• piikiekot
• puhdistus
• puolijohteet

Puolijohteet ovat keskeinen osa digitaalista yhteiskuntaa ja teknologista omavaraisuutta, ja näiden kysyntä kasvaa maailmanlaajuisesti. Suomen vahvuudet, erityisesti sirusuunnittelussa ja kestävissä prosessiteknologioissa, tarjoavat merkittävää kasvupotentiaalia. Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan piikiekkojen puhdistusprosessia painottaen sen kemiallis-fysikaalisia ilmiöitä ja prosessihallinnan merkitystä.

Puolijohteiden merkitys yhteiskunnassa

Puolijohteet ovat elintärkeitä yhteiskunnan digitaalisuuden kasvaessa oikeastaan kaikkialla sähköä ja dataa käsittelevissä käyttökohteissa, joita ovat esimerkiksi tietoverkot, teollisuuden koneet ja tuulivoimalat. Niitä tarvitaan myös ihmisille arkisemmissakin paikoissa, kuten kulutuselektroniikassa ja liikennevälineissä. Ilman puolijohteita nämä toiminnot ja tuotteet lakkaisivat toimimasta, mikä heijastuisi epätoivotusti jopa ilmastonmuutoksen torjuntaan, koska puolijohdekomponentit ovat välttämättömiä energia- ja resurssitehokkuudelle.

Alan toimitus- ja saatavuushäiriöt voivat näkyä merkittävästi eri teollisuudenaloilla ja taloudessa. Erityisesti tämä huomattiin COVID-19-pandemian aikaan ja maailmanpolitiikan jännitteiden kasvaessa. Maailmanlaajuisesti valtiot näkevät puolijohdeteknologian entistä merkityksellisempänä menestykselleen, mutta myös turvallisuudelle, jonka takia esimerkiksi Euroopassa ollaan tukemassa puolijohdeteollisuutta sirusäädöksillä.

Suomen rooli puolijohdeteollisuudessa – kohti talouskasvua ja uutta menestystarinaa?

Puolijohdeteollisuus toimialana kasvaa maailmanlaajuisesti voimakkaasti, odotetaan jopa kaksinkertaistuvan vuoteen 2030 mennessä. Tämä on merkittävä mahdollisuus talouskasvulle Suomessa sekä teknologista omavaraisuutta. Vuonna 2022 Suomessa puolijohdealalla työskenteli noin 7000 ihmistä 90 yrityksestä ja liikevaihto oli noin 1,6 miljardia euroa. Huhtikuussa 2024 julkaistussa Chips from the North -strategiassa arvioitiin näiden lukujen nousevan 10 vuoden päästä jopa 20 000 henkilöön ja liikevaihdon 5-6 miljardiin euroon.

Suomen kasvumahdollisuudet nähdään vahvuuksina

• sirusuunnittelussa
• mikromekaanisissa järjestelmissä
• anturi-innovaatioissa
• fotoniikassa
• kvanttiteknologiassa
• kehittyneissä puolijohdemateriaaleissa
• kestävissä prosessiteknologioissa.

Näitä mahdollisuuksia tukee toimialaan tehdyt investoinnit, sekä panostus koulutukseen, tutkimukseen ja kehitystoimintaan. Jotta Suomen hyöty globaalista kysynnästä voidaan maksimoida ja kilpailukykyä vahvistaa, tulisi entistä enemmän panostaa yhteistyöhön toimialan ja sidosryhmien välillä, tutkimus- ja tuotekehitystoimintaan, toimialan yritysten ja tutkimuskeskusten houkuttelemiseen Suomeen.

Okmetic ja piikiekkojen valmistusprosessi

Okmetic on ainoa Suomessa toimiva piikiekkoja valmistava yritys. Se on Nokian ja Outokummun vuonna 1985 perustama yhteisyritys, jonka historiaan mahtuu tehtaan muutto Espoosta Vantaalle, useiden ulkomailla sijaitsevien myyntitoimistojen perustaminen, ja edistyneempien piikiekkotuotteiden tuotantokapasiteetin kasvaminen. Vuonna 2023 Okmeticin liikevaihto oli 115 miljardia euroa ja henkilöstömäärä yli 600. Puolijohdealan kasvavaan kysyntään on vastattu yli 400 miljardin euron investoinnilla tehdaslaajennukseen, joka tuplaa tuotantokapasiteetin suhteessa nykyiseen ja tuo yli 500 työpaikkaa lisää. Tehdaslaajennus valmistui keväällä 2025, ja siellä aloitetaan piikiekkojen tuotanto pian.

Piikiekot ovat yleisin valmistusmateriaali erilaisten puolijohde- ja anturisovellusten valmistuksessa. Alkuaineena pii on maankuoren toiseksi yleisin alkuaine, jonka matka kvartsista piikiekoksi on monivaiheinen, alkaen epäpuhtauksien poistosta ennen piikiteen kasvatusta ja päättyen piikiekon pakkaamiseen asiakkaille. Prosessi sisältää lukuisia mekaanisia ja kemiallisia muotoiluun liittyviä käsittelyjä sekä mittaus-, tarkastus- ja puhdistusvaiheita. Laatuvaatimuksia puolijohdealalla määrittelee erilaiset standardit, sillä piikiekoista valmistettavat komponentit voivat olla hyvin kriittisiä elektronisen laitteen toimivuudelle. Tämän takia jokaisen prosessivaiheen tulee toimia optimaalisesti lopputuotteelle vaaditun laatutason saavuttamiseksi.

Opinnäytetyö osana jatkuvaa parantamista

Epäonnistuneella piikiekon puhdistusprosessilla ei tehdä toimivaa ja laadukasta lopputuotetta eikä varsinkaan talouskasvua. Puhdistamisessa pelkkä vesi ei ole riittävän tehokas poistamaan kaikkia epäpuhtauksia. Tämän takia puhdistusprosesseissa käytetäänkin erilaisia kemikaaleja, joiden valinnassa tulee tuntea niiden vaikutusmekanismit. Eri tyyppisiä epäpuhtauksia voidaan poistaa piipinnalta pinta-aktiivisilla aineilla, vahvasti emäksisillä tai happamilla kemikaaleilla sekä näiden seoksilla. Puolijohdealalla monelle kemikaaliseokselle on vakiintunutkin yleisesti tunnetut nimet, seossuhteet ja käyttötarkoitukset.

Epäpuhtauksien poistamiseen tunnetaan optimaalinen puhdistusjärjestys, jonka ensimmäisenä vaiheena on orgaanisten epäpuhtauksien poistaminen, toisena metalliset epäpuhtaudet ja viimeisenä muut hiukkaset. Tämä järjestys voidaan toteuttaa hyödyntäen kemikaalien tuottamia rajapintailmiöitä ja varauksellisia vuorovaikutuksia.

On ollut tyypillistä, että puhdistusprosesseissa käytetyt kemikaalit ovat kertakäyttöisiä, mutta puhdistusprosesseja voidaan toteuttaa myös allasupotustekniikalla. Tämä edellyttää laatunäkökulmasta hyvää kemikaalien pitoisuushallintaa, sillä puhdistusprosessin aikana kemikaalit voivat kulua ja haihtua. Erityisen haitallisena tämä voi näkyä kemikaaliseoksissa eli useamman kuin yhden kemikaalin yhdistelmää sisältävissä altaissa, sillä näiden seosten puhdistusteho perustuu niiden yhteisvaikutukseen.

Puhdistusprosessien tehokkuus ei siis perustu vain kemikaalien valintaan, vaan niiden hallittuun käyttöön ja erilaisten ilmiöiden ymmärtämiseen. Kun puhdistusprosessia tarkastellaan osana jatkuvaa parantamista, syntyy mahdollisuus kehittää entistä vakaampia, taloudellisempia ja ympäristöystävällisempiä menetelmiä piikiekkojen valmistusprosessin tarpeisiin.

Lähteet

Rintamäki, M. 2025. Piikiekkojen läppäyspesu. Opinnäytetyö (AMK). Kemiantekniikka. Turku: Turun ammattikorkeakoulu.
Teknologiateollisuus. 2025. Viitattu 20.5.2025. Puolijohteet.
Tilli, M. 2020. Silicon wafers preparation and properties. Teoksessa: Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies. s.l.:Elsevier, pp. 93-110.
Tilli, M. & Haapalinna, A. 2020. Properties of Silicon. Teoksessa: Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies. s.l.:Elsevier, pp. 3-17.