Järjestelmäpiirien kehityksen ympäristövaikutukset ja kestävyys

Abstract

Järjestelmäpiirit ovat yleistyneet teknologiassa niin kuluttajien arjessa kuin yritysten tuotantolaitoksissa ja niiden yleisyyden ennustetaan jatkavan kasvuaan. Järjestelmäpiirit ovat suuria mikropiirejä, jotka sisältävät toiminnalleen kaiken tarpeellisen itsessään, eivätkä ne välttämättä tarvitse ulkoisia komponentteja tai piirejä toimiakseen. Tämän tutkimuksen tavoite on selvittää, mitä ympäristöhaasteita järjestelmäpiirien valmistusprosessi aiheuttaa, miten järjestelmäpiirien suunnittelussa ja tuotannossa voidaan pienentää ympäristövaikutuksia ja mitä uusia tuotantomenetelmiä on kehitteillä tällä hetkellä.

Kandidaatintyön tutkimusmenetelmänä toimii kirjallisuuskatsaus. Aineistoja kerättiin pääasiassa Andorin sekä Elsevierin tietokannoista hyödyntäen Elsevierin omaa Scopus AI -työkalua aineistojen etsimiseen. Osa aineistoista löytyi myös Microsoftin Copilot tekoälytyökalun avulla. Aineistoina käytettiin mahdollisimman tuoreita opinnäytetöitä, tieteellisiä julkaisuja sekä artikkeleita.

Tutkielma jakautuu kuuteen eri osaan. Kahteen johdantokappaleeseen, joissa ensimmäisessä alustetaan tutkielmaa yleisesti ja toisessa pohjustetaan järjestelmäpiirejä itsessään paremmin. Kolmannessa osassa perehdytään järjestelmäpiirien valmistusprosessiin puolijohteiden valmistamisesta valmiin piirin rakentamisvaiheisiin. Neljännessä osassa tarkastellaan kolmannen osan vaiheiden aiheuttamien ympäristöongelmien mahdollisia ratkaisuja. Viidennessä osassa tarkastellaan esimerkkejä käytännöstä sekä tulevaisuuden kehityksen näkymiä. Viimeinen kuudes osa tuo koko tutkielman yhteen ja esitellään johtopäätökset sen pohjalta.

Kirjallisuuskatsauksen pohjalta selviää, että järjestelmäpiirien valmistuksessa suurimmat ympäristöhaitat aiheuttavat valmistuksen aikana syntyvät prosessikaasut kasvihuoneilmiötä kiihdyttävien ominaisuuksiensa ansiosta. Toinen merkittävin ympäristövaikutus on puolijohdetuotantolaitosten jäähdyttäminen sekä ylläpitäminen. Tulevaisuudessa tekoälypohjaiset suunnittelu- ja simulointityökalut voivat olla keskiössä laskemassa niin prosessikaasujen kuin laitosten ylläpitoresurssien kulutusta vähentämällä testituotannon tarvetta, sekä optimoimalla varsinaista tuotantoa.