Reduzione delle emissioni di carbonio nelle fabbriche di semiconduttori: perché le lampade a radiazioni infrarosse a breve lunghezza d’onda rappresentano un metodo più efficace per riscaldare
Se siamo onesti, raggiungere la neutralità carbonica nelle fabbriche di semiconduttori è un obiettivo molto difficile da raggiungere. Una parte importante del problema riguarda il modo in cui gestiamo il calore. Per molto tempo abbiamo utilizzato sistemi di riscaldamento a resistenza, ma questi sono inefficienti: producono un’enorme quantità di energia soltanto per riscaldare l’aria intorno al chip.
Ecco perché abbiamo optato per sistemi a lampade a radiazioni infrarosse a breve lunghezza d’onda. Invece di riscaldare tutto ciò che si trova intorno, queste lampade concentrano il calore esattamente dove è necessario: sulla superficie del chip. In questo modo si riesce ad raggiungere più rapidamente la temperatura desiderata, senza dover riscaldare anche il resto della stanza.
Dettagli tecnici legati all’energia
Quando installiamo questi sistemi, l’obiettivo è la velocità: vogliamo che i cicli di riscaldamento e raffreddamento avvengano in tempi brevissimi. Utilizziamo lampade a quarzo ad alta potenza, poiché sono in grado di produrre una grande quantità di calore senza trasformare l’intero dispositivo in un forno. Il calore viene quindi concentrato esattamente dove avviene la reazione chimica. Poiché si tratta di radiazioni dirette, il trasferimento di energia avviene istantaneamente.
Tuttavia c’è un problema: se si aumenta al massimo la potenza delle lampade per processare più chip, la temperatura diventa estremamente elevata. Questo mette a dura prova i sistemi di tenuta ermetica e di raffreddamento. Se non si regola correttamente il flusso dell’acqua di raffreddamento, si possono verificare problemi legati alla tenuta ermetica. È quindi necessario trovare un equilibrio tra efficienza e sicurezza.
Il quarzo e la scienza dello “adattamento”
Utilizziamo tubi di quarzo riempiti di gas allogenico, poiché sono più resistenti e stabili nel tempo. Il quarzo permette alle radiazioni a breve lunghezza d’onda di passare attraverso di esso senza essere assorbite.
Ma c’è ancora una cosa importante: a seconda del tipo di materiale semiconduttore che stiamo utilizzando, applichiamo degli strati specifici sui tubi. Questo permette di regolare lo spettro di emissione delle lampade in modo che corrisponda alla banda di assorbimento del materiale semiconduttore stesso.
È come sintonizzare una radio: quando la lunghezza d’onda è corretta, il materiale assorbe l’energia invece di rifletterla. Meno riflessione significa meno spreco di energia. Inoltre, poiché utilizziamo connettori standard, possiamo semplicemente inserire queste lampade nei sistemi esistenti, senza dover ricostruire l’intera struttura.
Impatti concreti
Passare a sistemi a radiazioni infrarosse è senz’altro vantaggioso sia per il pianeta che per il bilancio aziendale. Si possono eliminare quei sistemi di riscaldamento ingombranti che rimangono caldi a lungo anche dopo che il chip è stato estratto dalla fabbrica. In questo modo si risparmiano kWh per ogni chip elaborato. È quindi un modo pratico per raggiungere gli obiettivi legati alla produzione “verde”. Si può ridurre l’impronta di carbonio senza rallentare i tempi di produzione o compromettere i risultati economici. Funziona davvero.