El futuro circular de las instalaciones de semiconductores

La fabricación de semiconductores ha avanzado a una velocidad extraordinaria. El tamaño de las obleas ha aumentado, los componentes de los chips se han miniaturizado, los requisitos de higiene se han vuelto más estrictos y el control de la contaminación ha pasado de centrarse en la propia sala a hacerlo en minientornos altamente controlados. Los edificios y las infraestructuras que hacen posible esta innovación deben evolucionar con la misma rapidez, y adaptarlos dista mucho de ser sencillo.

En Deerns, consideramos que este es un importante reto en materia de circularidad. Incluso los complejos de salas blancas con un alto grado de ingeniería tienen una vida económica limitada. Cuando cambian las tecnologías, los modelos de negocio o las necesidades de capacidad, las instalaciones pueden quedar obsoletas pese a seguir albergando materiales valiosos, sistemas técnicos e infraestructuras especializadas.

Por tanto, la cuestión no es únicamente cómo desmantelar una sala blanca de forma responsable, sino cómo diseñar, operar y adaptar las instalaciones de semiconductores para conservar su valor a lo largo de múltiples ciclos de uso.

Un activo tecnológico avanzado con una vida útil limitada

Las instalaciones de semiconductores combinan salas blancas con infraestructuras críticas, como sistemas de agua ultrapura, gases de proceso, suministro de productos químicos y tratamiento de emisiones, plantas centrales de calefacción y refrigeración, sistemas de alimentación eléctrica de emergencia y redundancia integrada, todo ello respaldado por redes de distribución de servicios. Estos sistemas críticos permiten mantener la producción de forma continua y reducir al mínimo los tiempos de inactividad.

Esto dificulta la reutilización de las instalaciones para otros fines. Un edificio en desuso puede seguir conectado a redes de servicios activas que abastecen al resto del complejo. Antes de proceder a su desmantelamiento, es necesario independizar los sistemas sin afectar a la producción, la seguridad ni el cumplimiento normativo. A continuación, los componentes y materiales pueden retirarse, clasificarse y prepararse para su reutilización o reciclaje.

Tres principios pueden contribuir a mejorar los resultados futuros:

• Diseñar las instalaciones como capas modulares que puedan adaptarse de forma independiente.
• Registrar los materiales, su ubicación y los tratamientos aplicados en pasaportes digitales de materiales.
• Evitar las conexiones permanentes cuando existan alternativas desmontables que cumplan los requisitos técnicos.

Diseño para el desmontaje

La selección de materiales en las salas blancas está condicionada por criterios muy exigentes. Los productos deben cumplir los requisitos de higiene, protección contra incendios y control de la contaminación, evitando al mismo tiempo emisiones inaceptables. Estas limitaciones pueden favorecer el uso de productos compuestos o conjuntos unidos de forma permanente que resultan difíciles de separar.

Los suelos técnicos pueden combinar aluminio y PVC, mientras que los cables contienen cobre recubierto por fundas de polímero. Las paredes de las salas blancas, cuando están pegadas o selladas formando conjuntos permanentes, pueden acabar convirtiéndose en residuos de demolición mezclados. En cambio, los sistemas desmontables permiten que los paneles, las estructuras y los metales valiosos conserven un mayor valor de cara a su reutilización o reciclaje.

Las instalaciones de semiconductores contienen grandes cantidades de acero inoxidable, cobre y aluminio. Incluso las unidades de filtración con ventilador, que combinan metales, plásticos, aislamiento y papel, pueden resultar económicamente viables de desmontar cuando se dispone de miles de unidades idénticas.

Por tanto, el diseño circular debe tener en cuenta tres factores clave:

• La accesibilidad para facilitar el mantenimiento, la sustitución y el desmontaje.
• El uso de componentes estandarizados que puedan reacondicionarse o reutilizarse en otras instalaciones.
• Una separación clara de los materiales para evitar procesos de reciclaje de baja calidad.

Más allá de la estructura del edificio

Además de la recuperación de materiales, algunas de las mayores oportunidades de circularidad en las instalaciones de semiconductores se encuentran en los equipos, los servicios de proceso y los flujos de recursos. Las enfriadoras, los equipos de calefacción y los sistemas de agua desmineralizada suelen estar fabricados con componentes duraderos. La actualización de los sistemas de control, los refrigerantes o determinadas piezas puede prolongar su vida útil y reducir tanto las necesidades de inversión como el consumo de materias primas.

Las obleas de producción rechazadas pueden reutilizarse como obleas de monitorización o de prueba y, posteriormente, destinarse a otras aplicaciones. Los embalajes constituyen otra área de mejora: los materiales para salas blancas suelen llegar con doble envoltorio, lo que genera residuos que podrían reducirse mediante sistemas reciclables o reutilizables.

Las mayores oportunidades suelen encontrarse en tres flujos de recursos:

• La recuperación de helio, criptón, neón y, potencialmente, hidrógeno.
• El tratamiento de aguas de enjuague ligeramente contaminadas para su reutilización segura en los procesos.
• La separación de ácidos, disolventes y aguas residuales con fluoruros para facilitar su recuperación.

Los sistemas de agua ultrapura pueden alcanzar altos índices de reutilización cuando se dispone de espacio suficiente y de la infraestructura de tratamiento necesaria. Los avances futuros también podrían permitir la recuperación de recursos procedentes de flujos más complejos, como los lodos utilizados en la planarización químico-mecánica.

La energía sigue siendo una ecuación difícil de resolver

La demanda energética constituye una excepción a muchas de las tendencias de circularidad. Aunque los chips avanzados siguen mejorando su eficiencia energética, la creciente complejidad de los procesos de fabricación y el rápido crecimiento de los centros de datos impulsados por la IA están aumentando la demanda total de electricidad en toda la cadena de valor.

Cerrar los ciclos de materiales y agua es esencial, pero no puede compensar un crecimiento energético descontrolado. Por tanto, las estrategias para estas instalaciones deben combinar la circularidad con el suministro de energía renovable, sistemas de proceso eficientes, refrigeración y humidificación adiabáticas, y la recuperación de calor residual siempre que resulte viable.

De problema al final de la vida útil a estrategia de diseño

La circularidad comienza mucho antes del desmantelamiento. Empieza con distribuciones adaptables, sistemas desmontables, datos sobre los materiales, servicios recuperables y la colaboración a lo largo de toda la cadena de valor. Diseñadores, fabricantes, operadores, contratistas especializados y responsables políticos contribuyen a crear vías viables para la reutilización.

Al combinar el conocimiento de los procesos con la ingeniería circular, ayudamos a nuestros clientes a proteger el rendimiento operativo actual, al tiempo que preservamos los recursos, la flexibilidad y el valor para el futuro.