流体系统如何影响半导体工厂的成本

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为什么说高性能流体系统在新的半导体工厂建设中很重要

Masroor Malik，半导体首席解决方案专家

当建造新的半导体制造设施（或“工厂”）时，需要考虑很多因素，包括产品投入市场的速度、材料和安装标准化以及半导体厂的整体成本。许多估算认为多数情况下建造新工厂的成本超过 50 亿美元。由于尖端半导体制造工厂（3 纳米及以下）的成本通常高达 200 亿美元或更多，因此优化每个系统的压力比以往任何时候都更大。

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无尘室和昂贵的微芯片制造设备占了这些费用的大部分，但是整个工厂中的其他系统和设备可能给总体拥有成本产生很大的影响。

半导体制造流体系统

流体管理系统，其基本功能是作为半导体工厂的流通系统，通过传输液体和气体至整个工厂设施中所需的位置，是一个影响总体拥有成本的例子。在建造新的半导体工厂时，通过指定高质量的流体系统元件和部件，以及在开发的前端工程和设计 (FEED) 阶段与流体系统供应商紧密合作，有相当大的机会为工厂的短期和长期盈利做出贡献。

如何处理半导体工厂流体系统

通过以下五条途径来谨慎地设计和安装流体系统，从而有助于提高半导体工厂的盈利能力：

#1.更快捷的无泄漏安装

新的工厂大楼建造通常意味着新生产技术的应用和/或产能的扩大，从而使得将产品推向市场的速度成为保持竞争优势的主要目标。半导体制造和生产通常会尽早启动——往往在二级设施完工之前就已开始。

简而言之，没有时间可以浪费。但是，设计和建设复杂的流体系统并在整个工厂进行布管可能是一个耗时的过程，需要大量的人力和专业技能、正确地安装关键部件并确保整个系统的完整性。如果承包商和安装人员不具备相应的知识或接受相关培训来组装高度可靠的无泄漏系统，则此过程可能特别困难。

由于全球建筑业劳动力短缺问题持续存在，定制工程和预制流体系统组件有助于消除施工过程中的安装问题，并减少组装复杂子系统所需要的大量人力。寻找了解您需求并可以提供由高质量配件构成的完整的、易于安装的组装件的供应商。节省的时间可以帮助您的工厂更快地全面投入运营，从而可以使用全部产能来生产半导体。

#2.更高效的规划和设计

半导体工厂的流体系统由多种组件组成，包括卡套管接头、阀门、调压阀、软管和卡套管。正确的系统规划、高效的设计、有效的卡套管布线以及其他安装优秀实践有助于使系统的启动和运行速度更快，并能够在工厂的使用寿命内可靠运行。

随着多晶圆加工设备和气体输送装置的复杂性日益增加，一系列需要复杂管路方向变换的子系统可能会给内部设计人员或安装人员带来挑战。与提供完整子组件的供应商合作会更加关键，因为弯管操作将无需在现场进行。完整的子系统随时可以安装，并且在交付时为气密状态。

在其他地方，高效设计的流体系统可能包含许多弯管，在这些弯管中可能使用了其他接头。减少不必要的连接点有助于半导体工厂建造节省额外零件的成本，并可以消除潜在的泄漏点。通过指定更高质量的流体系统组件，并在需要时依靠流体系统设计和服务专家来提供支持，制造商可以降低工厂建造过程中的短期成本以及工厂使用寿命内的总体拥有成本。

#3.降低全生命周期成本

半导体工厂投产后，运营效率和产能优化成为重中之重。任何由流体系统故障导致的停机都可能意味着每小时数百万美元的生产损失，尤其是在服务于人工智能、汽车和高性能计算 (HPC) 领域的工厂。在流程开始时采购高质量的部件和组件有助于消除工厂在使用寿命内的维护、修理和运营 (MRO) 需求。

例如，热稳定性越来越重要，尤其是对于需要严格控制温度和气体输送系统的新材料而言。但是，如果冷却液输送软管未配备适当的绝缘材料，则设备腔体内的温度可能会波动，从而给实现高产能带来挑战。从一开始就选择正确类型（和数量）的软管绝缘材料有助于降低发生任何问题的可能性，包括在半导体工厂环境中常见的冷凝现象。

在开始建造时选择高质量的组件和精心设计的系统将使运营维护变得更轻松、更省时。此外，随着时间的流逝，必要组件和应用的更换也会减少。成本的节约以及停机时间的降低有助于工厂设施在长期内能够保持更高的产量和盈利能力。

#4.标准化，全球统一质量

半导体工厂业主必须经常考虑如何在多个全球工厂设施复制这些标准和工艺流程，确保生产可行性并满足质量要求。

所有设施中的标准化流体系统组件和应用都能产生效益。一致的系统将有助于简化维护、提高安装技术的连续性以及生产运营的整体安全性。提供全球一致产品规格、即时物流和本地现场支持的供应商对于满足区域合规性要求并按时完成项目至关重要。与这些组织跨工厂合作可以带来效率和设计选项，从而在全球范围内实现可观的盈利能力提升。

#5.提高生产效率和产量

半导体工厂投入运营后，确保您的系统能够维持稳定的流量、防止颗粒脱落并消除频繁停机的需要，可以直接提高芯片良率并延长工厂的正常运行时间。生产可靠性有助于生产商在这个竞争激烈的行业中获得或保持自己的优势。

在当今的半导体工厂中，即使良率仅下降 0.5%，每年也可能造成数千万美元的价值损失。从第 1 天起，流体系统的可靠性就成为投资回报率 (ROI) 考量的一部分。但是，正如我们已经看到的，为整个工厂的关键流体系统采购更高品质的零件、组件和子组件，可以在工厂的整个生命周期内带来很多益处，降低总体拥有成本。