L’acqua ultrapura che fa scalpore nell’industria dei semiconduttori
Le tecnologie nanoelettroniche hanno compiuto progressi a una velocità sbalorditiva, consentendo un assemblaggio di componenti sempre più denso nei chip e rendendo possibile una capacità di memoria enorme. Ciononostante, queste tendenze hanno incrementato il rischio di impurità e hanno ridotto il tasso di rendimento, diminuendo di conseguenza la redditività. Ciascuno dei chip prodotto in camere controllate ad alta tecnologia viene sciacquato circa 100 volte durante il processo di fabbricazione. Per lo svolgimento delle proprie attività, il produttore di semiconduttori europeo NXP (in precedenza Philips) necessita di circa 30 milioni di litri al giorno. I processi avanzati per la produzione di acqua distillata ultrapura incontrano difficoltà nella rimozione di particelle più piccole di 20 nm, per non parlare di quelle inferiori ai 10. Con la riduzione delle dimensioni dei chip, queste nanoparticelle diventano più problematiche. La loro presenza aumenta la possibilità che i chip debbano essere scartati, con un significativo spreco di risorse naturali, tempo e denaro. Incrementare la purezza dell’acqua riducendo al contempo il consumo energetico e idrico, lo spreco di materie prime e i costi risulta pertanto fondamentale per continuare il processo di miniaturizzazione dei chip e mantenere la competitività dell’industria europea. Il progetto ULTRAWAT, finanziato dall’UE, offre una soluzione che si configura come il culmine di un lavoro decennale intrapreso per affrontare queste sfide.
Puro genio
Quaranta anni fa, l’azienda svedese Scarab sviluppò un impianto pilota per la desalinizzazione avvalendosi della sua tecnologia brevettata di trattamento delle acque. Sorprendentemente, l’acqua era straordinariamente pura e sembrava destinata a un ruolo da protagonista nell’industria dei semiconduttori, il cui assemblaggio a densità sempre più elevata preannunciava un’esigenza da soddisfare. Gli ambiziosi sforzi di ricerca e sviluppo sono cominciati presso i laboratori nazionali Sandia negli Stati Uniti, in seguito ai quali Scarab e la sua società spin-off Xzero hanno iniziato a concentrare l’attenzione sull’acqua distillata ultrapura per la produzione dei microchip. L’unità di dimostrazione di Xzero a Stoccolma rimuove residui farmaceutici dalle acque reflue municipali sin dal 2010, purificando il condensato dei gas di scarico dalle centrali elettriche e non solo. I finanziamenti di Orizzonte 2020 assegnati a ULTRAWAT hanno permesso la completa riprogettazione delle apparecchiature di base, migliorando l’efficienza e riducendo i costi. Miriam Åslin, amministratrice delegata di Xzero e coordinatrice del progetto ULTRAWAT, spiega: «Gli attuali sistemi all’avanguardia di produzione di acqua distillata ultrapura prevedono all’incirca 10 fasi. LastRinse, l’apparecchiatura di Xzero, ne prevede solo due, tra cui il nostro processo proprietario per eliminare tutte le particelle non volatili e condensare le molecole d’acqua lasciando ciò che resta nell’acqua di alimentazione. Inoltre, questa attrezzatura impiega il calore di scarto invece dell’elettricità per alimentare il processo di separazione». Questo processo più efficiente e meno complesso ha consentito lo sviluppo di un sistema compatto a punto di utilizzo su richiesta, riducendo al minimo i rischi di contaminazione e semplificando le attività di manutenzione e riparazione. Sono attualmente in corso le sessioni di collaudo e i sistemi commerciali dovrebbero essere immessi sul mercato nel 2023.
Una mini economia circolare
Con il suo sistema integrato di trattamento delle acque reflue e di recupero delle risorse, ULTRAWAT ha superato ogni aspettativa di isolare tutti gli agenti inquinanti. L’azienda Circular Water Technologies AB offrirà all’industria dei semiconduttori il sistema circolare di trattamento delle acque a zero scarico di liquidi. In collaborazione con imec, Xzero ha inoltre avviato il progetto «Resource Recovery» (ovvero recupero delle risorse) con l’obiettivo di recuperare preziosi componenti quali i metalli delle terre rare dalle acque reflue dei semiconduttori. Infine, dati gli ostacoli associati alla pandemia di COVID-19, è stato sviluppato un sistema da inviare ai potenziali clienti interessati che verrà venduto come apparecchiatura di laboratorio dall’impresa Type1water AB. LastRinse può essere integrato negli impianti di purificazione dell’acqua esistenti senza alterazioni o tempi di fermo, oppure può essere adottato in impianti di nuova costruzione. Aapo Sääsk, presidente del consiglio di amministrazione di Xzero, conclude: «LastRinse è l’unico sistema in grado di rimuovere completamente le nanoparticelle di dimensioni inferiori ai 20 nm nell’acqua distillata ultrapura, una necessità assoluta per i futuri progressi redditizi nel campo della nanoelettronica. Xzero rappresenterà un fattore determinante per la crescita nell’industria nanoelettronica, liberandola dalla dipendenza che la lega ai produttori americani e asiatici e incentivando l’innovazione a livello locale.» Per maggiori informazioni su Xzero, visualizzare il video dal titolo Xzero - the movie.
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