El impacto ambiental del uso de plástico para fabricar microchips

La tecnología se promociona cada vez más como la solución a innumerables desafíos ambientales, desde el secuestro de carbono hasta el reciclaje de materiales. Pero, como se ha documentado ampliamente, los chips de silicio que sustentan estas soluciones de vanguardia tienen su propio impacto de carbono, que no es insignificante.

Entonces, ¿cómo nos aseguramos de que la tecnología no genere más carbono del que elimina? ¿Y los chips de plástico pueden ser parte de la solución?

Tiempo para cambiar

No es ningún secreto que la producción de semiconductores a base de silicio no es particularmente respetuosa con el medio ambiente. Además de utilizar productos químicos y gases nocivos como los perfluorocarbonos (PFC), la industria también requiere grandes cantidades de agua y energía para sacar los chips por la puerta.

Tomemos como ejemplo a TSMC, con sede en Taiwán: como uno de los productores de semiconductores más grandes del mundo, naturalmente tiene una gran huella energética. En 2020, anunció que cambiaría a energía eólica renovable para limitar su impacto ambiental. Pero el aumento de la demanda de energía, impulsado por la producción comercial de sus chips de tres nanómetros de última generación, superó cualquier ganancia obtenida con la energía verde; para 2022, se esperaba que su uso superara el 7% del consumo total de energía de Taiwán, más que la ciudad de Taipei.

De hecho, la industria en su conjunto está en el punto de mira por su prodigioso consumo de recursos. A medida que el calentamiento global afecta el ciclo del agua en todo el planeta y se prevé que las sequías repentinas sean más frecuentes, un modelo que puede ver que una sola fábrica consume millones de litros de agua al día claramente necesita cambiar.

Una alternativa flexible al silicio

La tecnología de semiconductores flexibles (circuitos integrados flexibles ("chips") basados en transistores de película delgada) puede incorporar potencialmente ese cambio. La producción de chips flexibles omite muchas de las etapas intensivas en recursos de la fabricación de silicio; no hay pasos de procesamiento a alta temperatura y muchos menos pasos químicos. Como resultado, utiliza considerablemente menos energía y agua que la producción de silicio y reduce significativamente la cantidad de productos químicos y gases consumidos.

Algunos pueden ser escépticos sobre los beneficios ambientales del uso de plástico. Si bien es cierto que usan un sustrato de polímero (léase: plástico), cada chip tiene solo una micra de grosor (más delgado que un cabello humano) y, por lo general, pesa menos de 0,2 mg. Por contexto, 2000 FlexIC contienen menos plástico que una sola pajilla para beber.

Y a medida que los plásticos se reemplazan con alternativas más sostenibles, la posibilidad de sustratos biodegradables se convierte en una propuesta tentadora. De hecho, dado que el sustrato no es necesario para la funcionalidad, simplemente ofrece soporte físico durante la fabricación y el manejo, los chips flexibles del futuro pueden eliminarlo por completo, reduciendo su impacto a un mínimo absoluto.

Si bien los chips biodegradables aún están lejos, su huella ambiental reducida significa que todavía tiene sentido usar semiconductores flexibles siempre que sea posible, ahorrando silicio para aquellas tareas en las que realmente se necesita.

Porque la tecnología de silicio no va a desaparecer pronto. Solo tenemos que ser parcos en cómo y dónde lo implementamos.

La herramienta adecuada para el trabajo

Los largos plazos de entrega y los altos costos asociados con el diseño de chips de silicio, sin mencionar los problemas de la cadena de suministro en los últimos años, han dado lugar a especificaciones demasiado complejas, creando chips que están listos para cualquier cosa en lugar de una tarea específica.

Si es probable que los chips tarden meses, o incluso años, en llegar a la producción, se piensa que deben ser aptos para una amplia gama de casos de uso, independientemente de la necesidad inmediata. Esto resulta efectivamente en el uso de un mazo para romper una nuez. Porque los chips de silicio ofrecen un alto rendimiento a un alto costo y con un alto impacto ambiental.

Los chips flexibles brindan un rendimiento "suficientemente bueno" a una fracción del costo y la huella de carbono. Esto, junto con su factor de forma flexible, significa que se pueden usar donde no sería rentable, o incluso posible, usar la electrónica convencional. También los convierte en una alternativa convincente al silicio heredado.

A medida que pasamos del Internet de las cosas al Internet de todo, los chips diminutos y de bajo costo como estos pueden resultar cruciales para proporcionar datos inteligentes e impulsar la eficiencia con una baja sobrecarga ambiental.

Una revolución flexible

El interés en la electrónica flexible y de bajo costo se ha acelerado durante varios años, con un ecosistema en crecimiento que se centra en varios enfoques técnicos. Y muchos de ellos miran más allá del silicio.

Algunos se centran en los semiconductores orgánicos, que tienen potencial para técnicas de fabricación innovadoras como la impresión, pero a menudo tienen un rendimiento limitado. En el otro extremo del espectro, los materiales a base de carbono, como los nanotubos de carbono y el grafeno, muestran un rendimiento superior pero aún no están lo suficientemente maduros para la producción en volumen. También hay opciones, como mi empresa, que utilizan óxidos metálicos que ofrecen un rendimiento decente y cuyas técnicas de fabricación son efectivas para la fabricación de alto rendimiento.

Cuando hable con proveedores potenciales, pregunte sobre los casos de uso específicos de su empresa y sobre cómo las capacidades de fabricación y el cronograma pueden satisfacer sus necesidades específicas.

Un futuro flexible

Si bien se han demostrado los beneficios y la oportunidad de mercado de los chips flexibles, aún existen obstáculos para desbloquear todo su potencial.

Primero, la capacidad de producción global debe escalar para entregar los enormes volúmenes que demanda el mercado. Si bien algunas fábricas comerciales de chips flexibles ya están en funcionamiento y se están construyendo más, la capacidad aún está por detrás del silicio. Durante la próxima década, se necesita una inversión de capital significativa para abordar la demanda mundial.

En segundo lugar, para aprovechar al máximo las oportunidades que presentan los chips flexibles, necesitamos un ecosistema de socios completo, al igual que con el silicio. Algunos elementos de esto, como los proveedores calificados de materiales y equipos, ya existen, pero otros, como los diseñadores, los proveedores de PI y los socios de montaje, necesitan un mayor desarrollo.

Finalmente, necesitamos encontrar el punto óptimo para su aplicación porque los chips flexibles no reemplazarán a los chips de silicio; los complementarán. Pero al usar semiconductores flexibles para la miríada de tareas en las que el rendimiento "suficiente" es más que suficiente, podemos liberar silicio, con sus gastos generales ambientales más pesados, para abordar los elementos costosos y ayudar a la tecnología a ser parte de la solución. , no es parte del problema.