Nel 2025, Shengtao Metal ha partecipato a un progetto di espansione per la produzione di semiconduttori ad alta precisione nel Sud-est asiatico, fornendo sistemi di tubi in acciaio inossidabile di precisione per un impianto di produzione in camera bianca di nuova costruzione. Il progetto è stato sviluppato da un importante produttore di componenti per semiconduttori specializzato in tecnologie avanzate di confezionamento di chip e di lavorazione dei wafer.
La nuova struttura si estendeva su circa 48.000 metri quadrati e comprendeva diverse camere bianche di Classe 100 e Classe 1000, progettate per la lavorazione chimica dei semiconduttori, la distribuzione di acqua ultrapura, i sistemi di erogazione dei gas e le operazioni di produzione di precisione. Data la natura estremamente delicata dell'ambiente di produzione, il progetto ha imposto requisiti rigorosissimi in termini di pulizia dei materiali, precisione dimensionale, resistenza alla corrosione e qualità delle superfici interne.
Shengtao Metal è stata selezionata per fornire tubi in acciaio inossidabile ad alta purezza, supporto per la saldatura orbitale, servizi di fabbricazione su misura e coordinamento tecnico per i sistemi di distribuzione di fluidi ultrapuri dell'impianto. Il progetto ha richiesto oltre 3.600 metri di tubi di precisione in acciaio inossidabile con diametri da 1/4 di pollice a 4 pollici, inclusi tubi in acciaio inossidabile 316L elettrolucidato, raccordi sanitari, componenti per saldatura orbitale e assemblaggi di tubazioni compatibili con camere bianche.
L'obiettivo principale era quello di realizzare un'infrastruttura di tubi altamente stabile e priva di contaminazioni, in grado di supportare la produzione continua di semiconduttori in condizioni operative rigorosamente controllate in camera bianca.
Gli ambienti di produzione dei semiconduttori richiedono standard di purezza dei materiali significativamente più elevati rispetto alle applicazioni industriali convenzionali. Anche la contaminazione superficiale microscopica, il rilascio di particelle metalliche o i prodotti di corrosione possono influire negativamente sulla qualità dei wafer e sulla resa produttiva.
Dopo un'attenta valutazione tecnica, il team di ingegneri ha selezionato l'acciaio inossidabile 316L ad elevata purezza per tutte le tubazioni critiche del processo. Rispetto ai materiali in acciaio inossidabile standard, il 316L offre una resistenza alla corrosione superiore, un minore contenuto di carbonio e una maggiore compatibilità con i sistemi di acqua ultrapura e le applicazioni di trasferimento di sostanze chimiche speciali.
Tutti i materiali per tubi forniti da Shengtao Metal erano conformi agli standard ASTM A269 e SEMI F20 per applicazioni con semiconduttori ad alta purezza. Il controllo della composizione chimica era particolarmente importante per mantenere una resistenza alla corrosione stabile e ridurre al minimo i livelli di impurità.
Il contenuto di molibdeno nella lega 316L ha migliorato la resistenza alla corrosione da cloruri e all'esposizione ad agenti chimici acidi, mentre il basso contenuto di carbonio ha ridotto al minimo i rischi di precipitazione di carburi durante le operazioni di saldatura orbitale.
Diverse linee di processo che prevedono sistemi di erogazione di sostanze chimiche altamente corrosive hanno utilizzato tubi elettrolucidati di alta qualità con un contenuto di zolfo estremamente basso per migliorare la consistenza delle saldature e la pulizia delle superfici interne.
Uno degli aspetti più impegnativi del progetto riguardava la qualità della finitura superficiale interna. I sistemi di camere bianche per semiconduttori richiedono superfici interne dei tubi estremamente lisce per ridurre al minimo la generazione di particelle, l'adesione batterica e l'accumulo di residui chimici.
Il cliente ha specificato valori massimi di rugosità superficiale interna Ra ≤ 0,25 μm per i sistemi di acqua ultrapura e Ra ≤ 0,38 μm per le linee di distribuzione dei prodotti chimici.
Per soddisfare questi requisiti, Shengtao Metal ha implementato procedure di elettrolucidatura a più fasi combinate con processi di pulizia e passivazione di precisione. Tutti i tubi sono stati sottoposti a:
- Elettrolucidatura interna
- Lavaggio con acqua ad alta purezza
- Decapaggio e passivazione
- Ispezione del conteggio delle particelle
- Sigillatura con azoto del tappo terminale
- Procedure di confezionamento in camera bianca
Dopo l'elettrolucidatura, le superfici dei tubi hanno sviluppato strati passivi ricchi di cromo altamente stabili che hanno migliorato significativamente la resistenza alla corrosione e le prestazioni di controllo della contaminazione.
Per garantire che gli standard di pulizia interna fossero conformi alle specifiche di produzione dei semiconduttori, sono stati effettuati test di conteggio delle particelle utilizzando l'analisi di spurgo con azoto ad alta purezza.
Tutti i tubi prodotti finiti sono stati sigillati singolarmente in imballaggi a doppio strato per camera bianca prima della spedizione.
Il progetto ha presentato diverse sfide complesse di natura ingegneristica e logistica.
Innanzitutto, la camera bianca operava secondo standard di controllo della contaminazione estremamente rigorosi. Tutti i materiali che entravano nell'ambiente della camera bianca dovevano essere documentati in termini di tracciabilità, certificazione di pulizia e procedure di manipolazione controllate.
In secondo luogo, molti sistemi di processo prevedevano l'utilizzo di sostanze chimiche ultrapure e acqua deionizzata in condizioni di circolazione continua. Qualsiasi corrosione o contaminazione interna avrebbe potuto potenzialmente compromettere la resa produttiva dei semiconduttori e causare costose perdite di prodotto.
In terzo luogo, le tolleranze di installazione erano eccezionalmente rigorose a causa della fitta disposizione delle apparecchiature per la lavorazione dei semiconduttori all'interno della camera bianca. Alcuni corridoi per le tubazioni consentivano uno spazio di installazione inferiore a 120 mm tra i sistemi adiacenti.
Per affrontare queste sfide, Shengtao Metal ha collaborato a stretto contatto con l'appaltatore EPC, gli ingegneri specializzati in camere bianche e i team di installazione durante le fasi di fabbricazione e installazione.
Sono stati utilizzati modelli 3D avanzati di tubazioni per ottimizzare il percorso dei tubi, ridurre al minimo i tratti inutilizzati e migliorare l'efficienza dell'installazione all'interno di spazi ristretti come le camere bianche.
Processo di fabbricazione di precisione
A causa dei severi requisiti dimensionali e di pulizia del progetto, Shengtao Metal ha implementato controlli di fabbricazione specifici per tutte le fasi della produzione.
Tutte le sezioni di tubo sono state lavorate utilizzando sistemi di taglio orbitale CNC per garantire superfici di taglio prive di bave e una precisione dimensionale costante. Le tolleranze dimensionali sono state mantenute entro ±0,1 mm per le sezioni di connessione critiche.
Anche la compatibilità con la saldatura orbitale è stata un aspetto fondamentale durante la fase di fabbricazione. Il cliente richiedeva una saldatura orbitale completamente automatizzata per la maggior parte dei giunti dei tubi della camera bianca, al fine di ridurre al minimo i rischi di contaminazione e migliorare la uniformità delle saldature.
Per soddisfare tale requisito, Shengtao Metal ha ottimizzato la geometria di preparazione delle estremità, la consistenza dello spessore delle pareti e il controllo del contenuto di zolfo in tutti i lotti di tubi.
Ogni lotto di produzione è stato sottoposto a:
- Verifica dei materiali PMI
- Test delle correnti parassite
- Ispezione della superficie interna
- Verifica dimensionale
- Test del contenuto di ferrite
- Misurazione della rugosità superficiale
Campioni casuali sono stati inoltre sottoposti a test di resistenza alla corrosione mediante immersione in acido nitrico per verificare l'integrità dello strato passivo.
Il contenuto medio di ferrite nelle zone di saldatura è rimasto entro le specifiche controllate del settore dei semiconduttori, garantendo una resistenza alla corrosione stabile e un'affidabilità della saldatura a lungo termine.
Installazione e saldatura orbitale
L'installazione all'interno della camera bianca ha richiesto procedure altamente controllate per prevenire la contaminazione.
Prima di entrare nelle aree a camera bianca, le sezioni di tubazione venivano trasferite attraverso camere di compensazione specializzate e pulite mediante procedure di pulizia con alcol ad elevata purezza. Il personale addetto all'installazione indossava indumenti da camera bianca completi durante le operazioni di assemblaggio.
La saldatura orbitale è stata eseguita utilizzando sistemi di saldatura automatizzati a testa chiusa con gas di protezione argon ad altissima purezza.
Il processo di saldatura orbitale ha offerto diversi vantaggi:
- Penetrazione della saldatura uniforme
- Ossidazione minima
- Riduzione della produzione di particelle
- Migliore levigatezza della superficie interna
- Ripetibilità migliorata
Durante la fase di installazione sono stati completati oltre 2.400 giunti di saldatura orbitale.
Ogni saldatura è stata sottoposta a ispezione visiva con endoscopio e a verifica endoscopica casuale per garantire la levigatezza interna della saldatura e l'assenza di scolorimento dovuto all'ossidazione.
I sistemi critici di acqua ultrapura sono stati inoltre sottoposti a test di tenuta all'elio per verificare la tenuta stagna in condizioni operative tipiche dei semiconduttori.
La velocità media di perdita misurata è rimasta inferiore a 1×10⁻⁹ atm·cc/sec, superando i requisiti di accettazione del cliente.
Test e convalida del sistema
Una volta completata l'installazione, i sistemi di tubazioni sono stati sottoposti a procedure approfondite di collaudo e validazione.
Il test di circolazione dell'acqua ultrapura è stato condotto ininterrottamente per 96 ore, monitorando il numero di particelle, i livelli di conducibilità e la stabilità del flusso.
I sistemi di distribuzione dei prodotti chimici sono stati testati anche utilizzando sostanze chimiche simulate di processo, in condizioni operative di temperatura e pressione.
I risultati della validazione hanno dimostrato:
- Prestazioni stabili di conducibilità dell'acqua ultrapura
- Livelli minimi di generazione di particelle
- Nessuna corrosione interna rilevabile
- Eccellente integrità della saldatura
- Distribuzione stabile del flusso lungo le linee di produzione.
- Piena conformità agli standard delle camere bianche per semiconduttori.
Sono state effettuate prove di pressione su tutti i sistemi di processo a una pressione pari a 1,5 volte la normale pressione di esercizio. Durante la fase di prova non sono state rilevate perdite o instabilità di pressione.
Il team di ingegneri del cliente ha inoltre verificato che tutti i sistemi di tubazioni rispettassero gli standard delle camere bianche SEMI e i requisiti internazionali per la produzione di semiconduttori.
Tre mesi dopo l'avvio della produzione, il produttore di semiconduttori ha condotto una valutazione delle prestazioni del nuovo impianto di camera bianca.
Rispetto ai sistemi di produzione precedenti, la nuova infrastruttura di tubi in acciaio inossidabile ha conseguito diversi miglioramenti misurabili:
- Riduzione dei tempi di inattività dovuti alla contaminazione.
- Migliore uniformità della resa produttiva dei wafer
- Minori esigenze di manutenzione
- Procedure di convalida delle camere bianche più rapide.
- Riduzione dell'accumulo di residui chimici
- Migliore stabilità operativa durante la produzione continua
Il reparto di ingegneria dell'impianto ha inoltre segnalato una maggiore efficienza durante gli arresti per manutenzione, poiché i sistemi di tubazioni saldati orbitalmente hanno richiesto un minor numero di interventi manuali e hanno dimostrato un'eccellente affidabilità di tenuta a lungo termine.
Le superfici interne dei tubi, sottoposte a elettrolucidatura, hanno migliorato significativamente la pulizia del sistema di acqua ultrapura, riducendo i rischi di accumulo di particelle nei processi produttivi più delicati.
Il completamento con successo di questo progetto di tubature per camere bianche per semiconduttori ha dimostrato l'importanza cruciale delle soluzioni di precisione in acciaio inossidabile nei settori della produzione avanzata.
Gli impianti per la produzione di semiconduttori richiedono livelli estremamente elevati di purezza dei materiali, resistenza alla corrosione, precisione dimensionale e qualità di saldatura. Combinando acciaio inossidabile 316L ad alta purezza, tecnologia di elettrolucidatura avanzata, processi di fabbricazione di precisione e rigorosi controlli di installazione in camera bianca, Shengtao Metal ha fornito un'infrastruttura di tubazioni altamente affidabile, in grado di supportare i moderni requisiti di produzione dei semiconduttori.
Con la crescente domanda globale di capacità produttiva di semiconduttori, gli standard infrastrutturali per le camere bianche diventano sempre più stringenti. I sistemi di tubazioni in acciaio inossidabile ad alte prestazioni sono ormai essenziali per garantire una produzione stabile, il controllo della contaminazione e l'affidabilità operativa a lungo termine negli ambienti di produzione di semiconduttori avanzati.
Shengtao Metal continua a investire nelle capacità di produzione di acciaio inossidabile ad alta purezza, nelle tecnologie di elettrolucidatura e nei sistemi di fabbricazione di precisione per supportare la crescente domanda globale di applicazioni nei settori dei semiconduttori, farmaceutico e industriale ultra-pulito.
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