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Semiconductores | De Arena a Supercomputadoras

Muchos inversionistas han escuchado hablar de las empresas manufactureras de microchips como Nvidia, AMD, Intel, TSM, Qualcomm y Samsung, quienes necesitan semiconductores para sus productos. Pero, ¿de dónde vienen los materiales? y ¿la escasez de estos es realmente la causa detrás de la falta de oferta de chips a nivel global?

Como conclusión anticipada, podemos mencionar que la problemática con la oferta de semiconductores no es un tema de las materias primas empleadas. Ya que las mismas son de las más abundantes en el planeta, ni de los metales preciosos, ya que son utilizados en pocas cantidades.

Por otro lado la maquinaria de fotolitografía requerida para la producción, si bien es costosa, mayormente representa inversiones ocasionales y no recurrentes.

Es decir que para comprender mejor cuál puede ser la causa de esta limitación de chips en el mercado, hay que entender primero cuáles son los materiales y procesos requeridos.

Un microchip es el resultado de la extracción y tratamiento de materiales semiconductores que luego son impresos con los patrones necesarios para hacer funcionar un procesador.

Algunos materiales semiconductores son:

  • Silicio (Si):  Es un buen semiconductor, permite el paso de la electricidad mientras actúa como aislante al mismo tiempo. El silicio de 96-99% de pureza se fabrica reduciendo arena con coque puro. Los mayores productores son China (responsable de extraer 5.400.000 toneladas cada año), seguida por Rusia, Brasil, Noruega, Estados Unidos y Francia. Una de las mayores procesadoras de este material es la empresa japonesa Shin Etsu Chemical. La misma provee cilindros de silicón metaloide para la elaboración de obleas.
  • Nitruro de Galio (GaN): Se obtiene mediante la fundición del Galio y su mezcla con Nitrógeno creando una estructura cristalina, la mayoría del galio comercial se extrae como un subproducto de la producción de aluminio y zinc. Sus más grandes extractores son Australia, Rusia, Francia y Alemania. Empresas productoras de GaN son Wolfspeed, y Aluminum Corporation of China y Neo Performance Materials.
  • Metales Preciosos (oro, plata y paladio): son utilizados en sus formas más puras para desarrollar pines conectores de los procesadores para todo tipo de aplicaciones. Sin embargo, debido a su tamaño, la cantidad en cada uno llega a ser apenas 1/5 de gramo.
  • El sector tecnológico representa alrededor del 8% de la demanda global del oro. Los principales suplidores de estos metales son, en orden: Australia, Brasil, Rusia, Estados Unidos y Canadá. Algunas empresas líderes son Newmont Mining Corp, Barrick Gold Corporation y Vale.

Imprimir un microchip con seminconductores

Este proceso no es tan sencillo como suena, ya que requiere una impresora muy especial y precisa. Debe ser en un ambiente extremadamente limpio que pudiese compararse con una sala de cirugía, ya que cualquier contaminante puede arruinar el producto final.

Primero se obtiene una oblea de silicón, provista por empresas como SUMCO Corp, las cuales deben ser limpiadas y pulidas hasta la perfección para asegurar un engravado de circuitos precisos y durables.

Se usan instrumentos conocidos como “preparadores de superficie” para tratar las obleas, estos son provistos por las manufactureras como LAM Research y Tokyo Electron en conjunto con insumos de limpieza especiales como solventes, soluciones y alcoholes desarrollados para la aplicación especifica de semiconductores, desarrollados por compañías como Chan Chun Group.

Scanners o Steppers

Con plantillas, se imprimen los patrones de circuitos en la oblea, estas máquinas se conocen como “Scanners” o “Steppers”. Las cuales utilizan el principio de la fotolitografía para quemar canales microscópicos en el silicón utilizando luz ultravioleta u otros espectros.

Estas máquinas son capaces de imprimir más de 150 patrones (cada uno representando un microprocesador como el que se encuentra en una computadora) en una oblea y en varios casos más de 200 obleas por hora. Algunos fabricantes de equipo más reconocidas son ASML, NIKON, Canon y Applied Materials.

No solo se utilizan materiales muy asequibles, sino que aún cuando la maquinaria es resultado de diseños y técnicas muy avanzadas, la realidad es que existe una gran capacidad de producción actualmente implantada. Pero como hemos mencionado, el proceso es largo, con muchos pasos y participantes, donde cualquier obstrucción limita severamente la manufactura y entrega del producto final.

Eso nos deja con solo una causa responsable, las cadenas de suministros y será solo a medida que estas logren fluir mejor que se verá un cumplimiento en los tiempos de entrega de todos los recursos para aumentar el volumen de producción e igualar o superar la demanda.

Semiconductores - Selina

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