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La crisis de los semiconductores no es sólo de los semiconductores; también es de los sustratos: qué son y por qué sin ellos no tendríamos chips

Los sustratos son el «patito feo» de la industria de los semiconductores. Tradicionalmente han recibido mucha menos atención que los componentes que dan forma al núcleo de los circuitos integrados incluso por parte de los propios fabricantes de semiconductores. El margen de beneficio que dejan es muy inferior al de los otros componentes de los chips, lo que ha provocado que la inversión necesaria para hacer posible su desarrollo se haya quedado estancada durante mucho tiempo.

Lo sorprendente es que de forma relativamente inesperada la crisis de los semiconductores ha obligado a los fabricantes de circuitos integrados a dedicar al sustrato la atención que nunca debió perder. Esta declaración de Nicholas Stukan, el director de desarrollo de negocio de Zhuhai Access Semiconductor, un fabricante de sustratos del sur de China, refleja con una claridad impactante el protagonismo que ha adquirido este componente durante los últimos meses:

«Ahora lo único que tienes que hacer es decir que fabricas sustratos. Y ya tienes el negocio hecho. Es una locura», confiesa Stukan. Sin sustrato no hay chip, y sin chip no hay negocio. La demanda actual de sustratos es mucho más alta que la oferta, especialmente si nos ceñimos a los que se utilizan en la producción de los semiconductores de alta integración, entre los que se encuentran, por ejemplo, los microprocesadores y las GPU de nuestros ordenadores y smartphones. Y este panorama coloca a esta industria en una posición muy delicada.

La demanda actual de sustratos es mucho más alta que la oferta, lo que ha colocado a la industria de los semiconductores en una posición muy delicada de la que no parece que vaya a escapar a corto plazo.

Qué es un sustrato y por qué es tan importante

El sustrato es una lámina de material sólido que tiene una doble responsabilidad dependiendo del tipo de chip y del proceso en el que vaya a intervenir: ofrecer el soporte estructural necesario para poder producir y manipular el circuito integrado, y también actuar como interfaz mecánica y eléctrica entre este y los dispositivos con los que debe comunicarse.

El material utilizado en su fabricación depende del uso que se le vaya a dar, pero habitualmente se emplean como compuesto de base resinas, vidrio o policarbonatos flexibles. Y, por supuesto, también metales, como el dióxido de silicio, el óxido de aluminio, el arseniuro de galio o el germanio.

Como concluiremos en la siguiente sección del artículo, fabricarlos no es tan complejo como lo es producir circuitos de alta integración, pero, aun así, es necesario utilizar equipos sofisticados y respetar a pies juntillas unos procesos muy exigentes desde un punto de vista cualitativo.

Sin ir más lejos la fabricación de obleas de silicio, en la que podemos indagar en otro artículo si os parece un tema interesante, requiere controlar con mucha precisión la pureza del material. Y, además, en ella intervienen unos hornos especiales conocidos como reactores, unas sierras circulares de corte extremadamente precisas y unas máquinas de esmerilado que se responsabilizan de eliminar las imperfecciones superficiales del corte, entre otros instrumentos avanzados que pueden ayudarnos a intuir la complejidad de este proceso.

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Su fabricación no es tan compleja como la de los circuitos de alta integración, pero la producción de sustratos también requiere llevar a cabo unos controles de calidad muy estrictos que solo pueden ser ejecutados por técnicos cualificados.

El desequilibrio entre demanda y oferta ha puesto a los fabricantes contra las cuerdas

Durante muchos años la inversión en los sustratos ha sido reducida debido al moderado beneficio que dejan, de modo que la coyuntura actual, en la que la demanda de semiconductores se ha disparado, ha provocado que compañías con la envergadura que tienen Intel, GlobalFoundries o TSMC, entre otras, estén esforzándose para hacerse a toda costa con las existencias que necesitan para mantener su volumen de fabricación.

Incluso están forjando alianzas con fabricantes de sustratos con los que hasta ahora no tenían ningún vínculo comercial. Esta presión ha provocado que por primera vez en una década Pat Gelsinger, el nuevo director general de Intel, se haya visto obligado a abordar este problema durante una de las últimas reuniones que ha mantenido con la cúpula directiva de la compañía que lidera. Pero esto no es todo.

Este ejecutivo ha pronosticado que sobre el futuro de los sustratos se cierne una sombra que agudiza el déficit que ya está colapsando las industrias que dependen en mayor o menor medida de la producción de circuitos integrados. Según Gelsinger la enorme inversión que es necesario realizar para poner en marcha nuevas fábricas de circuitos integrados y sustratos, y el tiempo que es preciso invertir en este proceso, provocarán que el déficit de ambos componentes se prolongue durante dos años más.

Ha llegado la hora de que en occidente nos pongamos las pilas e invirtamos en la construcción de nuevas fábricas de semiconductores y sustratos

Nada parece indicar que el desequilibrio entre la oferta y la demanda que nos ha colocado en esta situación expire antes de 2023, y los usuarios no estamos saliendo indemnes de esta crisis. Fabricar un sustrato no es tan complejo como producir un chip de alta integración, y los equipos que intervienen en este proceso no son tan caros como las máquinas de AMSL que la mayor parte de los fabricantes de semiconductores utilizan para poner a punto sus circuitos integrados.

El problema es que, como explica Gelsinger, la construcción y la puesta a punto de las instalaciones necesarias para fabricar los sustratos requieren invertir como mínimo un año. De hecho, dos años es un periodo mucho más realista incluso en este contexto de tanta urgencia. Samsung Electro-Mechanics, Ibiden y Unimicron Technology son tres de los mayores fabricantes de sustratos del planeta, y todos ellos están en Asia.

Parece que ha llegado la hora de que en occidente nos pongamos las pilas e invirtamos en la construcción de nuevas fábricas de semiconductores y sustratos. De lo contrario corremos el riesgo de que este escenario de crisis aguda se repita. Y sería un error imperdonable tropezar dos veces con la misma piedra.

Imágenes | TSMC

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