반도체는 환경에 나쁜가요?

제품 출시 단계에 거의 도달하지 못하는 기술 산업 전반에 조용한 긴장감이 흐르고 있습니다. 우리가 길을 찾고, 소통하고, 즐겁게 지내기 위해 구입하는 장치는 여러 측정 가능한 방식으로 지구에 해로운 칩을 생산합니다. 칩 제조는 엄청난 양의 물과 전기를 소비하고, 강력한 온실가스를 방출하며, 조심스럽게 처리해야 하는 화학 폐기물을 생성합니다. 동시에 이 칩이 구동하는 제품은 운송, 에너지, 농업 전반에서 탄소 배출을 줄이는 데 도움이 됩니다. 따라서 반도체가 환경에 해로운지 여부를 결정하는 것은 간단한 질문이 아닙니다. 이는 절충-, 일정, 비용 부담 주체에 관한 질문입니다.

 

 

반도체

 

기본부터 시작하기: 우리가 말하는 것

환경 관련 문제를 이해하려면 해당 단어가 실제로 무엇을 의미하는지 기억하는 것이 도움이 됩니다. 반도체의 의미는 물리학에서 유래합니다. 반도체는 전기 전도 능력이 도체와 절연체의 중간 수준인 물질입니다. 가장 일반적인 예인 실리콘은 조건에 따라 전류를 전달하거나 차단하도록 설계될 수 있으므로 트랜지스터의 이상적인 구성 요소입니다. 단일 칩에 담긴 수십억 개의 트랜지스터가 모든 스마트폰, 서버, 자동차 및 가전제품 내부의 논리 회로를 형성합니다. 이러한 칩을 나노미터 규모로 생산하는 제조 공정은 지구상에서 가장 자원 집약적인-산업 운영 중 하나입니다.

 

 

물: 가장 눈에 보이지 않는 비용

환경적 핫스팟:

• 초순수-소비량
• 과불화탄소 가스 배출
• 화석 연료로부터의 전기
• 화학 폐기물 흐름
• 장비 탄소 발자국

칩 제조에는 회로층을 구성하는 수백 단계 사이에서 웨이퍼를 헹구는 데 사용되는 식수보다 훨씬 깨끗하고 매우 순도가 높은 물이 필요합니다. 단일 대규모 제조 시설에서는 매일 수백만 갤런의 초순수-물을 소비할 수 있습니다. 많은 첨단 제조 시설이 정기적으로 극심한 가뭄에 직면하는 지역에 위치하고 있어 생산량이 더욱 증가함에 따라 물 부족 지역에서 칩 생산을 지속할 수 있는지에 대한 날카로운 의문이 제기됩니다.{3}}

대부분의 사람들이 고려하지 않는 것은 일단 공장에 들어간 물을 관리하는 데 얼마나 많은 정밀 하드웨어가 사용되는지입니다. 초순수 회로는 엄격한 청결도와 내부식성 요구사항을 충족하는 스테인리스강 밸브와 파이프 피팅을 사용합니다.{2}} 열악한 재료로 인한 미량의 오염이라도 웨이퍼 배치를 망칠 수 있기 때문입니다. LEADTEK과 같은 제조업체는 다음과 같은 종류의 제품을 공급합니다.SS316 스테인레스 스틸 볼 밸브그리고파이프 피팅반도체 시설은 초순수 시스템 전반에 걸쳐 누출이 없고 오염이 없는-유체 제어를 위해 의존하고 있습니다.- 이는 칩 제조의 환경 영향에 대한 헤드라인에는 거의 나타나지 않는 세부 사항이지만 루프에 있는 모든 밸브의 신뢰성은 제조공장에서 낭비하거나 회수하는 물의 양에 직접적인 영향을 미칩니다.

농업, 인구 증가, 온난화 기후로 인해 이미 담수 가용성이 압박을 받고 있는 건조 또는 반건조 지역에 새로운 시설이 건설되면 물에 대한 우려가 더욱 커집니다. 칩 제조업체는 물 재활용에 있어 진정한 진전을 이루었으며, 일부 공장에서는 현재 소비하는 물의 80% 이상을 회수하여 재사용하고 있습니다. 그러나 진전은 해결과 동일하지 않습니다. 재활용수라도 정화하려면 에너지가 필요하며, 칩 생산량이 늘어나면서 수요의 절대량도 계속 늘어나고 있다.

 

LEADTEK 스테인레스 스틸 플랜지 볼 밸브

 

당신이 들어본 적도 없는 온실가스

이산화탄소는 대중의 대화를 지배하는 온실가스이지만, 칩 산업의 가장 골치 아픈 대기 기여는 완전히 다른 계열의 분자에서 비롯됩니다. 과불화탄소 및 삼불화질소와 같은 관련 화합물은 팹 내부의 플라즈마 에칭 및 챔버 세척 공정에 사용됩니다. 이 가스는 믿을 수 없을 정도로 강력한 따뜻함을 제공합니다. 예를 들어, 삼불화질소는 100년에 걸쳐 이산화탄소보다 수천 배 더 효과적으로 열을 가두며, 수백 년 동안 대기 중에 지속됩니다.

수년 동안 이러한 가스는 국제 배출 추적 프레임워크에도 포함되지 않았습니다. 그 이유 중 하나는 절대적으로 매우 적은 양으로 생산되었기 때문이고, 부분적으로는 천연 자원이 없어 간과하기 쉽기 때문입니다. 인지도가 상당히 좋아졌습니다. 선도적인 칩 제조업체들은 이제 불소화 가스 배출을 보고하고 가스가 대기에 도달하기 전에 이를 파괴하는 저감 시스템에 투자했습니다. 상황은 10년 전보다 나아졌으며, 웨이퍼 생산량이 계속 증가함에 따라 이는 여전히 우려되는 영역입니다.

보다 친환경적인 미래를 탐색하기 위해 우리가 의존하는 장치는 환경 부채를 해결해야 하는 공장에서 제작됩니다.

 

에너지 방정식

Fab는 24시간 내내 운영되며 절대 멈추지 않습니다. 실리콘 웨이퍼의 재료 층을 증착, 에칭 및 검사하는 기계는 외부에서 완전히 평가하기 어려운 방식으로 에너지를 많이 소비합니다. 하나의 대규모 팹은 작은 도시만큼 많은 전력을 소비할 수 있으며, 전 세계 칩 산업의 총 소비량은 많은 중견 국가의 전력 소비량과 맞먹습니다.{2}} 그 전기가 어디서 나오는지는 매우 중요합니다. 수력 전기 또는 태양 에너지로 구동되는 공장은 석탄-이 많은 전력망에서 생산되는 공장과 근본적으로 다른 탄소 프로필을 갖습니다.

첨단 칩 생산이 집중된 많은 지역에서는 여전히 전기 공급을 위해 액화천연가스 및 경우에 따라 석탄을 포함한 화석 연료에 크게 의존하고 있습니다. 생산 능력이 증가함에 따라 지역 전력 인프라에 대한 압력도 커졌으며 여러 지역의 환경 옹호자들은 칩 산업 수요를 충족시키기 위해 특별히 건설되는 새로운 화석 연료 발전에 대한 우려를 제기했습니다. 업계에서는 재생에너지 조달을 확대하기 위해 광범위하게 노력해 왔지만, 이러한 약속의 속도와 신뢰성은 사업자마다 상당히 다릅니다.

 

장부의 반대편

균형 잡힌 계정은 상쇄 이야기를 인정해야 합니다. 반도체는 전 세계 탄소 배출량을 줄이기 위한 가장 신뢰할 수 있는 경로를 제공하는 많은 기술에 필수적입니다. 전기 자동차는 전력 전자 칩을 사용하여 배터리 성능과 충전 효율성을 관리합니다. 스마트 그리드 시스템은 칩을 사용하여 실시간으로 전력 공급과 수요의 균형을 맞추고 낭비를 줄입니다. LED 조명, 열 펌프, 풍력 터빈 컨트롤러 및 태양광 인버터는 모두 핵심 기능을 칩에 의존합니다. 수백만 건의 설치와 수십 년의 운영을 통해 축적된 이러한 애플리케이션을 통해 실현된 에너지 절감 효과는 상당합니다.

칩{0}} 지원 기술의 전체 수명주기를 연구한 연구자들은 일반적으로 전기 자동차나 스마트 온도 조절기와 같은 제품이 방지하는 탄소 배출량이 칩 제조 중에 발생하는 탄소 배출량보다 훨씬 더 크다는 사실을 발견했습니다. 이는 제조 영향이 허용 가능하거나 무시할 수 있다는 의미는 아닙니다. 이는 칩 제조와 환경 사이의 관계가 단순한 불량-또는-양호 판정보다 더 복잡하다는 것을 의미합니다.

 

책임의 모습

칩 공급망의 가장 강력한 운영업체는 지속 가능성을 홍보 활동이 아닌 기술 문제로 다루기 시작했습니다. 물 재활용 시스템은 새로운 팹 설계에서 표준 엔지니어링 요구 사항이 되었습니다. 불소화 가스 저감 장비는 현재 주요 시설 전반에 걸쳐 널리 배포되어 있습니다. 부분적으로는 기업 내부 약속과 부분적으로 순{3}}제로 목표를 달성하는 기술 부문 주요 고객의 압력으로 인해 재생 가능 에너지 조달이 가속화되고 있습니다.

규제도 강화되고 있다. 유럽 ​​연합의 기업 지속 가능성 보고 지침에서는 대기업이 더욱 구체적으로 환경 데이터를 공개하도록 요구하고 있습니다. 2024년부터 단계적으로 발효된 캘리포니아의 기후 공개법은 주에서 중요한 사업장을 운영하는 칩 제조업체나 고객에게 영향을 미칩니다. 이러한 프레임워크는 자발적 서약을 넘어서는 측정 및 감소에 대한 인센티브를 창출합니다.

이 기사의 상단에 제기된 질문에 대한 솔직한 대답은 칩 제조가 실제 환경 비용, 즉 업계가 줄이기 위해 노력하고 있지만 아직 해결되지 않은 비용을 수반한다는 것입니다. 동시에 생산된 칩은 궁극적으로 팹에서 방출하는 것보다 방출을 줄이는 데 더 많은 역할을 할 수 있는 기술을 가능하게 합니다. 목표는 이러한 절충안을 축하하는 것이 아니라-이를 종료하여 생산을 더 깨끗하게 만들고 이를 통해 가능한 응용 프로그램이 더 넓은 경제를 지속적으로 탈탄소화하는 것이어야 합니다.