas deseadas. Esto debe hacerse de manera que continúe, en la capa crecida, la estructura cristalina del sustrato. Este crecimiento de cristales, en el que el sustrato determina la cristalinidad y la orientación de la capa desarrollada, se denomina epitaxia, y se utilizan diversas técnicas de crecimiento epitaxial en la producción de pantallas y dispositivos III-V. Las técnicas más comunes son:

  • epitaxia en fase líquida (LPE)
  • epitaxia de haz molecular (MBE)
  • epitaxia en fase de vapor (VPE)
  • deposición de vapor químico metalorgánico (MOCVD), también conocida como epitaxia en fase de vapor organometálica (OMVPE).

 

epitaxia en fase liquida

En LPE, una capa de material dopado III-V crece directamente sobre la superficie del sustrato de GaAs utilizando un soporte de grafito que contiene cámaras separadas para que el material se deposite en las obleas. Se añaden cantidades pesadas de materiales de deposición a la cámara superior del soporte, mientras que las obleas se colocan en una cámara inferior. El conjunto se coloca dentro de un tubo de reacción de cuarzo bajo una atmósfera de hidrógeno. El tubo se calienta para fundir los materiales de deposición, y cuando la masa fundida se equilibra, la sección superior del soporte se desliza para que la masa fundida se coloque sobre la oblea. Luego se baja la temperatura del horno para formar la capa epitaxial.

LPE se utiliza principalmente en la epitaxia IC de microondas y para la fabricación de LED de ciertas longitudes de onda. La principal preocupación con este proceso de LPE es el uso de gas de hidrógeno altamente inflamable en el sistema, que se mitiga con buenos controles de ingeniería y sistemas de alerta temprana.

epitaxia de haz molecular

La epitaxia al vacío en forma de MBE se ha desarrollado como una técnica particularmente versátil. MBE de GaAs consiste en un sistema de ultra alto vacío que contiene fuentes para haces atómicos o moleculares de Ga y As y una oblea de sustrato calentado. Las fuentes de haces moleculares suelen ser recipientes para Ga líquido o As sólido. Las fuentes tienen un orificio que mira hacia la oblea del sustrato. Cuando el horno de efusión (o recipiente) se calienta, los átomos de Ga o las moléculas de As salen del orificio. En el caso del GaAs, el crecimiento suele tener lugar con una temperatura del sustrato superior a 450 °C.

Pueden ocurrir altas exposiciones a la arsina durante el mantenimiento de los sistemas MBE de fuente sólida. En un estudio se detectaron concentraciones en el aire de la habitación de 0.08 ppm cuando se abrió la cámara de la unidad MBE para mantenimiento. Los autores plantearon la hipótesis de que la generación transitoria de arsina puede deberse a una reacción de partículas muy finas de arsénico con vapor de agua, con el aluminio actuando como catalizador (Asom et al. 1991).

Epitaxia en fase de vapor

Las obleas desengrasadas y pulidas se someten a un paso de grabado y limpieza antes de la epitaxia. Esto implica una operación secuencial de inmersión química húmeda que utiliza ácido sulfúrico, peróxido de hidrógeno y agua en una proporción de 5:1:1; un enjuague con agua desionizada; y un alcohol isopropílico limpio/seco. También se realiza una inspección visual.

Se utilizan dos técnicas principales de VPE, basadas en dos químicas diferentes:

  • los halógenos III (GaCl3) y V-halógenos (AsCl3) o V-hidrógeno (AsH3 y pH3)
  • los III metal-orgánicos y V-hidrógeno, como Ga(CH3)3 y ceniza3—OMVPE.

 

Las termoquímicas de estas técnicas son muy diferentes. Las reacciones del halógeno suelen ser de "caliente" a "frío", en las que el halógeno III se genera en una zona caliente por reacción del elemento III con HCl, y luego se difunde a la zona fría, donde reacciona con las especies V. para formar material III-V. La química organometálica es un proceso de “pared caliente” en el que el compuesto orgánico metálico III “descompone” o piroliza el grupo orgánico y el III restante y el hidruro V reaccionan para formar III-V.

En VPE, el sustrato de GaAs se coloca en una cámara calentada bajo una atmósfera de hidrógeno. La cámara se calienta mediante RF o calentamiento por resistencia. El HCl se burbujea a través de un bote de Ga, formando cloruro de galio, que luego reacciona con el AsH3 y pH3 cerca de la superficie de las obleas para formar GaAsP, que se deposita como capa epitaxial sobre el sustrato. Hay una serie de dopantes que se pueden agregar (según el producto y la receta). Estos incluyen bajas concentraciones de telururos, seleniuros y sulfuros.

Una técnica común utilizada para VPE en el procesamiento de LED es el sistema III-halógeno y V-hidrógeno (hidruro). Implica un proceso de dos ciclos: inicialmente hacer crecer la capa epitaxial de GaAsP en el sustrato de GaAs y, por último, un ciclo de grabado para limpiar la cámara del reactor de grafito/cuarzo de impurezas. Durante el ciclo de crecimiento epitaxial, las obleas de GaAs previamente limpiadas se cargan en un carrusel ubicado dentro de una cámara de reactor de cuarzo que contiene un depósito de galio líquido elemental a través del cual se mide el gas HCl anhidro, formando GaCl.3. Las mezclas de gas hidruro/hidrógeno (p. ej., 7 % de AsH3/H2 y 10% PH3/H2) también se miden en la cámara del reactor con la adición de concentraciones de ppm de dopantes organometálicos de telurio y selenio. Las especies químicas en la zona caliente, la parte superior de la cámara de reacción, reaccionan y, en la zona fría, la parte inferior de la cámara, forman la capa deseada de GaAsP en el sustrato de la oblea, así como en el interior de la misma. cámara del reactor.

Los efluentes del reactor se envían a un sistema de soplete de hidrógeno (cámara de combustión o caja de combustión) para la pirólisis y se ventilan a un sistema depurador húmedo. Alternativamente, los efluentes del reactor se pueden burbujear a través de un medio líquido para atrapar la mayoría de las partículas. El desafío de la seguridad es confiar en los propios reactores para “descifrar” los gases. La eficiencia de estos reactores es de aproximadamente 98 a 99.5%; por lo tanto, algunos gases sin reaccionar pueden salir del burbujeador cuando los operadores los extraen. Hay una emisión de gases de varios compuestos que contienen arsénico y fósforo de estos burbujeadores, lo que requiere que se transporten rápidamente a un fregadero ventilado para mantenimiento, donde se purgan y limpian, a fin de mantener baja la exposición del personal. El reto de higiene ocupacional de este proceso es perfilar el efluente de escape, ya que la mayoría de los compuestos desgasificados de varias partes del reactor, especialmente el borboteador, son inestables en el aire y los medios de recolección convencionales disponibles y las técnicas analíticas no discriminan hacia los especies diferentes.

Otra preocupación son los predepuradores para reactores VPE. Pueden contener altas concentraciones de arsina y fosfina. Pueden ocurrir exposiciones por encima de los límites de exposición ocupacional si estos predepuradores se abren indiscriminadamente (Baldwin y Stewart 1989).

El ciclo de grabado se realiza al final del ciclo de crecimiento y en las piezas nuevas del reactor para limpiar la superficie interior de impurezas. El gas HCl sin diluir se dosifica en la cámara durante períodos de aproximadamente 30 minutos y el reactor se calienta a más de 1,200 °C. Los efluentes se ventilan al sistema de lavado húmedo para su neutralización.

Al final de los ciclos de crecimiento y grabado, un N extendido2 La purga se utiliza para limpiar la cámara del reactor de gases tóxicos/inflamables y corrosivos.

limpieza de reactores

Después de cada ciclo de crecimiento, los reactores VPE deben abrirse, retirarse las obleas y limpiarse físicamente tanto la parte superior como la inferior del reactor. El proceso de limpieza es realizado por el operador.

El predepurador de cuarzo de los reactores se saca físicamente del reactor y se coloca en un sumidero agotado donde se purga con N2, se enjuaga con agua y luego se sumerge en agua regia. A esto le sigue otro enjuague con agua antes de secar la pieza. La intención de la N2 La purga es simplemente desplazar el oxígeno debido a la presencia de fósforo pirofórico inestable. Algunos residuos que contienen varios arsenicales y subproductos que contienen fósforo quedan en estas partes incluso después de la purga y el enjuague con agua. La reacción entre estos residuos y la mezcla fuerte de oxidante/ácido podría generar cantidades significativas de AsH.3 y algo de ph3. También existe un potencial de exposición con otros procedimientos de mantenimiento en el área.

La parte inferior de la cámara de reacción de cuarzo y la placa inferior (placa base) se limpian raspando con una herramienta de metal y el material particulado (mezcla de GaAs, GaAsP, óxidos de arsénico, óxidos de fósforo y gases de hidruro atrapados) se recoge en un recipiente metálico. contenedor colocado debajo del reactor vertical. Se utiliza una aspiradora de alta eficiencia para la limpieza final.

Otra operación con potencial de exposición química es la limpieza de la trampa del reactor. La limpieza de la trampa se realiza raspando las partes de grafito de la cámara superior, las cuales tienen una costra de todos los subproductos mencionados anteriormente más cloruro de arsénico. El procedimiento de raspado genera polvo y se realiza en un fregadero ventilado para minimizar la exposición de los operadores. La línea de escape del proceso, que contiene todos los subproductos más la humedad que forma un desecho líquido, se abre y se drena en un recipiente metálico. La aspiradora HEPA se utiliza para limpiar las partículas de polvo que se hayan escapado durante la transferencia de las piezas de grafito y al subir y bajar la campana de cristal, que elimina las partículas sueltas.

Deposición de vapor químico metalorgánico

MOCVD se usa ampliamente en la preparación de dispositivos III-V. Además de los gases de hidruro utilizados como materiales de origen en otros sistemas CVD (p. ej., arsina y fosfina), en los sistemas MOCVD también se utilizan alternativas líquidas menos tóxicas (p. ej., butil arsina terciaria y butil fosfina terciaria), junto con otros tóxicos como alquilos de cadmio y mercurio (Content 1989; Rhoades, Sands y Mattera 1989; Roychowdhury 1991).

Mientras que VPE se refiere a un proceso de deposición de material compuesto, MOCVD se refiere a las fuentes químicas principales utilizadas en el sistema. Se utilizan dos químicas: haluros y metalorgánica. El proceso VPE descrito anteriormente es un proceso de haluro. Un haluro del grupo III (galio) se forma en la zona caliente y el compuesto III-V se deposita en la zona fría. En el proceso metalorgánico para GaAs, se dosifica trimetilgalio en la cámara de reacción junto con arsina, o una alternativa líquida menos tóxica como la butil arsina terciaria, para formar arseniuro de galio. Un ejemplo de una reacción MOCVD típica es:

(CH3)3Ga + Ceniza3 → GaAs+3CH4

Hay otras químicas utilizadas en el procesamiento MOCVD de LED. Los organometálicos utilizados como elementos del grupo III incluyen trimetil galio (TMGa), trietil galio (TEGa), indio TM, indio TE y aluminio TM. En el proceso también se utilizan gases hidruros: 100% AsH3 y 100% PH3. Los dopantes utilizados en el proceso son: dimetil zinc (DMZ), bis-ciclopentadienil magnesio y seleniuro de hidrógeno (H2Se). Estos materiales se hacen reaccionar dentro de la cámara de reacción a baja presión H2 atmósfera. La reacción produce capas epitaxiales de AlGaAs, AlInGaP, InAsP y GaInP. Esta técnica se ha utilizado tradicionalmente en la fabricación de láseres semiconductores y dispositivos de comunicación óptica, como transmisores y receptores de fibra óptica. El proceso AlInGaP se utiliza para producir LED muy brillantes.

Al igual que el proceso VPE, la limpieza de reactores y piezas MOCVD presenta desafíos tanto para el proceso como para el higienista ocupacional, especialmente si hay grandes cantidades de PH concentrado.3 se utiliza en el proceso. La eficiencia de “craqueo” de estos reactores no es tan grande como la de los reactores VPE. Se genera una cantidad significativa de fósforo, que es un peligro de incendio. El procedimiento de limpieza involucra el uso de peróxido de hidrógeno/hidróxido de amonio diluido en varias partes de estos reactores, lo cual es un peligro de explosión si, debido a un error del operador, se usa una solución concentrada en presencia de un catalizador metálico.

Fabricación de dispositivos

La oblea de GaAs con una capa de GaAsP de crecimiento epitaxial en la superficie superior continúa con la secuencia de procesamiento de fabricación del dispositivo.

Deposición de nitruro

Un CVD de alta temperatura de nitruro de silicio (Si3N4) se realiza utilizando un horno de difusión estándar. Las fuentes gaseosas son silano (SiH4) y amoníaco (NH3) con un gas portador de nitrógeno.

Proceso fotolitografico

El proceso estándar de fotoprotección, alineación/exposición, revelado y pelado se utiliza como en el procesamiento de dispositivos de silicio (consulte la sección sobre litografía en el artículo "Fabricación de semiconductores de silicio").

Grabado húmedo

Varias mezclas de soluciones de ácido químico húmedo se utilizan en baños de plástico en estaciones de grabado localmente agotadas, algunas provistas de sistemas de suministro de filtro HEPA laminar montados verticalmente. Los ácidos primarios en uso son sulfúrico (H2SO4), fluorhídrico (HF), clorhídrico (HCl) y fosfórico (H3PO4). Al igual que en el procesamiento de silicio, el peróxido de hidrógeno (H2O2) se utiliza con ácido sulfúrico e hidróxido de amonio (NH4OH) proporciona un grabado cáustico. Una solución de cianuro (sodio o potasio) también se usa para grabar aluminio. Sin embargo, el grabado con cianuro se está eliminando gradualmente a medida que se desarrollan otros grabadores para este proceso. Como alternativa al grabado en húmedo, se utiliza un proceso de grabado con plasma y cenizas. Las configuraciones del reactor y los gases reactivos son muy similares a los utilizados en el procesamiento de dispositivos de silicio.

Difusión

Se realiza una difusión de fuente sólida de diarseniuro de zinc en ampolla cerrada en un horno de difusión al vacío a 720°C, utilizando un N2 gas portador El arsénico y el arseniuro de zinc se utilizan como dopantes. Se pesan en una caja de guantes de la misma manera que en el sustrato a granel.

Metalización

Se realiza una evaporación inicial de aluminio utilizando un evaporador de haz de electrones. Después del backlapping, se realiza un último paso de evaporación de oro utilizando un evaporador de filamento.

aleación

Se realiza un paso final de aleación en un horno de difusión a baja temperatura, utilizando una atmósfera inerte de nitrógeno.

retrolapeado

El backlapping se realiza para eliminar los materiales depositados (GaAsP, Si3N4 y así sucesivamente) desde la parte posterior de la oblea. Las obleas se montan con cera en una placa lapeadora y se lame en húmedo con una suspensión de sílice coloidal. A continuación, la cera se elimina decapando en húmedo las obleas en un decapante orgánico en una estación de grabado químico húmedo agotada localmente. Otra alternativa al lapeado en húmedo es el lapeado en seco, que utiliza “arena” de óxido de aluminio.

Se utilizan varios protectores y decapantes de protectores, que normalmente contienen ácido sulfónico (ácido dodecilbencenosulfónico), ácido láctico, hidrocarburo aromático, naftaleno y catecol. Algunos decapantes de resistencia contienen etanoato de butilo, ácido acético y éster de butilo. Se utilizan protectores tanto negativos como positivos y eliminadores de resistencias, según el producto.

Examen final

Al igual que en el procesamiento de dispositivos de silicio, los circuitos LED completos se prueban y marcan por computadora (consulte "Fabricación de semiconductores de silicio"). Se realiza una inspección final y luego las obleas se prueban eléctricamente para marcar las matrices defectuosas. Luego se usa una sierra húmeda para separar los troqueles individuales, que luego se envían para su ensamblaje.

 

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Tableros de cableado impresos

Las placas de cableado impreso (PWB) son el marco eléctrico interconector y la estructura física que mantienen unidos los diversos componentes electrónicos de una placa de circuito impreso. Las principales categorías de PWB son de un solo lado, de dos lados, multicapa y flexibles. Los requisitos de complejidad y espacio de placas cada vez más densas y pequeñas han requerido que ambos lados de la placa estén cubiertos con circuitos subyacentes. Las placas de un solo lado cumplían con los requisitos de las primeras calculadoras y dispositivos electrónicos de consumo simples, pero las computadoras portátiles, los asistentes digitales personales y los sistemas de música personales han requerido PWB de dos lados y de múltiples capas. El procesamiento del patrón de PWB es esencialmente un proceso fotolitográfico que implica depositar y eliminar selectivamente capas de materiales sobre un sustrato dieléctrico que actúa como el "cableado" eléctrico que se graba o deposita en la placa de cableado impresa.

Las placas multicapa contienen dos o más piezas de material dieléctrico con circuitos que se apilan y unen entre sí. Las conexiones eléctricas se establecen de un lado al otro, y al circuito de la capa interna, mediante orificios perforados que posteriormente se recubren con cobre. El sustrato dieléctrico más utilizado son las láminas de fibra de vidrio (epoxi/laminado de fibra de vidrio). Otros materiales son el vidrio (con resinas de poliimida, teflón o triazina) y el papel recubierto de resina fenólica. En los Estados Unidos, los tableros laminados se clasifican según sus propiedades de extinción de incendios; propiedades de taladrado, punzonado y maquinado; propiedades de absorción de humedad; resistencia química y al calor; y resistencia mecánica (Sober 1995). El FR-4 (sustrato de resina epoxi y tela de vidrio) es ampliamente utilizado para aplicaciones de alta tecnología.

El proceso PWB real implica numerosos pasos y una amplia variedad de agentes químicos. La Tabla 1 ilustra un proceso multicapa típico y los problemas de EHS asociados con este proceso. Las principales diferencias entre una placa de un solo lado y de dos lados es que el tablero de un solo lado comienza con materia prima revestida solo en un lado con cobre y omite el paso de recubrimiento de cobre sin electricidad. La placa estándar de doble cara tiene una máscara de soldadura sobre cobre desnudo y está enchapada a través de los orificios; la placa tiene contactos dorados y una leyenda de componentes. La mayoría de los PWB son tableros multicapa, que tienen dos caras con capas internas que se han fabricado e intercalado dentro del paquete laminado y luego se procesan de manera casi idéntica a un tablero de doble capa.

Tabla 1. Proceso PWB: cuestiones ambientales, de salud y seguridad

Pasos del proceso principal

Cuestiones de salud y seguridad

Cuestiones ambientales

preparación de materiales

Compre laminado específico, material de entrada y tablero de respaldo en tamaño precortado
Diseño de procesamiento asistido por computadora

Diseño asistido por computadora: VDU y riesgos ergonómicos

Ninguna

Apilar y fijar

Los paneles revestidos de cobre se apilan con material de entrada y tablero de respaldo; agujeros perforados y
pasador clavado.

Ruido durante la perforación; partículas de perforación que contienen cobre, plomo, oro y epoxi/fibra de vidrio

Partículas de desecho (cobre, plomo, oro y
epoxi/fibra de vidrio)—reciclado o recuperado

Trío

Taladradoras de control numérico (N/C)

Ruido durante la perforación; partículas de perforación que contienen cobre, plomo, oro y epoxi/fibra de vidrio

Partículas de desecho (cobre, plomo, oro y
epoxi/fibra de vidrio)—reciclado o recuperado

Desbarbar

Los paneles perforados pasan a través de cepillos o rueda abrasiva

Ruido durante el desbarbado; partículas que contienen cobre, plomo, oro y epoxi/fibra de vidrio

Partículas de desecho (cobre, plomo, oro y
epoxi/fibra de vidrio)—reciclado o recuperado

Recubrimiento de cobre sin electrodos

Adición de una fina capa de cobre a los orificios pasantes
(proceso de varios pasos)

Inhalación y exposición dérmica a limpiadores, acondicionadores, grabadores, catalizadores—H2SO4, H2O2, éteres de glicol, KMnO4, Nueva Hampshire4HF2, paladio, SnCl2, Cu SO4, formaldehído, NaOH

Efluentes de agua: ácidos, cobre, cáusticos,
fluoruros; emisiones al aire—gases ácidos,
formaldehído

Proyección de imagen

Resistencia de película seca: fotopolímero sensible a los rayos UV
Resist serigrafiado: emulsión sensible a la luz
Resiste líquido: resiste líquido fotosensible

Inhalación y exposición dérmica a resists; desarrolladores; y
decapantes: protectores a base de caucho con solventes; N / A3PO4 Y K2CO3; cloruro cúprico (Cl2 gas), monoetanolamina (MEA)

Emisiones al aire: disolventes (COV), gases ácidos,
MEA; desechos—líquidos

Galjanoplastia de patrón

Limpieza
Enchapado de cobre
Revestimiento de estaño o estaño/plomo
pelado de estantes

Peligros de inhalación y dérmicos derivados de la limpieza; revestimiento de cobre o revestimiento de estaño/estaño y plomo y pelado de bastidores—H3PO4, H2SO4; h2SO4 y CuSO4; ácido fluobórico y Sn/Pb; HNOXNUMX concentrado3

Emisiones al aire—gases ácidos; agua
efluentes—ácidos, fluoruros, metales (cobre,
plomo y estaño)

Tira, graba, tira

Tira de resistencia
grabado alcalino
Tira de cobre

Peligros de inhalación y dérmicos de la tira de protección; grabado alcalino o tira de cobre: ​​monoetanolamina (MEA); NUEVA HAMPSHIRE4OH; NUEVA HAMPSHIRE4Cl/NHXNUMX4OH o NH4HF2

Emisiones al aire: MEA, amoníaco, fluoruros;
efluentes de agua: amoníaco, fluoruros, metales
(cobre, plomo y estaño), compuestos resistentes

Máscara para soldar

Tintas epoxi — serigrafía
Películas secas —laminadas a PWB
Tinta epoxi líquida para imágenes fotográficas

Peligros de inhalación y dérmicos de la limpieza previa; tintas epoxi y soportes solventes; desarrolladores—H2SO4; epiclorhidrina + bisfenol A, éteres de glicol (basados ​​en PGMEA); gamma-butirolactona. 

Luz ultravioleta del proceso de curado

Emisiones al aire: gases ácidos, éteres de glicol
(COV); residuos: disolventes, tintas epoxi

Recubrimiento de soldadura

Nivelación de soldadura

Peligros por inhalación y dérmicos del fundente, productos de descomposición y residuos de soldadura de plomo/estaño: éteres de glicol diluidos + <1 % de HCl y <1 % de HBr; aldehídos, HCl, CO; plomo y estaño

Emisiones al aire: éteres de glicol (COV), gases ácidos, aldehídos, CO; residuos: plomo/soldadura de estaño, fundente

Baño de oro y niquel

 

Peligros por inhalación y dérmicos de ácidos, metales y
cianuros—H2SO4, H NO3, Ni SO4, cianuro de oro y potasio

Emisiones al aire: gases ácidos, cianuros; agua
emisiones—ácidos, cianuros, metales;
desechos: cianuros, metales

Leyenda del componente

Captura de pantalla
Curado al horno

Peligros de inhalación y dérmicos de tintas a base de epoxi y vehículos solventes: solventes a base de éter de glicol, epiclorhidrina + bisfenol A

Emisiones a la atmósfera: residuos de éteres de glicol (COV), tintas y disolventes (pequeñas cantidades)

Cl2 = cloro gaseoso; CO = monóxido de carbono; Cu SO4 = sulfato de cobre; H2O2 = peróxido de hidrógeno;H2SO4 = ácido sulfúrico; H3PO4 = ácido fosfórico; HBR = ácido bromhídrico; HCl = ácido clorhídrico; HNO3 = ácido nítrico; k2CO3 = carbonato de potasio; KMNO4 = permanganato de potasio; N / A3PO4 = fosfato de sodio; NUEVA HAMPSHIRE4Cl = cloruro de amonio; NUEVA HAMPSHIRE4OH = hidróxido de amonio; NiSO4 = sulfato de níquel; Pb = plomo; Sn = estaño; SnCl2 = cloruro estannoso; UV = ultravioleta; COVs = compuestos orgánicos volátiles.

 

Conjunto de la placa de circuito impreso

El ensamblaje de la placa de circuito impreso (PCB) implica la unión fuerte de los componentes electrónicos a la PWB mediante el uso de soldadura de plomo/estaño (en una máquina de soldadura por ola o aplicada como una pasta y luego refluida en un horno a baja temperatura) o resinas epoxi ( curado en un horno de baja temperatura). El PWB subyacente (de un solo lado, de dos lados, multicapa o flexible) determinará las densidades de los componentes que se pueden unir. Numerosos problemas de proceso y confiabilidad forman la base para la selección de los procesos de ensamblaje de PCB que se utilizarán. Los principales procesos tecnológicos son: tecnología de montaje en superficie total (SMT), tecnología mixta (incluye SMT y orificio pasante enchapado (PTH)) y fijación por la parte inferior.

Por lo general, en las modernas instalaciones de ensamblaje de computadoras/electrónica, se utiliza la tecnología mixta, con algunos componentes que se montan en la superficie y otros conectores/componentes se sueldan usando tecnología de orificio pasante o reflujo de soldadura. A continuación se analiza un proceso de tecnología mixta "típico", en el que se utiliza un proceso de montaje en superficie que incluye unión adhesiva, soldadura por ola y soldadura por reflujo. Con tecnología mixta, a veces es posible refluir componentes de montaje superficial (SMC) en la parte superior de una placa de doble cara y soldar por ola los SMC en la parte inferior. Dicho proceso es particularmente útil cuando las tecnologías de montaje en superficie y de orificio pasante deben combinarse en una sola placa, que es la norma en la fabricación de productos electrónicos actuales. El primer paso es montar los SMC en la parte superior de la placa mediante el proceso de reflujo de soldadura. A continuación, se insertan los componentes de orificio pasante. A continuación, la placa se invierte y los SMC de la parte inferior se montan con adhesivo en la placa. La soldadura por ola de los componentes de orificio pasante y los SMC de la parte inferior es el paso final.

Los principales pasos técnicos del proceso de tecnología mixta incluyen:

  • limpieza previa y posterior
  • aplicación de pasta de soldadura y adhesivo (serigrafía y colocación (SMT y PTH))
  • inserción de componentes
  • curado adhesivo y reflujo de soldadura
  • fundente (PTH)
  • soldadura por ola (PTH)
  • inspección y retoque
  • las pruebas
  • reelaboración y reparación
  • operaciones de apoyo—limpieza de esténciles.

 

A continuación se proporciona una breve discusión de las importantes implicaciones ambientales, de salud y seguridad para cada paso del proceso.

Limpieza previa y posterior

Los PWB comerciales generalmente se compran a un proveedor de PWB y se han limpiado previamente con una solución de agua desionizada (DI) para eliminar todos los contaminantes de la superficie. Antes de las preocupaciones sobre el agotamiento de la capa de ozono estratosférico, el fabricante de dispositivos electrónicos usaba una sustancia que agota el ozono, como un clorofluorocarbono (CFC), como limpieza final o incluso limpieza previa. Al final del proceso de ensamblaje de PCB, el uso de una operación de "desengrasado con vapor" de clorofluorocarbono para eliminar los residuos de la operación de soldadura por ola/fundente era habitual. Una vez más, debido a las preocupaciones sobre el agotamiento de la capa de ozono y los estrictos controles normativos sobre la producción de CFC, se realizaron cambios en el proceso que permitieron que los conjuntos completos de PWB pasaran por alto la limpieza o usaran solo una limpieza con agua desionizada.

Aplicación de pasta de soldadura y adhesivo (impresión y colocación de plantillas) e inserción de componentes

La aplicación de pasta de soldadura de plomo/estaño a la superficie de la PWB permite que el componente de montaje en superficie se conecte a la PWB y es clave para el proceso SMT. El material de soldadura actúa como enlace mecánico para la conducción eléctrica y térmica y como revestimiento para la protección de la superficie y la soldabilidad mejorada. La soldadura en pasta se compone de aproximadamente 70 a 90% de materia no volátil (sobre una base de peso por peso o peso por volumen):

  • soldadura de plomo/estaño
  • una mezcla de resinas modificadas (ácidos de colofonia o colofonia levemente activada)
  • activadores (en el caso de productos “no clean”, mezclas de hidrohaluros de amina y ácidos o solo ácidos carboxílicos).

 

Los solventes (materia volátil) componen el resto del producto (típicamente una mezcla de alcohol y éter de glicol que es una mezcla patentada).

La soldadura en pasta se imprime a través de una plantilla, que es un patrón exacto del diseño de la superficie que se agregará a la superficie del PWB. La soldadura en pasta se empuja a través de las aberturas en la plantilla hacia los sitios de las almohadillas en el PWB por medio de una escobilla de goma que atraviesa lentamente la plantilla. Luego se levanta la plantilla, dejando los depósitos de pasta en las almohadillas apropiadas en el tablero. Luego, los componentes se insertan en el PWB. Los peligros principales de EHS se relacionan con la limpieza y la higiene personal de los operadores que aplican la soldadura en pasta a la superficie del esténcil, limpian la escobilla de goma y limpian los esténciles. La concentración de plomo en la soldadura y la tendencia de la soldadura en pasta seca a adherirse a la piel y a las superficies de trabajo de los equipos/instalaciones requiere el uso de guantes protectores, una buena limpieza de las superficies de trabajo y la eliminación segura de los materiales de limpieza contaminados ( y manejo ambiental) y estricta higiene personal por parte de los operadores (por ejemplo, lavado de manos con jabón antes de comer, beber o aplicarse cosméticos). Los niveles de exposición en el aire suelen estar por debajo del límite de detección de plomo y, si se practica una buena limpieza/higiene personal, las lecturas de plomo en la sangre se encuentran en los niveles de fondo.

La aplicación del adhesivo implica la dispensación automática de pequeñas cantidades de una resina epoxi (típicamente una mezcla de bisfenol A y epiclorhidrina) sobre la superficie de la PWB y luego "recoger y colocar" el componente e insertarlo a través de la resina epoxi en la PWB. Los peligros de EHS se relacionan principalmente con los peligros mecánicos de seguridad de las unidades de "recoger y colocar", debido a sus ensamblajes mecánicos automatizados, los componentes de transporte en la parte trasera de las unidades y la posibilidad de lesiones graves si no se cuenta con la protección adecuada, las cortinas de luz y los enclavamientos de hardware. presente.

Curado adhesivo y reflujo de soldadura

Los componentes que se unieron mediante la impresión de plantillas o la aplicación de adhesivos se transportan en un transportador mecánico de altura fija a un horno de reflujo en línea que "reactiva" la soldadura al hacer fluir la soldadura en pasta a una temperatura aproximada de 200 a 400 °C. Los componentes que se unieron con el adhesivo epoxi también pasan por un horno que se encuentra en línea descendente con respecto al reflujo de la soldadura y, por lo general, funciona a una temperatura de 130 a 160oC. Los componentes solventes de la soldadura en pasta y la resina epoxi se eliminan durante el proceso del horno, pero el componente de plomo/estaño no se volatiliza. Se acumulará un residuo tipo telaraña en el conducto de escape del horno de reflujo y se puede usar un filtro de malla metálica para evitarlo. Ocasionalmente, los PWB pueden quedar atrapados en el sistema de transporte y se sobrecalentarán en el horno, lo que provocará olores desagradables.

fundente

Para formar una junta de soldadura confiable en la superficie de la PWB y el cable del componente, ambos deben estar libres de oxidación y deben permanecer así incluso a las temperaturas elevadas que se usan en la soldadura. Además, la aleación de soldadura fundida debe humedecer las superficies de los metales a unir. Esto significa que el fundente de soldadura debe reaccionar y eliminar los óxidos metálicos de las superficies a unir y evitar la reoxidación de las superficies limpias. También requiere que los residuos sean no corrosivos o fácilmente removibles. Los fundentes para soldar equipos electrónicos se dividen en tres amplias categorías, comúnmente conocidas como fundentes a base de colofonia, fundentes orgánicos o solubles en agua y fundentes sintéticos eliminables con disolventes. Los fundentes de compuestos orgánicos no volátiles (NVOC, por sus siglas en inglés) o no limpios, con bajo contenido de sólidos más nuevos se encuentran en la categoría intermedia.

fundentes a base de colofonia

Los fundentes a base de colofonia son los fundentes más utilizados en la industria electrónica, ya sea como flujo de pulverización or flujo de espuma. El fluxer puede estar contenido dentro del equipo de soldadura por ola o como una unidad independiente ubicada en la entrada de la unidad. Los fundentes a base de colofonia tienen como base la colofonia natural o colofonia, la colofonia translúcida de color ámbar que se obtiene después de destilar la trementina a partir de la oleorresina y la resina de canal de los pinos. La resina se recoge, se calienta y se destila, lo que elimina cualquier partícula sólida, lo que da como resultado una forma purificada del producto natural. Es un material homogéneo con un único punto de fusión.

Colophony es una mezcla de aproximadamente 90% de ácido resínico, que es principalmente ácido abiético (un ácido orgánico no soluble en agua) con 10% de materiales neutros como derivados de estilbeno y varios hidrocarburos. La Figura 1 proporciona las estructuras químicas de los ácidos abiético y pimárico.

Figura 1. Ácidos abiético y pimárico

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El componente activo es el ácido abiético, que a la temperatura de soldadura es químicamente activo y ataca el óxido de cobre en la superficie del PWB, formando cobre abiético. Los fundentes a base de colofonia tienen tres componentes: el solvente o vehículo, la colofonia y el activador. El solvente simplemente actúa como un vehículo para el fundente. Para que sea eficaz, la colofonia debe aplicarse al tablero en estado líquido. Esto se logra disolviendo la colofonia y el activador en un sistema solvente, típicamente alcohol isopropílico (IPA) o mezclas multicomponentes de alcoholes (IPA, metanol o etanol). Luego, el fundente se espuma sobre la superficie inferior de la PCB mediante la adición de aire o nitrógeno, o se rocía en una mezcla de "bajo contenido de sólidos" que tiene un mayor contenido de solvente. Estos componentes solventes tienen diferentes velocidades de evaporación y se debe agregar un diluyente a la mezcla de fundente para mantener una composición de fundente constituyente. Las categorías principales de fundentes a base de colofonia son: colofonia levemente activa (RMA), que son los fundentes típicos en uso, a los que se les añade un activador suave; y resina activa (RA), al que se le ha añadido un activador más agresivo.

El principal peligro para la EHS de todos los fundentes a base de colofonia es la base de solvente de alcohol. Los riesgos de seguridad se relacionan con la inflamabilidad en el almacenamiento y uso, la clasificación y el manejo como desechos peligrosos, las emisiones al aire y los sistemas de tratamiento necesarios para eliminar los COV y los problemas de higiene industrial relacionados con la inhalación y la exposición cutánea (cutánea). Cada uno de estos elementos requiere una estrategia de control diferente, educación y capacitación de los empleados y permisos/cumplimiento normativo (Association of the Electronics, Telecommunications and Business Equipment Industries 1991).

Durante el proceso de soldadura por ola, el fundente se calienta de 183 a 399 °C; Los productos aerotransportados generados incluyen aldehídos alifáticos, como el formaldehído. Muchos fundentes también contienen un activador de clorhidrato de amina orgánica, que ayuda a limpiar el área que se está soldando y libera ácido clorhídrico cuando se calienta. Otros componentes gaseosos incluyen benceno, tolueno, estireno, fenol, clorofenol y alcohol isopropílico. Además de los componentes gaseosos del fundente calentado, se crea una cantidad significativa de partículas, cuyo tamaño oscila entre 0.01 micras y 1.0 micras, conocidas como vapores de colofonia. Se ha descubierto que estos materiales particulados son irritantes respiratorios y también sensibilizantes respiratorios en personas sensibles (Hausen, Krohn y Budianto 1990). En el Reino Unido, los estándares de exposición en el aire requieren que los niveles de humo de colofonia se controlen a los niveles más bajos posibles (Comisión de Salud y Seguridad 1992). Además, la Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) ha establecido un valor límite de umbral separado para los productos de pirólisis de la soldadura con núcleo de colofonia de 0.1 mg/m3, medido como formaldehído (ACGIH 1994). Lead Industries Association, Inc. identifica la acetona, el alcohol metílico, los aldehídos alifáticos (medidos como formaldehído), el dióxido de carbono, el monóxido de carbono, el metano, el etano, el ácido abiético y los ácidos diterpénicos relacionados como productos de descomposición típicos de la soldadura con núcleo de colofonia (Lead Industries Association 1990 ).

fundentes orgánicos

Los fundentes orgánicos, a veces llamados fundentes intermedios o fundentes solubles en agua, son compuestos que son más activos que los fundentes a base de colofonia y menos corrosivos que los fundentes ácidos utilizados en las industrias metalúrgicas. Los compuestos activos generales de esta clase de fundentes se dividen en tres grupos:

  • ácidos (p. ej., esteárico, glutámico, láctico, cítrico)
  • halógenos (p. ej., clorhidratos, bromuros, hidrazina)
  • amidas y aminas (p. ej., urea, trietanolamina).

 

Estos materiales y otras partes de la formulación, como los tensioactivos para ayudar a reducir la tensión superficial de la soldadura, se disuelven en polietilenglicol, disolventes orgánicos, agua o, por lo general, una mezcla de varios de estos. Los fundentes orgánicos deben considerarse corrosivos, pero se pueden limpiar fácilmente, con solo agua caliente.

Fundentes sintéticos activados (AS)

Mientras que los fundentes a base de colofonia son materiales sólidos disueltos en un disolvente, los fundentes AS suelen ser fórmulas totalmente líquidas (disolvente + fundente). El portador de solvente se elimina durante la fase de precalentamiento de la soldadura por ola, dejando un residuo húmedo y aceitoso en la superficie de la PWB, que debe limpiarse inmediatamente después de la soldadura. El atributo principal de los fundentes AS es su capacidad para eliminarse mediante el uso de un solvente adecuado, generalmente a base de fluorocarbono. Con restricciones en el uso de sustancias que agotan la capa de ozono, como los fluorocarbonos (Freon TF, Freon TMS, etc.), el uso requerido de estos materiales de limpieza ha restringido severamente el uso de esta clase de fundentes.

Fundentes de bajo contenido de sólidos "no clean" o sin VOC

La necesidad de eliminar la limpieza posterior a la soldadura de residuos de flux corrosivos o pegajosos con solventes de fluorocarbono ha llevado al uso generalizado de una nueva clase de flux. Estos fundentes son similares en actividad a los fundentes RMA y tienen un contenido de sólidos de aproximadamente 15%. El contenido de sólidos es una medida de la viscosidad y es igual a la relación entre el fundente y el disolvente. Cuanto menor sea el contenido de sólidos, mayor será el porcentaje de disolvente. Cuanto mayor sea el contenido de sólidos, más activo será el fundente y mayor será la posibilidad de necesitar un paso de limpieza posterior a la soldadura. El fundente con bajo contenido de sólidos (LSF) se usa comúnmente en la industria electrónica y, por lo general, no requiere el paso posterior a la limpieza. Desde la perspectiva de las emisiones ambientales al aire, el LSF eliminó la necesidad de desengrasar con vapor de fluorocarbono las placas soldadas por ola, pero con su mayor contenido de solventes, aumentaron la cantidad de solventes a base de alcohol evaporados, lo que resultó en niveles más altos de VOC. Los niveles de emisión de VOC al aire están estrictamente controlados en los Estados Unidos y en muchos lugares del mundo. Esta situación se abordó con la introducción de fundentes "no clean", que son a base de agua (en lugar de a base de disolvente) pero contienen activadores y colofonias fundentes similares. Los principales ingredientes activos son a base de ácido dicarboxílico (2 a 3%), típicamente ácidos glutárico, succínico y adípico. surfactantes y inhibidores de corrosión (aproximadamente 1 %), lo que da como resultado un pH (acidez) de 3.0 a 3.5. Estos fundentes prácticamente eliminan las emisiones al aire de COV y otros peligros para la salud, la seguridad y la salud asociados con el uso de fundentes a base de solventes. Los productos de descomposición observados en los fundentes a base de colofonia siguen siendo aplicables, y el pH suave requiere que el equipo de manejo del fundente sea resistente a los ácidos. Algunas pruebas anecdóticas apuntan a posibles problemas dérmicos o respiratorios a causa de los ácidos dicarboxílicos secos y ligeramente ácidos y los inhibidores de la corrosión que pueden convertirse en residuos a bordo de los transportadores, carros y superficies internas de los equipos de soldadura por ola que utilizan estos compuestos. Además, es posible que el componente de agua de estos fundentes no se evapore adecuadamente antes de golpear el crisol de soldadura fundido, lo que puede provocar salpicaduras de la soldadura caliente.

Soldadura por ola

La adición de fundente a la superficie inferior de la PWB se puede lograr mediante un fundente ubicado en el interior de la unidad de soldadura por ola o una unidad independiente en la entrada de la unidad de soldadura por ola. La Figura 2 proporciona una representación esquemática de una unidad de soldadura por ola estándar con el fundente ubicado internamente. Cualquiera de las configuraciones se usa para espumar o rociar el fundente sobre el PWB.

Figura 2. Esquema de la unidad de soldadura por ola

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Precalentamiento

Los portadores de fundente deben evaporarse antes de soldar. Esto se logra mediante el uso de precalentadores de alta temperatura para expulsar los componentes líquidos. Se utilizan dos tipos básicos de precalentadores: radiante (hot rod) y volumétrico (aire caliente). Los calentadores radiantes son comunes en los Estados Unidos y presentan el potencial de ignición del exceso de fundente o solvente o la descomposición de un PWB si se inmoviliza debajo del precalentador. Se proporciona ventilación de extracción local en el lado del fundente/precalentador de la unidad de soldadura por ola para capturar y expulsar los materiales de solvente/fundente evaporados durante estas operaciones.

Soldadura

La aleación de soldadura (típicamente 63% de estaño a 37% de plomo) está contenida en un depósito grande llamado olla de soldadura, y se calienta eléctricamente para mantener la soldadura en estado fundido. Los calentadores incluyen un poderoso calentador a granel para hacer el derretimiento inicial y un suministro de calor regulado más pequeño para controlar la temperatura termostáticamente.

La soldadura exitosa a nivel de placa requiere que el diseño del crisol de soldadura y los sistemas de bomba de recirculación proporcionen continuamente una "ola" consistente de soldadura fresca. Con la soldadura blanda, la soldadura pura se contamina con compuestos de plomo/estaño oxidados, impurezas metálicas y productos de descomposición del fundente. Este escoria se forma en la superficie de la soldadura fundida, y cuanto más escoria se forme, mayor será la tendencia a la formación adicional. La escoria es dañina para el proceso de soldadura y la ola de soldadura. Si se forma suficiente en la olla, puede ser jalado hacia la bomba de recirculación y causar abrasión en el impulsor. Se requieren operadores de soldadura por ola para eliminar la escoria la ola de forma rutinaria. Este proceso implica que el operador filtre la escoria solidificada de la soldadura fundida y recolecte los residuos para recuperarlos o reciclarlos. El proceso de eliminación de escoria implica que el operador abra físicamente la puerta de acceso trasera (típicamente una configuración de ala de golfo) adyacente al crisol de soldadura y saque manualmente la escoria caliente. Durante este proceso, se liberan emisiones visibles de la olla que son altamente irritantes para los ojos, la nariz y la garganta del operador. El operador debe llevar guantes térmicos, delantal, gafas de seguridad y pantalla facial y protección respiratoria (para partículas de plomo/estaño, gases corrosivos (HCl) y aldehído alifático (formaldehído)). Se proporciona ventilación de escape local desde el interior de la unidad de soldadura por ola, pero el crisol de soldadura se retira mecánicamente del gabinete principal para permitir que el operador tenga acceso directo a ambos lados del crisol. Una vez retirado, el conducto de escape local que está montado en el gabinete se vuelve ineficaz para eliminar los materiales liberados. Los principales peligros para la salud y la seguridad son: quemaduras térmicas por soldadura caliente, exposición respiratoria a los materiales mencionados anteriormente, lesiones en la espalda por manipular lingotes de soldadura pesados ​​y tambores de escoria y exposición a residuos de soldadura de plomo/estaño/partículas finas durante las actividades de mantenimiento.

Durante el proceso de soldadura real, las puertas de acceso están cerradas y el interior de la unidad de soldadura por ola está bajo una presión negativa debido a la ventilación de escape local provista en los lados de la ola del fundente y del crisol de soldadura. Esta ventilación y las temperaturas de funcionamiento del crisol de soldadura (típicamente de 302 a 316 °C, que está justo por encima del punto de fusión de la soldadura), dan como resultado la formación mínima de vapores de plomo. La exposición principal a las partículas de plomo/estaño se produce durante las actividades de eliminación de escoria y mantenimiento del equipo, desde la agitación de la escoria en el crisol, la transferencia al recipiente de recuperación y la limpieza de los residuos de soldadura. Las partículas finas de plomo/estaño se forman durante la operación de eliminación de escoria y pueden liberarse en la sala de trabajo y la zona de respiración del operador de soldadura por ola. Se han ideado varias estrategias de control de ingeniería para minimizar estas posibles exposiciones a partículas de plomo, incluida la incorporación de ventilación de escape local al recipiente de recuperación (consulte la figura 3), el uso de aspiradoras HEPA para la limpieza de residuos y conductos de escape flexibles con brazos articulados para posicionar ventilación en la olla caliente durante el desescoriado. Debe prohibirse el uso de escobas o cepillos para barrer residuos de soldadura. También se deben exigir prácticas estrictas de limpieza e higiene personal. Durante las operaciones de mantenimiento del equipo de soldadura por ola (que se realizan semanalmente, mensualmente, trimestralmente y anualmente), varios componentes de la olla caliente se limpian dentro del equipo o se retiran y limpian en una campana con escape local. Estas operaciones de limpieza pueden implicar el raspado físico o la limpieza mecánica (con un taladro eléctrico y un accesorio de cepillo de alambre) de la bomba de soldadura y los deflectores. Se generan altos niveles de partículas de plomo durante el proceso de limpieza mecánica, y el proceso debe realizarse en un recinto con escape local.

Figura 3. Carro de escoria con cubierta de vacío

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Inspección, retoque y prueba

Las funciones de inspección visual y retoque se llevan a cabo después de la soldadura por ola e implican el uso de lentes de aumento/luces de trabajo para una inspección fina y retoque de imperfecciones. La función de retoque puede implicar el uso de un soldadura de barra soldador de mano y soldadura con núcleo de colofonia o aplicar con brocha una pequeña cantidad de fundente líquido y soldadura de alambre de plomo/estaño. Los vapores visibles de la soldadura con varilla involucran productos de descomposición del fundente. Pequeñas cantidades de cordón de soldadura de plomo/estaño que no se adhirieron a la junta de soldadura pueden presentar un problema de limpieza e higiene personal. Debe proporcionarse un ventilador adyacente a la estación de trabajo para la ventilación de dilución general lejos de la zona de respiración del operador o un sistema de extracción de humos más sofisticado que capture los productos de descomposición en la punta del soldador o junto a la operación. Luego, los humos se envían a un sistema de escape depurador de aire que incorpora filtración HEPA para partículas y adsorción de gas de carbón activado para los aldehídos alifáticos y los gases de ácido clorhídrico. La eficacia de estos sistemas de escape de soldadura depende en gran medida de las velocidades de captura, la proximidad al punto de generación de humos y la ausencia de corrientes cruzadas en la superficie de trabajo. La prueba eléctrica de la PCB completa requiere equipo y software de prueba especializados.

Reelaboración y reparación

En función de los resultados de las pruebas de la placa, las placas defectuosas se evalúan en busca de fallas de componentes específicos y se reemplazan. Esta reelaboración de las placas puede implicar soldadura con electrodos. Si es necesario reemplazar los componentes principales de la placa de circuito impreso, como el microprocesador, olla de soldadura de reelaboración se utiliza para sumergir la parte de la placa que aloja el componente defectuoso o la junta en un pequeño crisol de soldadura, retirar el componente y luego insertar un nuevo componente funcional en la placa. Si el componente es más pequeño o más fácil de quitar, un aspiradora de aire Se emplea un sistema que utiliza aire caliente para calentar la junta de soldadura y vacío para eliminar la soldadura. El crisol de soldadura de reelaboración está alojado dentro de un recinto con escape local que proporciona suficiente velocidad de escape para capturar los productos de descomposición del fundente que se forman cuando la soldadura líquida se cepilla en la placa y se establece el contacto de la soldadura. Esta olla también forma escoria y requiere equipos y procedimientos de eliminación de escoria (en una escala mucho menor). El sistema de vacío de aire no requiere estar alojado dentro de un recinto, pero la soldadura de plomo/estaño extraída debe manejarse como un desecho peligroso y recuperarse/reciclarse.

Operaciones de apoyo—limpieza de esténciles

El primer paso en el proceso de ensamblaje de la placa de circuito impreso involucró el uso de una plantilla para proporcionar el patrón de las ubicaciones de unión para pasar la soldadura en pasta de plomo/estaño. Por lo general, las aberturas de la plantilla comienzan a obstruirse y los residuos de pasta de soldadura de plomo/estaño deben eliminarse cada turno. Por lo general, se realiza una limpieza previa en la impresora de pantalla para capturar la contaminación grave en el tablero, limpiando la superficie del tablero con una mezcla de alcohol diluido y toallitas desechables. Para eliminar completamente los residuos restantes, se requiere un proceso de limpieza en húmedo. En un sistema similar a un lavaplatos grande, se usa agua caliente (57 °C) y una solución química de aminas alifáticas diluidas (monoetanolamina) para eliminar químicamente la soldadura en pasta del esténcil. Cantidades significativas de soldadura de plomo/estaño se lavan de la placa y se depositan en la cámara de lavado o en solución en el efluente de agua. Este efluente requiere filtración o eliminación química de plomo y ajuste de pH para las aminas alifáticas corrosivas (utilizando ácido clorhídrico). Los limpiadores de esténciles de sistema cerrado más nuevos utilizan la misma solución de lavado hasta que se gasta. La solución se transfiere a una unidad de destilación y los volátiles se eliminan por destilación hasta que se forma un residuo semilíquido. Este residuo luego se maneja como un desecho peligroso contaminado con plomo/estaño.

Proceso de ensamblaje de computadoras

Una vez ensamblada la placa de circuito impreso final, se transfiere a la operación de ensamblaje de sistemas para su incorporación en el producto informático final. Esta operación suele requerir mucha mano de obra, y las piezas componentes que se van a montar se suministran a las estaciones de trabajo individuales en carros de preparación a lo largo de la línea de montaje mecanizada. Los principales peligros para la salud y la seguridad se relacionan con el movimiento y la puesta en escena de los materiales (carretillas elevadoras, elevación manual), las implicaciones ergonómicas del proceso de montaje (rango de movimiento, fuerza de inserción necesaria para "fijar" los componentes, instalación de tornillos y conectores) y el embalaje final. , envoltura retráctil y envío. Un proceso típico de ensamblaje de una computadora involucra:

  • preparación del chasis/carcasa
  • Inserción de PCB (placa madre e hija)
  • Inserción del componente principal (unidad de disquete, disco duro, fuente de alimentación, unidad de CD-ROM)
  • ensamblaje de pantalla (solo portátiles)
  • inserción de mouse y teclado (solo portátiles)
  • cableado, conectores y parlantes
  • montaje de la cubierta superior
  • descarga de software
  • test
  • rehacer
  • carga de la batería (solo portátiles) y embalaje
  • envoltura retráctil y envío.

 

Los únicos productos químicos que se pueden usar en el proceso de ensamblaje implican la limpieza final de la carcasa o el monitor de la computadora. Por lo general, se utiliza una solución diluida de alcohol isopropílico y agua o una mezcla comercial de limpiadores (p. ej., Simple Green, una solución diluida de butilcelosolve y agua).

 

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Como industria emergente, la fabricación de semiconductores a menudo se ha visto como el epítome del lugar de trabajo de alta tecnología. Debido a los estrictos requisitos de fabricación asociados con la producción de múltiples capas de circuitos electrónicos dimensionales en micrones en obleas de silicio, el entorno de sala limpia se ha convertido en sinónimo de lugar de trabajo para esta industria. Dado que algunos de los gases de hidruro utilizados en la fabricación de semiconductores (p. ej., arsina, fosfina) se identificaron pronto como sustancias químicas altamente tóxicas, la tecnología de control de exposición por inhalación siempre ha sido un componente importante de la fabricación de obleas. Los trabajadores de semiconductores están aún más aislados del proceso de producción al usar ropa especial que cubre todo el cuerpo (p. ej., batas), cubiertas para el cabello, cubiertas para los zapatos y, con frecuencia, máscaras faciales (o incluso dispositivos de respiración con suministro de aire). Desde un punto de vista práctico, las preocupaciones de los empleadores por la pureza del producto han resultado, también, en la protección contra la exposición de los trabajadores.

Además de la ropa de protección personal, en toda la industria de semiconductores se utilizan sistemas altamente sofisticados de ventilación y monitoreo de aire químico/gas para detectar fugas de vapores de solventes químicos tóxicos, ácidos y gases de hidruro en partes por millón (ppm) o menos. Aunque, desde el punto de vista histórico, la industria ha experimentado frecuentes evacuaciones de trabajadores de las salas de fabricación de obleas, basadas en fugas reales o sospechadas de gases o solventes, tales episodios de evacuación se han convertido en eventos raros debido a las lecciones aprendidas en el diseño de sistemas de ventilación, gases tóxicos. /Manipulación de productos químicos y sistemas de control del aire cada vez más sofisticados con muestreo continuo del aire. Sin embargo, el aumento del valor monetario de las obleas de silicio individuales (junto con el aumento de los diámetros de las obleas), que pueden contener decenas de microprocesadores o dispositivos de memoria individuales, puede generar estrés mental en los trabajadores que deben manipular manualmente los contenedores de estas obleas durante los procesos de fabricación. Se obtuvo evidencia de dicho estrés durante un estudio de trabajadores de semiconductores (Hammond et al. 1995; Hines et al. 1995; McCurdy et al. 1995).

La industria de los semiconductores tuvo sus inicios en los Estados Unidos, que tiene el mayor número de trabajadores de la industria de los semiconductores (aproximadamente 225,000 en 1994) de todos los países. (BLS 1995). Sin embargo, obtener estimaciones válidas de empleo internacional para esta industria es difícil debido a la inclusión de trabajadores de semiconductores con trabajadores de "fabricación de equipos eléctricos/electrónicos" en las estadísticas de la mayoría de las naciones. Debido a los estrictos controles de ingeniería necesarios para la fabricación de dispositivos semiconductores, es muy probable que los lugares de trabajo de semiconductores (es decir, las salas limpias) sean comparables, en la mayoría de los aspectos, en todo el mundo. Este entendimiento, junto con los requisitos del gobierno de los EE. UU. para registrar todas las lesiones y enfermedades relacionadas con el trabajo importantes entre los trabajadores de los EE. UU., hace que la experiencia de lesiones y enfermedades laborales de los trabajadores de semiconductores de los EE. UU. sea un tema muy relevante a escala nacional e internacional. En pocas palabras, en este momento hay pocas fuentes internacionales de información y datos relevantes sobre la experiencia de salud y seguridad de los trabajadores de semiconductores, además de la Encuesta anual de lesiones y enfermedades ocupacionales de la Oficina de Estadísticas Laborales de EE. UU. (BLS).

En los Estados Unidos, que ha recopilado datos sobre lesiones y enfermedades laborales en todas las industrias desde 1972, la frecuencia de lesiones y enfermedades relacionadas con el trabajo entre los trabajadores de semiconductores se encuentra entre las más bajas de todas las industrias manufactureras. Sin embargo, se han expresado preocupaciones de que los trabajadores de semiconductores pueden presentar efectos más sutiles en la salud. (LaDou 1986), aunque tales efectos no han sido documentados.

Se han realizado varios simposios relacionados con la evaluación de la tecnología de control en la industria de los semiconductores, y varios de los documentos de los simposios tratan sobre cuestiones ambientales y de seguridad y salud de los trabajadores (ACGIH 1989, 1993).

Una cantidad limitada de datos sobre lesiones y enfermedades laborales para la comunidad internacional de fabricación de semiconductores se derivó a través de una encuesta especial realizada en 1995, que involucró casos informados para los años 1993 y 1994. Estos datos de la encuesta se resumen a continuación.

Lesiones y enfermedades laborales entre los trabajadores de semiconductores

Con respecto a los datos estadísticos internacionales asociados con lesiones y enfermedades laborales entre los trabajadores de semiconductores, los únicos datos comparables parecen ser los derivados de una encuesta de operaciones multinacionales de fabricación de semiconductores realizada en 1995 (Lassiter 1996). Los datos recopilados en esta encuesta involucraron las operaciones internacionales de los fabricantes de semiconductores con sede en EE. UU. durante los años 1993-94. Algunos de los datos de la encuesta incluyeron operaciones distintas a la fabricación de semiconductores (por ejemplo, fabricación de unidades de disco y computadoras), aunque todas las empresas participantes estaban involucradas en la industria electrónica. Los resultados de esta encuesta se presentan en la figura 1 y la figura 2, que incluyen datos de la región de Asia-Pacífico, Europa, América Latina y Estados Unidos. Cada caso involucró una lesión o enfermedad relacionada con el trabajo que requirió tratamiento médico o pérdida o restricción del trabajo. Todas las tasas de incidencia en las cifras se han calculado como números de casos (o días de trabajo perdidos) por 200,000 200,000 horas-trabajador por año. Si el total de horas-trabajador no estaba disponible, se utilizaron estimaciones de empleo anual promedio. El denominador de 100 horas-trabajador es igual a 2,000 trabajadores equivalentes a tiempo completo por año (suponiendo XNUMX horas de trabajo por trabajador por año).

Figura 1. Distribución de las tasas de incidencia de lesiones y enfermedades laborales por sector mundial, 1993 y 1994.

MIC060F6

Figura 2. Distribución de las tasas de incidencia de Lesiones y enfermedades con días de baja por sector mundial 1993 y 1994

MIC060F7

La Figura 1 muestra las tasas de incidencia de lesiones y enfermedades laborales para las diversas regiones del mundo en la encuesta de 1993-94. No se han incluido las tasas de países individuales para garantizar la confidencialidad de las empresas participantes que fueron las únicas fuentes de datos para ciertos países. Por lo tanto, para ciertos países en la encuesta, los datos se informaron solo para una sola instalación. En varios casos, las empresas combinaron todos los datos internacionales en una sola estadística. Estos últimos datos se enumeran en la figura 1 y la figura 2 como "Combinados".

La incidencia anual de lesiones y enfermedades laborales entre todos los trabajadores en la encuesta internacional fue de 3.3 casos por 100 empleados (200,000 horas-trabajador) en 1993 y 2.7 ​​en 1994. Se notificaron 12,615 casos en 1993 y 12,368 en 1994. La gran mayoría de los casos (12,130 en 1993) procedían de empresas estadounidenses. Estos casos se asociaron con aproximadamente 387,000 trabajadores en 1993 y 458,000 en 1994.

La Figura 2 presenta las tasas de incidencia de los casos de días de trabajo perdidos que involucran días fuera del trabajo. Las tasas de incidencia de 1993 y 1994 se basaron en aproximadamente 4,000 casos de días de trabajo perdidos para cada uno de los 2 años de la encuesta internacional. El rango internacional/regional en las tasas de incidencia para esta estadística fue el más estrecho de los medidos. La incidencia de casos de días de trabajo perdidos puede representar las estadísticas internacionales más comparables con respecto a la experiencia en seguridad y salud de los trabajadores. La tasa de incidencia de días de trabajo perdidos (días fuera del trabajo) fue de aproximadamente 15.4 días fuera del trabajo por cada 100 trabajadores para cada uno de los 2 años.

Los únicos datos detallados que se sabe que existen sobre las características de los casos de lesiones y enfermedades de los trabajadores de semiconductores son los compilados anualmente en los EE. UU. por el BLS, que involucran casos con días de trabajo perdidos. Los casos discutidos aquí fueron identificados por el BLS en su encuesta anual para el año 1993. Los datos obtenidos de estos casos aparecen en la figura 3, figura 4, figura 5 y figura 6. Cada figura compara la experiencia de casos de días laborales perdidos para el sector privado, toda la fabricación y fabricación de semiconductores.

Figura 3. Casos de incidencia comparativa de días perdidos1 por tipo de evento o exposición, 1993

MIC060F2

Figura 4. Incidencia comparativa de casos de días de trabajo perdidos1 por fuente de lesión o enfermedad, 1993.

MIC060F3

Figura 5. Incidencia comparativa de casos de días de trabajo perdidos1 por naturaleza de lesión o enfermedad, 1993.

MIC060F4

Figura 6. Incidencia comparativa de casos de días de trabajo perdidos por parte del cuerpo afectada, 1993

MIC060F5

La Figura 3 compara la experiencia de casos de días de trabajo perdidos de los trabajadores de semiconductores de EE. UU. en 1993 con el sector privado y con toda la fabricación con respecto al tipo de evento o exposición. Las tasas de incidencia para la mayoría de las categorías en esta figura fueron mucho menores para los trabajadores de la industria de semiconductores que para el sector privado o toda la manufactura. Los casos de sobreesfuerzo entre los trabajadores de semiconductores fueron menos de la mitad de la tasa de todos los trabajadores del sector manufacturero. La categoría de exposición dañina (principalmente asociada con exposiciones a sustancias químicas) fue equivalente entre los tres grupos.

Las distribuciones comparativas de casos de días de trabajo perdidos según la fuente de lesión o enfermedad se presentan en la figura 4. Las tasas de incidencia de casos de días de trabajo perdidos para los trabajadores de semiconductores fueron menores que las del sector privado y todas las manufacturas en todas las categorías de fuentes, excepto los casos asociados con exposiciones a sustancias químicas. sustancias

La Figura 5 compara las tasas de incidencia de casos de días de trabajo perdidos asociados con la naturaleza de la lesión o enfermedad entre los tres grupos. Las tasas de los trabajadores de semiconductores fueron menos de la mitad de las tasas tanto del sector privado como de toda la manufactura en 1993. La incidencia de quemaduras químicas fue levemente mayor para los trabajadores de semiconductores, pero fue muy baja para los tres grupos de comparación. La incidencia del síndrome del túnel carpiano (STC) entre los trabajadores de semiconductores de EE. UU. fue menos de la mitad de la tasa para todas las manufacturas.

En la figura 6 se ilustra la distribución e incidencia de los casos de ausencia laboral según la parte del cuerpo afectada. Aunque la incidencia de casos relacionados con sistemas corporales fue baja para todos los grupos de comparación, la tasa de trabajadores de semiconductores fue ligeramente elevada. Todas las demás partes del cuerpo afectadas fueron mucho menores para los trabajadores de semiconductores que para los otros dos grupos de comparación.

Estudios epidemiológicos de trabajadores de semiconductores

La preocupación por las posibles consecuencias para la salud reproductiva asociadas con el empleo en semiconductores surgió en 1983 cuando una empleada de la planta de semiconductores de Digital Equipment Corporation en Hudson, Massachusetts, indicó que creía que se había producido un exceso de abortos espontáneos entre los empleados de las salas limpias de la planta. Esta acusación, junto con la ausencia de datos internos en la instalación, condujo a un estudio epidemiológico realizado por la Escuela de Salud Pública de la Universidad de Massachusetts en Amherst (UMass). El estudio se inició en mayo de 1984 y se completó en 1985 (Pastides et al. 1988).

Se observó un riesgo elevado de aborto espontáneo tanto en el área fotolitográfica como en el área de difusión en comparación con los trabajadores no expuestos en otras áreas de la instalación. Se consideró que un riesgo relativo de 1.75 no era estadísticamente significativo (p <0.05), aunque sí fue significativo un riesgo relativo de 2.18 observado entre los trabajadores de las áreas de difusión. La publicación del estudio de UMass generó preocupación en toda la industria de semiconductores de que se justificaba un estudio más grande para validar los hallazgos observados y determinar su alcance y posible causalidad.

La Asociación de la Industria de Semiconductores (SIA) de los Estados Unidos patrocinó un estudio más grande realizado por la Universidad de California en Davis (UC Davis) a partir de 1989. El estudio de UC Davis fue diseñado para probar la hipótesis de que la fabricación de semiconductores estaba asociada con un mayor riesgo de aborto espontáneo para las empleadas de fabricación de obleas. La población del estudio fue seleccionada entre 14 empresas que representaban 42 sitios de producción en 17 estados. El mayor número de sitios (que representan casi la mitad de los empleados en el estudio) se encontraba en California.

El estudio de UC Davis constaba de tres componentes diferentes: un componente transversal (McCurdy et al. 1995; Pocekay et al. 1995); un componente de cohorte histórica (Schenker et al. 1995); y un componente prospectivo (Eskenazi et al. 1995). El centro de cada uno de estos estudios fue una evaluación de la exposición (Hines et al. 1995; Hammond et al. 1995). El componente de evaluación de la exposición asignó a los empleados a un grupo de exposición relativa (es decir, exposición alta, exposición baja, etc.).

En el componente histórico del estudio, se determinó que el riesgo relativo de los trabajadores de fabricación, en comparación con los trabajadores que no eran de fabricación, era de 1.45 (es decir, 45 % de exceso de riesgo de aborto espontáneo). El grupo de mayor riesgo identificado en el componente histórico del estudio fueron las mujeres que trabajaban en operaciones de fotolitografía o grabado. Las mujeres que realizaban operaciones de grabado experimentaron un riesgo relativo de 2.15 (RR=2.15). Además, se observó una relación dosis-respuesta entre las mujeres que trabajaron con cualquier fotoprotector o revelador con respecto al aumento del riesgo de aborto espontáneo. Estos datos respaldaron una asociación dosis-respuesta para los éteres de etilenglicol (EGE), pero no para los éteres de propilenglicol (PGE).

Aunque se observó un mayor riesgo de aborto espontáneo entre las trabajadoras de fabricación de obleas en el componente prospectivo del estudio de UC Davis, los resultados no fueron estadísticamente significativos (p inferior a 0.05). Un pequeño número de embarazos redujo significativamente el poder del componente prospectivo del estudio. El análisis por exposición al agente químico indicó un mayor riesgo para aquellas mujeres que trabajaron con éter monoetílico de etilenglicol, pero se basó en solo 3 embarazos. Un hallazgo importante fue el apoyo general, y no la contradicción, de los hallazgos del componente histórico.

El componente transversal del estudio observó un aumento en los síntomas de las vías respiratorias superiores principalmente en los grupos de trabajadores del horno de difusión y de película delgada. Un hallazgo interesante fueron los aparentes efectos protectores de varios controles de ingeniería relacionados con la ergonomía (p. ej., reposapiés y el uso de una silla ajustable para reducir las lesiones de espalda).

Las mediciones del aire realizadas en las fábricas de obleas encontraron que la mayoría de las exposiciones a solventes eran inferiores al 1 % de los límites de exposición permisibles (PEL) establecidos por el gobierno de EE. UU.

Un estudio epidemiológico separado (Correa et al. 1996) fue realizado por la Universidad Johns Hopkins (JHU), que involucró a un grupo de empleados de semiconductores de IBM Corporation en 1989. La tasa general de aborto espontáneo observada en el estudio de JHU que involucró a trabajadoras de salas limpias fue del 16.6%. El riesgo relativo de aborto espontáneo entre las trabajadoras de salas blancas con la exposición potencial más alta a los éteres de etilenglicol fue de 2.8 (IC del 95 % = 1.4-5.6).

Discusión de estudios epidemiológicos reproductivos que involucran a trabajadores de semiconductores

Los estudios epidemiológicos fueron notables en el alcance y la similitud de los resultados. Todos estos estudios produjeron resultados similares. Cada estudio documentó un exceso de riesgo de aborto espontáneo (aborto espontáneo) para las trabajadoras de fabricación de obleas de semiconductores. Dos de los estudios (JHU y UC Davis) pueden indicar una asociación causal con la exposición a éteres de glicol a base de etileno. El estudio de UMass encontró que el grupo de foto (aquellos expuestos al éter de glicol) tenía menos riesgo que el grupo de difusión, que no tenía exposición documentada al éter de glicol. Si bien estos estudios indican un mayor riesgo de abortos espontáneos entre los trabajadores de la fabricación de obleas, la causa de dicho exceso de riesgo no está clara. El estudio de JHU no pudo documentar un papel importante para los éteres de glicol, y el estudio de UC Davis vinculó los éteres de glicol solo marginalmente (a través del modelado de exposiciones y prácticas laborales autoinformadas) con efectos reproductivos. Poco o ningún control se realizó en ninguno de los estudios para determinar las exposiciones a los éteres de glicol. Después de completar estos estudios, la industria de los semiconductores comenzó a cambiar de éteres de glicol de serie de etileno a sustitutos como éteres de glicol de serie de propileno y lactato de etilo.

Conclusión

Según los mejores datos disponibles sobre la incidencia anual de lesiones y enfermedades relacionadas con el trabajo, los trabajadores de semiconductores corren menos riesgo que los trabajadores de otros sectores manufactureros o del sector privado (incluidas muchas industrias no manufactureras). A nivel internacional, parece que los datos estadísticos sobre lesiones y enfermedades laborales asociados con casos de días de trabajo perdidos pueden ser un indicador bastante confiable de la experiencia mundial en seguridad y salud de los trabajadores de semiconductores. La industria ha patrocinado varios estudios epidemiológicos independientes en un intento por encontrar respuestas a preguntas sobre las consecuencias para la salud reproductiva relacionadas con el empleo en la industria. Aunque no se estableció una asociación definitiva entre los abortos espontáneos observados y la exposición a éteres de glicol a base de etileno, la industria ha comenzado a utilizar solventes fotorresistentes alternativos.

 

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Sábado, abril 02 2011 19: 07

Problemas ambientales y de salud pública

Visión general de la industria

La industria electrónica, en comparación con otras industrias, ha sido vista como “limpia” en términos de su impacto ambiental. No obstante, los productos químicos utilizados en la fabricación de piezas y componentes electrónicos, y los desechos generados, crean importantes problemas ambientales que deben abordarse a escala mundial debido al tamaño de la industria electrónica. Los desechos y subproductos derivados de la fabricación de placas de circuito impreso (PWB), placas de circuito impreso (PCB) y semiconductores son áreas de interés que la industria electrónica ha perseguido con fuerza en términos de prevención de la contaminación, tecnología de tratamiento y técnicas de reciclaje/recuperación. .

En gran medida, el incentivo para controlar la huella ambiental de los procesos electrónicos ha migrado de un ímpetu ambiental a un dominio financiero. Debido a los costos y responsabilidades asociados con los desechos y las emisiones peligrosas, la industria electrónica ha implementado y desarrollado agresivamente controles ambientales que han reducido en gran medida el impacto de sus subproductos y desechos. Además, la industria electrónica ha adoptado un enfoque proactivo para incorporar objetivos, herramientas y técnicas ambientales en sus negocios con conciencia ambiental. Ejemplos de este enfoque proactivo son la eliminación gradual de los CFC y los compuestos perfluorados y el desarrollo de alternativas "amigables con el medio ambiente", así como el enfoque emergente de "diseño para el medio ambiente" para el desarrollo de productos.

La fabricación de PWB, PCB y semiconductores requiere el uso de una variedad de productos químicos, técnicas de fabricación especializadas y equipos. Debido a los peligros asociados con estos procesos de fabricación, el manejo adecuado de los subproductos químicos, desechos y emisiones es esencial para garantizar la seguridad de los empleados de la industria y la protección del medio ambiente en las comunidades en las que residen.

Los cuadros 1, 2 y 3 presentan un resumen de los principales subproductos y desechos que se generan en la fabricación de PWB, PCB y semiconductores. Además, las tablas presentan los principales tipos de impacto ambiental y los medios generalmente aceptados de mitigación y control del flujo de desechos. Principalmente, los residuos que se generan afectan a las aguas residuales industriales o al aire, o se convierten en residuos sólidos.

Tabla 1. Generación y control de residuos de PWB

Los pasos del proceso

Peligroso
materiales de desecho

Proyectos
el impacto

Controles1

Material
preparación

Ninguna

Ninguna

Ninguna

Apilar y fijar

Metales pesados/preciosos
Epoxi/fibra de vidrio

Residuo sólido2
Residuo sólido2

reciclar/recuperar
reciclar/recuperar

Trío

Metales pesados/preciosos
Epoxi/fibra de vidrio

Residuo sólido2
Residuo sólido2

reciclar/recuperar
reciclar/recuperar

Desbarbar

Metales pesados/preciosos
Epoxi/fibra de vidrio

Residuo sólido2
Residuo sólido2

reciclar/recuperar
reciclar/recuperar

sin electrodos
revestimiento de cobre

Metales

Corrosivos/cáusticos

Flúor

Aguas residuales

Aguas residuales/aire

Aguas residuales

Precipitación química

Neutralización de pH/depuración de aire
(absorción)
Neutralización química

Proyección de imagen

disolventes

Corrosivos
disolventes

Carga Aérea

Carga Aérea
Residuo sólido2

Adsorción, condensación o
incineración
Depuración de aire (absorción)
Reciclar/recuperar/incineración

Galjanoplastia de patrón

Corrosivos

Metales
Flúor

Aguas residuales/aire

Aguas residuales
Aguas residuales

Neutralización de pH/depuración de aire
(absorción)
Precipitación química
Precipitación química

Tira, graba, tira

Amoníaco
Metales
disolventes

Carga Aérea
Aguas residuales
Residuo sólido2

Depuración de aire (adsorción)
Precipitación química
Reciclar/recuperar/incineración

Máscara para soldar

Corrosivos
disolventes

Tintas solventes/epoxi

Carga Aérea
Carga Aérea

Residuo sólido2

Depuración de aire (adsorción)
adsorción, condensación o
incineración
Reciclar/recuperar/incineración

Recubrimiento de soldadura

disolventes

Corrosivos
Soldadura de plomo/estaño, fundente

Carga Aérea

Carga Aérea
Residuo sólido2

Adsorción, condensación o
incineración
Depuración de aire (adsorción)
reciclar/recuperar

Chapado en oro

Corrosivos
Corrosivos
Metales
Metales

Carga Aérea
Aguas residuales
Aguas residuales
Residuo sólido2

Depuración de aire (adsorción)
neutralización del pH
Precipitación química
reciclar/recuperar

Componente
leyenda

disolventes

Disolventes/tintas

Carga Aérea

Residuo sólido2

Condensación por adsorción o
incineración
Reciclar/recuperar/incineración

1. El uso de controles de mitigación depende de los límites de descarga en la ubicación específica.

2. Un residuo sólido es cualquier material desechado cualquiera que sea su estado.

Tabla 2. Generación y controles de residuos de PCB

Los pasos del proceso

Peligroso
materiales de desecho

Proyectos
el impacto

Controles

Limpieza

Metales (plomo)

Aguas residuales

neutralización de pH, química
precipitación, reciclar plomo

Pasta de soldadura

Pasta de soldadura (plomo/estaño)

Residuo sólido

reciclar/recuperar

Adhesivo
solicitud en línea.

Pegamentos epoxi

Residuo sólido

Incineración

Componente
inserción

   

Cintas, carretes y tubos de plástico
son reciclados/reutilizados

Curado adhesivo y
reflujo de soldadura

     

fundente

Disolvente (flujo IPA)

Residuo sólido

Reciclar

Soldadura por ola

Metal (escoria de soldadura)

Residuo sólido

reciclar/recuperar

Inspección y
retoque

Metal
(recortes de alambre de plomo)

Residuo sólido

reciclar/recuperar

Pruebas

Desechado poblado
tablas

Residuo sólido

reciclar/recuperar
(tableros fundidos para preciosos
recuperación de metales)

Reelaboración y
reparación

Metal (escoria de soldadura)

Residuo sólido

reciclar/recuperar

Soporte
operaciones: plantilla
constante

Metal
(plomo/estaño/pasta de soldadura)

Residuo sólido

Reciclaje/incineración

 

Tabla 3. Generación y controles de residuos de fabricación de semiconductores

Los pasos del proceso

Peligroso
materiales de desecho

Proyectos
el impacto

Controles

Litografía/grabado

disolventes
Metales
Corrosivos/Cáusticos
Corrosivos
ácido sulfurico
Flúor

Residuo sólido
Aguas residuales
Aguas residuales
Carga Aérea
Residuo sólido
Aguas residuales

Reciclar/recuperar/incineración
Precipitación química
neutralización del pH
Depuración de aire (absorción)
Reciclar/reprocesar
Precipitación química

Oxidación

disolventes
Corrosivos

Residuo sólido
Aguas residuales

Reciclar/recuperar/incineración
neutralización del pH

Dopaje

Gas venenoso (arsina,
fosfina, diborano,
trifluoruro de boro,
tricloruro de boro, etc.)
metales (arsénico,
fósforo, boro)

Carga Aérea



Residuo sólido

Sustitución con líquido
fuentes/incineración
(postquemador)

reciclar/recuperar

Deposición de vapor químico

Metales

Corrosivos

Residuo sólido

Aguas residuales

Incineración

neutralización del pH

Metalización

disolventes
Metales

Residuo sólido
Residuo sólido

Incineración
reciclar/recuperar

Montaje y prueba

disolventes
Metales

Residuo sólido
Residuo sólido

Reciclar/recuperar/incineración
reciclar/recuperar

Limpieza

Corrosivos
Flúor

Aguas residuales
Aguas residuales

neutralización del pH
Precipitación química

 

Los siguientes son medios generalmente aceptados para mitigar las emisiones en las industrias de PWB, PCB y semiconductores. Los controles de elección variarán de acuerdo con las capacidades de ingeniería, los requisitos de la agencia reguladora y los constituyentes/concentraciones específicas de la corriente de desechos.

Control de aguas residuales

Precipitación química

La precipitación química se usa generalmente en la eliminación de partículas o metales solubles de los efluentes de aguas residuales. Dado que los metales no se degradan naturalmente y son tóxicos en bajas concentraciones, su eliminación de las aguas residuales industriales es esencial. Los metales pueden eliminarse de las aguas residuales por medios químicos ya que no son muy solubles en agua; sus solubilidades dependen del pH, la concentración del metal, el tipo de metal y la presencia de otros iones. Por lo general, la corriente de desechos requiere un ajuste de pH al nivel adecuado para precipitar el metal. Se requiere la adición de productos químicos a las aguas residuales en un esfuerzo por alterar el estado físico de los sólidos disueltos y suspendidos. Los agentes de precipitación de cal, cáusticos y sulfuros son comúnmente utilizados. Los agentes precipitantes facilitan la eliminación de metales disueltos y suspendidos por coagulación, sedimentación o atrapamiento dentro de un precipitado.

Un resultado de la precipitación química de las aguas residuales es la acumulación de lodos. Por ello, se han desarrollado procesos de deshidratación para reducir el peso de los lodos mediante centrífugas, filtros prensa, filtros o lechos de secado. El lodo deshidratado resultante se puede enviar a la incineración o al vertedero.

neutralización del pH

El pH (la concentración de iones de hidrógeno o acidez) es un parámetro de calidad importante en las aguas residuales industriales. Debido a los efectos adversos de los extremos de pH en las aguas naturales y en las operaciones de tratamiento de aguas residuales, el pH de las aguas residuales industriales debe ajustarse antes de descargarlas de las instalaciones de fabricación. El tratamiento ocurre en una serie de tanques que son monitoreados por la concentración de iones de hidrógeno del efluente de aguas residuales. Por lo general, el ácido clorhídrico o sulfúrico se usa como corrosivo neutralizante, y el hidróxido de sodio se usa como cáustico neutralizante. El agente neutralizante se dosifica en el efluente de aguas residuales para ajustar el pH de la descarga al nivel deseado.

A menudo se requiere el ajuste del pH antes de la aplicación de otros procesos de tratamiento de aguas residuales. Dichos procesos incluyen la precipitación química, la oxidación/reducción, la sorción con carbón activado, la extracción y el intercambio de iones.

Control de Residuos Sólidos

Los materiales son un desecho sólido si son abandonados o desechados al ser desechados; quemado o incinerado; o acumulado, almacenado o tratado antes o en lugar de ser abandonado (Código de Regulación Federal 40 de EE. UU., Sección 261.2). Los desechos peligrosos generalmente exhiben una o más de las siguientes características: inflamabilidad, corrosividad, reactividad, toxicidad. Dependiendo de la característica del material/desecho peligroso, se utilizan varios medios para controlar la sustancia. La incineración es una alternativa de tratamiento común para los desechos de solventes y metales generados durante la fabricación de PWB, PCB y semiconductores.

Incineración

La incineración (poscombustión) o destrucción térmica se ha convertido en una opción popular en el manejo de desechos inflamables y tóxicos. En muchos casos, los desechos inflamables (disolventes) se utilizan como fuente de combustible (mezcla de combustible) para incineradores térmicos y catalíticos. La incineración adecuada de solventes y desechos tóxicos proporciona una oxidación completa del combustible y convierte el material combustible en dióxido de carbono, agua y cenizas, por lo que no deja responsabilidades asociadas con los desechos peligrosos residuales. Los tipos comunes de incineración son los incineradores térmicos y catalíticos. La selección del tipo de método de incineración depende de la temperatura de combustión, las características del combustible y el tiempo de residencia. Los incineradores térmicos funcionan a altas temperaturas y se utilizan mucho con compuestos halogenados. Los tipos de incineradores térmicos incluyen horno rotatorio, inyección de líquido, hogar fijo, lecho fluidizado y otros incineradores de diseño avanzado.

Los incineradores catalíticos oxidan materiales combustibles (p. ej., COV) al inyectar una corriente de gas caliente a través de un lecho de catalizador. El lecho del catalizador maximiza el área superficial y, al inyectar una corriente de gas calentado en el lecho del catalizador, la combustión puede ocurrir a una temperatura más baja que la incineración térmica.

Emisiones de aire

La incineración también se utiliza en el control de las emisiones al aire. También se utilizan la absorción y la adsorción.

de Húmedad

La absorción de aire se usa típicamente en la depuración de emisiones de aire corrosivas, al pasar el contaminante y disolverlo en un líquido no volátil (por ejemplo, agua). El efluente del proceso de absorción normalmente se descarga a un sistema de tratamiento de aguas residuales, donde se somete a un ajuste de pH.

Adsorción

La adsorción es la adherencia (mediante fuerzas físicas o químicas) de una molécula de gas a la superficie de otra sustancia, denominada adsorbente. Por lo general, la adsorción se usa para extraer solventes de una fuente de emisión de aire. El carbón activado, la alúmina activada o el gel de sílice son adsorbentes de uso común.

Bandas de Reciclaje

Los materiales reciclables se utilizan, reutilizan o recuperan como ingredientes en un proceso industrial para fabricar un producto. El reciclaje de materiales y desechos proporciona medios ambientales y económicos para abordar de manera efectiva tipos específicos de flujos de desechos, como metales y solventes. Los materiales y desechos se pueden reciclar internamente, o los mercados secundarios pueden aceptar materiales reciclables. La selección del reciclaje como alternativa para los desechos debe evaluarse frente a consideraciones financieras, el marco regulatorio y la tecnología disponible para reciclar los materiales.

Dirección futura

A medida que aumenta la demanda de prevención de la contaminación y la industria busca medios rentables para abordar el uso y los desechos químicos, la industria electrónica debe evaluar nuevas técnicas y tecnologías para mejorar los métodos para el manejo de materiales peligrosos y la generación de desechos. El enfoque de final de proceso ha sido reemplazado por técnicas de diseño para el medio ambiente, en las que los problemas ambientales se abordan a lo largo del ciclo de vida completo de un producto, incluidos: la conservación del material; operaciones de fabricación eficientes; el uso de materiales más ecológicos; reciclaje, regeneración y recuperación de productos de desecho; y una serie de otras técnicas que asegurarán un menor impacto ambiental para la industria de fabricación de productos electrónicos. Un ejemplo es la gran cantidad de agua que se usa en los muchos pasos de enjuague y otros procesos en la industria microelectrónica. En áreas con escasez de agua, esto está obligando a la industria a buscar alternativas. Sin embargo, es fundamental asegurarse de que la alternativa (p. ej., disolventes) no cree problemas ambientales adicionales.

Como ejemplo de direcciones futuras en el proceso de PWB y PCB, la tabla 4 presenta varias alternativas para crear prácticas ambientalmente más racionales y prevenir la contaminación. Se han identificado necesidades y enfoques prioritarios.

Tabla 4. Matriz de necesidades prioritarias

Necesidad prioritaria (decreciente
orden de prioridad)

Enfoque

Tareas seleccionadas

Uso más eficiente,
regeneración y reciclaje de
químicos húmedos peligrosos

Prolongue la vida del electrolítico y
baños de galvanoplastia sin electricidad.
desarrollar químicas y
procesos para permitir el reciclaje
o regeneración interna.
Eliminar el formaldehído de
materiales y químicas.
Promover el reciclaje en el sitio y
recuperación/regeneración.

Investigación para extender los baños.
Investigación en línea
purificación/regeneración.
Alternativa de investigación
químicas
Modificar las regulaciones gubernamentales
para promover el reciclaje.
Educar a la línea de producción sobre
problemas de arrastre/arrastre.

Reducir los residuos sólidos generados
desechando PWB, cables y
componentes en los residuos
arroyo.

Desarrollar y promover
reciclaje de chatarra de PWB,
conductores y componentes.
Desarrollar un nuevo proceso de control
y herramientas de rendimiento.
Mejorar la soldabilidad de
PWB.

Desarrollar infraestructura para
manipular material reciclado.
Establecer mejorado
proceso de control y evaluacion
herramientas utilizables por pequeños y
medianas empresas.
Entrega consistentemente limpio,
tableros soldables.

Establecer un mejor proveedor
relaciones para mejorar la
desarrollo y aceptacion
de respetuoso con el medio ambiente
materiales.

Promocionar proveedor,
fabricante, cliente
alianzas para implementar
materiales ambientales.

Desarrollar un modelo peligroso
administración de materiales
sistema para pequeños y
PWB de tamaño mediano
.empresas.

Minimizar el impacto de
uso de materiales peligrosos en
Fabricación de PWB.

Reduzca el uso de soldadura de plomo cuando
posible y/o reducir la
contenido de plomo de la soldadura.
Desarrollar alternativas a la soldadura.
chapado como una resistencia al grabado.

Cambiar especificaciones para aceptar
máscara de soldadura sobre cobre desnudo.
Validar la calidad del plomo
alternativas de chapado.

Utilizar procesos aditivos que
son competitivos con los existentes
de los empleados.

Desarrollar simplificado,
aditivo rentable
material y proceso
Tecnologías.
Busque fuentes alternativas y
enfoques para aditivo
equipo de capital de proceso
necesariamente.

Colaborar en proyectos para
establecer un nuevo aditivo
dielectricos y metalizacion
tecnologías y procesos.

Elimine la mancha de agujeros en PWB
fabricación.

Desarrolle resinas que no manchan o
sistemas de perforación.

Investigar alternativa
laminado y preimpregnado
materiales.
Desarrollar el uso de láser y
otras alternativas a la perforación
.

Reducir el consumo de agua.
y descarga.

Desarrollar el uso del agua.
optimización y reciclaje
.
Reducir el número de
pasos de limpieza en PWB
fabricar.
Elimine la manipulación de piezas y
preparación para reducir
relimpieza

Modificar las especificaciones para reducir
requisitos de limpieza.
Investigar alternativa
Métodos de manipulación de piezas.
Cambiar o eliminar
químicos que requieren
limpieza.

Fuente: MCC 1994.

 

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Contenido

Referencias de microelectrónica y semiconductores

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