في الآونة الأخيرة ، قبل أربع سنوات ، كان القليل من الاقتصاديين يتوقعون بعض الأخبار الرئيسية في الأشهر القليلة الماضية. قليلون كانوا يتوقعون أن يروا شركة فورد تلقي باللوم على عجز مبيعات ربع سنوي قدره 100000 سيارة على عدم قدرتها على شراء الرقائق الدقيقة الصحيحة. ولا يزال عدد أقل ممن توقعوا ارتفاعًا مفاجئًا في إنشاءات صناعة أشباه الموصلات داخل حدود الولايات المتحدة. لكن الجائحة العالمية كانت كافية لجعل الجميع يخمنون خطأ.
مع اعتماد العالم على الرقائق الدقيقة بشكل كبير – وبدعم من CHIPS وقانون العلوم لعام 2022 – تزدهر صناعة أشباه الموصلات على تربة الولايات المتحدة. أفادت جمعية صناعة أشباه الموصلات أنه منذ عام 2020 ، تم التعهد بأكثر من 200 مليار دولار من أكثر من 35 شركة لمشاريع التصنيع المتعلقة بالرقائق في الولايات المتحدة.
في غضون ذلك ، تلوح في الأفق أزمة أطول في طور التكوين. وفقًا للجمعية الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي ، كانت السنوات الثماني الماضية هي الأكثر سخونة على الإطلاق ، وكان من الصعب تجاهل التأثير على الطقس في العالم. تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى هطول أمطار غزيرة في بعض المناطق بينما تؤدي إلى تفاقم الجفاف في مناطق أخرى.
إن احتمال تصادم هذه القضايا واضح. صناعة أشباه الموصلات كثيفة الاستهلاك للمياه: يمكن أن تصل احتياجات المصنع الواحد إلى عشرات الملايين من الجالونات يوميًا ، مما يفوق الاحتياجات المنزلية لمدينة صغيرة. في ولاية أريزونا المنكوبة بالجفاف ، تستثمر شركتا Intel و Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) المليارات في منشآت جديدة – بينما يواجه المزارعون بالفعل تقنين المياه. كما لا يمكن لصانعي الرقائق أن يتجاهلوا بصمتهم الكربونية الإجمالية – ليس عندما التزمت شركات التكنولوجيا العملاقة آبل وجوجل ومايكروسوفت جميعًا بالوصول إلى صافي انبعاثات صفرية في جميع أنحاء سلسلة التوريد بأكملها.
من وجهة النظر هذه ، تمثل الطفرة في إنشاء المباني الجاهزة في الولايات المتحدة فرصة وتحديًا. للعمل في عالم حيث يجب الحفاظ على الموارد إلى أقصى حد ، ستكون هناك حاجة إلى أساليب جديدة وخبرة طويلة. لحسن الحظ ، يمكن العثور على كليهما من خلال شراكات التصميم مع موردين متطورين مثل GF Piping Systems.
سعر الدخول
المعايير الفنية الأساسية المطلوبة للبنية التحتية في فاب لأشباه الموصلات عالية لتبدأ. أدنى تلوث من الغبار يمكن أن يعرض جودة المنتج للخطر ، لذلك تعمل القوات المسلحة البوروندية عادةً في أنظف ظروف “غرف الأبحاث” (ISO Class 1). يجب أيضًا تطبيق معايير عالية النقاء على شريان الحياة لقطاع أشباه الموصلات: مصدر المياه الخاص به. نظرًا لأن الملايين من الترانزستورات والمقاومات والمكثفات في الدائرة المتكاملة للرقاقة مبنية على ركيزة من رقاقة سيليكون ، طبقة تلو طبقة ، فإن الشطف مطلوب في العديد من النقاط. يعد هذا الجزء من العملية ضروريًا ، حيث يمكن حتى للكميات الضئيلة من الشوائب المتبقية تغيير الخصائص الكهربائية للرقاقة.
للنجاح في إزالة الملوثات دون إضافة ملوثات جديدة ، يجب أن تستخدم القوات المسلحة البوروندية المياه عالية النقاء (UPW) للشطف. تمت تنقية UPW من جميع الجزيئات الأخرى لدرجة أنها تقترب من 100٪ H2هناك حاجة إلى ما يقرب من 1400 – 1600 جالون من المياه البلدية لتوليد 1000 جالون من UPW. تختلف الخواص الكيميائية للمنتج الناتج كثيرًا عن ماء الصنبور (بما في ذلك مقاومته البالغة 18.2 MΩ) بحيث لا يكون استهلاكه آمنًا للبشر.
نظرًا للجهد والنفقات المتضمنة في شراء أو إنشاء UPW (والذي يتطلب عملية معقدة من ثلاث مراحل) ، يجب أيضًا أن تضمن fabs شبه الموصلة أن أنظمة نقل السوائل الخاصة بها تلبي معايير عالية بنفس القدر لتجنب إعادة إدخال المواد غير المرغوب فيها. قد يشتمل موقع التصنيع الفردي على ما يصل إلى 40 كيلومترًا من الأنابيب لنقل UPW ، والظروف التي تم في ظلها صنع هذه الأنابيب مهمة تمامًا مثل الظروف في القالب نفسه.
كما لاحظ تيد سنكلير ، مدير المبيعات العالمي للإلكترونيات الدقيقة في GF Piping Systems ، فإن أي مصدر للتلوث غير مقبول “في عملية يتم فيها قياس المسافة بين كل ترانزستور بالنانومتر. تتأكد مكوناتنا من عدم وجود أي شيء غير نقي يشق طريقه إلى عملية التصنيع على أساس جزيئي. والحقيقة هي أن الراتينج عالي النقاء الذي نستخدمه ونقاء بيئة بثق الأنبوب ، والغرفة النظيفة التي نبثق فيها الأنبوب ، هي التي تحقق النتائج عالية النقاء التي يطلبها عملاؤنا “.
يتم تصنيع نظام أنابيب البوليمر الفلوري Sygef Plus بواسطة GF من مواد تم فحصها بعناية في ظل ظروف غرف الأبحاث ISO Class 5. تعمل الاختبارات الصارمة وإجراءات التغليف الخاصة وتقنيات التوصيل الموثوقة للغاية للتجميع أيضًا على ضمان نقاء عالٍ للتركيبات النهائية.
كل قطرة ثمينة
مع انتشار البحيرات والأنهار الجافة في الأخبار العالمية الصيف الماضي ، لم يكن من الواضح أبدًا أن الاستخدام المسؤول للمياه أمر ضروري. لمواصلة وحتى زيادة إنتاج أشباه الموصلات المتعطشة للمياه ، سيكون من الضروري بنفس القدر تبني عقلية إعادة التدوير منذ أن اصطدمت المجارف بالأرض.
أشار دومينيك روث ، مدير تطوير الأعمال العالمي للاستدامة في GF Piping Systems ، إلى أن “تدوير المياه لتقليل الاستهلاك أمر بالغ الأهمية”. ولأسباب تتعلق بكل من الاقتصاد والعلاقات المجتمعية ، يلاحظ مصنعو أشباه الموصلات. تعد إعادة استخدام المياه العادمة لأغراض التبريد خطوة أولى شائعة ، لكن الاهتمام بالعملية الأكثر تعقيدًا لاستعادة مجاري النفايات كمياه مغذية لأنظمة UPW يتزايد.
في وقت من الأوقات ، كان من الشائع لمصنعي أشباه الموصلات إعادة تدوير حوالي 40٪ فقط من مياه الصرف الصحي لديهم ، مما أجبرهم على إيجاد استراتيجيات معالجة أقل استدامة والتخلص من كميات كبيرة من المياه الملوثة بالمذيبات السامة أو المعادن الثقيلة. ولكن بحلول منتصف عام 2010 ، كان TSMC قادرًا على الإبلاغ عن معدلات إعادة تدوير المياه المعالجة بأكثر من 85٪. وبالمثل ، بالنسبة لعام 2021 ، أبلغت شركة إنتل عن استخدام 16 مليار جالون من المياه العذبة أو المعالجة أو المحلاة للتصنيع – ولكنها أبلغت أيضًا عن إعادة 13 مليار جالون إلى المجتمعات المحيطة أو البيئة.
يمكن أن يؤدي التخطيط لإعادة تدوير المياه في الموقع في مرحلة البناء إلى بناء الاستدامة في عمليات المصنع منذ البداية ، وهنا مرة أخرى ، يمكن لشريك التصميم ذي الخبرة المساعدة. من خلال خبرتها في كل من أتمتة العمليات ونقل السوائل ، قال سنكلير: “تدعم GF جهود صناعة أشباه الموصلات لبناء مصانع التصنيع الأكثر استدامة لأكثر من 30 عامًا”. “التعاون المدروس ونمذجة النظام من وقت مبكر من المشروع ، مع شريك واحد متكامل رأسياً من تصميم النظام وحتى تصنيع المنتج – يمكن أن يرفع من النتيجة النهائية حقًا.”
اجعلها حيث تريدها
ربما ليس من المستغرب أن تكون متطلبات الطاقة الإجمالية لتصنيع أشباه الموصلات كبيرة. قد تستخدم القوات المسلحة البوروندية النموذجية نفس القدر من الطاقة في السنة مثل 50000 منزل. قد يجذب “الميجافاب” الطاقة بشكل أكبر على نطاق مصنع السيارات أو مصفاة النفط. للعثور على طرق للحد من الانبعاثات ، قد يكون التفكير الإبداعي مطلوبًا ، ودراسة جميع جوانب سلسلة التوريد أمر لا بد منه.
بشكل نموذجي ، ينتمي حوالي 20٪ من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري المصاحبة لصناعة أشباه الموصلات إلى فئة “المنبع” لانبعاثات “النطاق 3” ، على النحو المحدد في بروتوكول غازات الاحتباس الحراري المستخدم على نطاق واسع. تعتبر عوامل مثل استخدام الطاقة للإنتاج أو النقل من جانب المورد جزءًا من مسؤولية المشتري ، على الرغم من أنه ليس لديهم سيطرة مباشرة على هذه الأنشطة. وبالتالي ، فإن الاستثمار على نطاق واسع الذي يتطلبه المصنع الجديد يتطلب أيضًا مراجعة دقيقة لممارسات استدامة الموردين بالإضافة إلى كفاءتهم الفنية.
في هذا السياق ، تتمتع المنتجات التي لا تحتاج إلى النقل لمسافات طويلة إلى موقع البناء بجاذبية كبيرة. بالإضافة إلى مزايا الاستدامة الأخرى ، مثل المواد البلاستيكية الخفيفة والتقدم المستمر للشركة على الجبهات مثل إعادة التدوير والكهرباء المتجددة ، أصبحت شبكة التصنيع المسبق لشركة GF Piping Systems ذات شعبية كبيرة لدى العملاء. قال سينكلير: “أربعة من كل أربعة من العملاء الذين تحدثت معهم اليوم استفسروا عن هذه القدرة ، التي تقلل بشكل كبير من مدة البناء الإجمالية”.
لتسهيل عملية البناء للعملاء ، استثمرت GF في محلات تصنيع خارج الموقع بالقرب من مواقع البناء الرئيسية وتواصل تطوير الشبكة. من خلال أعمال التجميع الفرعي التي يتم إجراؤها في موقع التصنيع المسبق ، يمكن لـ GF تسليم “مجموعات جانبية” أو مجموعات جزئية يمكن نقلها لمسافة أقصر إلى المصنع وتركيبها بسرعة في الموقع. تشمل مواقع GF الجاهزة الموجودة في الولايات المتحدة شوني ، أوكلاهوما ؛ ايرفين ، كاليفورنيا ؛ ودالاس.
نبني للمستقبل
تختلف الأزمات الكبرى في تاريخ البشرية من حيث التفاصيل ، لكن جميعها تشترك في شيء واحد: إنها تدعو إلى إعادة تقييم الطريقة التي كانت تتم بها الأمور دائمًا. قد تكون أشباه الموصلات موجودة لتبقى ، ولكن متى وأين وكيف يتم تصنيعها سيستمر في التطور. سيخضع كل عنصر في العملية ، وصولاً إلى الأنابيب التي تنقل المياه عبر المصنع ، لمزيد من التدقيق في السنوات القادمة. ولكن مع حدوث استثمار للأجيال في السعة في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، فإن فرصة نادرة أخرى تقدم نفسها أيضًا – وهي فرصة لبناء مستقبل أكثر استدامة ، من الألف إلى الياء.
قم بزيارة الكتاب الإلكتروني للحصول على المقالة كاملة
