Vysoko presné{0}}riešenia Siemens PLC pre polovodičové a elektronické zariadenia na výrobu

Úvod do Siemens PLC vo výrobe polovodičov

Odvetvie výroby polovodičov a elektroniky vyžaduje najvyššiu úroveň presnosti, spoľahlivosti a efektívnosti na výrobu špičkových -zariadení s nanometrovými{1}}úrovňami. Systémy Siemens PLC (Programmable Logic Controller) sa ukázali ako chrbtica automatizácie v tomto kritickom sektore, poskytujúce-vysoko presné riadenie potrebné na splnenie prísnych požiadaviek odvetvia. Od výroby plátku až po konečnú montáž umožňujú riešenia Siemens PLC výrobcom dosiahnuť bezprecedentnú úroveň riadenia procesov, optimalizácie výnosov a výkonu zariadení.

V tomto blogu preskúmame, ako technológia Siemens PLC rieši jedinečné výzvy výroby polovodičov a elektroniky, pričom poukážeme na kľúčové funkcie, aplikácie v reálnom{0}}svete a merateľné výhody. Preskúmame aj konkrétne prípady použitia, ktoré demonštrujú, ako systémy Siemens PLC prinášajú výrobcom na celom svete hmatateľné výsledky.

Kľúčové výzvy vo výrobe polovodičov a elektroniky

Zariadenia na výrobu polovodičov čelia niekoľkým kritickým výzvam, ktoré si vyžadujú pokročilé automatizačné riešenia:

• Požiadavky na ultra{0}}vysokú presnosť:Procesy ako fotolitografia, leptanie a nanášanie vyžadujú presnosť polohy až do nanometrov a kontrolu teploty v rozmedzí ±0,1 stupňa
• Zložité ovládanie viacerých premenných:-Koordinácia stoviek procesných parametrov súčasne pri zachovaní stability a opakovateľnosti
• Vysoká{0}}rýchlosť spracovania údajov:Spracovanie tisícok I/O bodov a nameraných hodnôt zo senzorov s dobou cyklu len 1 ms
• Prísne normy bezpečnosti a spoľahlivosti:Minimalizácia prestojov a zabezpečenie integrity procesov v prostredí čistých priestorov
• Bezproblémová integrácia s inými systémami:Komunikácia s platformami MES (Manufacturing Execution Systems), SCADA (riadenie dohľadu a získavanie údajov) a IoT

PLC systémy Siemens sú špeciálne navrhnuté na prekonanie týchto výziev a ponúkajú komplexné riešenie, ktoré kombinuje výkonné možnosti spracovania, pokročilé riadiace algoritmy a bezproblémovú konektivitu.

Základné technológie Siemens PLC pre polovodičové zariadenia

Séria SIMATIC S7-1500: Priemyselný štandard pre presné riadenie

Rad SIMATIC S7-1500 riadiacich jednotiek Siemens PLC vyniká ako preferovaná voľba pre zariadenia na výrobu polovodičov, pričom poskytuje výnimočný výkon a flexibilitu. Tieto ovládače ponúkajú:

Variant CPU S7-1500T-je obzvlášť vhodný- na výrobu polovodičov a ponúka integrované funkcie riadenia pohybu, ktoré zjednodušujú implementáciu komplexných viacosových systémov, ako sú roboty na manipuláciu s plátkami a presné polohovacie stupne. Vďaka vstavanej podpore kinematických transformácií a profilov vačiek tento PLC Siemens skracuje čas vývoja a zároveň zlepšuje presnosť riadenia pohybu až o 40 % v porovnaní s tradičnými riešeniami.

Siemens PLC Safety Solutions pre polovodičové čisté priestory

Bezpečnosť je prvoradá v prostrediach výroby polovodičov, kde aj malé poruchy zariadenia môžu viesť ku katastrofálnym stratám. Bezpečnostné riadiace jednotky Siemens PLC, ako napríklad séria S7-1500F, poskytujú certifikované bezpečnostné funkcie, ktoré:

• Zabráňte neoprávnenému prístupu do nebezpečných oblastí pomocou bezpečnostných blokovaní a systémov kontroly prístupu
• Monitorujte kritické parametre procesu v reálnom{0}}čase a spúšťajte automatické vypnutie, ak hodnoty prekročia bezpečné limity
• Zabezpečte funkciu bezpečného núdzového zastavenia vo všetkých pripojených zariadeniach s dobou odozvy do 10 ms
• Udržujte integritu údajov počas udalostí súvisiacich s bezpečnosťou-, aby ste umožnili analýzu základných príčin a zabránili opakovaniu

V nedávnej implementácii v poprednom závode na výrobu polovodičov PLC S7-1500F Safety Siemens PLC znížilo prestoje súvisiace s bezpečnosťou o 65 % a zároveň zlepšilo celkovú efektivitu zariadenia (OEE) o 12 %.

Kľúčové aplikácie Siemens PLC v zariadeniach na výrobu polovodičov

1. Zariadenia na výrobu plátkov: Presné riadenie procesov nanometrovej{1}}mierky

Výroba doštičiek je najkritickejšou fázou výroby polovodičov, ktorá si vyžaduje najvyššiu úroveň presnosti a kontroly. PLC systémy Siemens hrajú ústrednú úlohu v niekoľkých kľúčových procesoch:

Fotolitografické systémy

Vo fotolitografickom zariadení riadia riadiace jednotky Siemens PLC zarovnanie masiek a plátkov s presnosťou nižšou{0} nanometrov. Procesor S7-1500T-CPU umožňuje:

• Presnosť polohovania ±0,05 μm pre doštičkové stupne, kritická pre výrobu 7nm a 5nm procesných uzlov
• Synchronizované riadenie pohybu až 32 osí s PROFINET IRT, ktoré zaisťuje dokonalú koordináciu pohybov masky a plátku
• Úprava zaostrenia v{0}}reálnom čase na základe spätnej väzby snímača pri zachovaní rovnomernosti kritických rozmerov (CD) na celom povrchu plátku

Popredný výrobca fotolitografických zariadení oznámil 28 % zníženie chýb zoradenia po implementácii riadiacich systémov Siemens PLC, čo sa priamo premietlo do 9 % zvýšenia výťažnosti plátkov.

Zariadenia na leptanie a nanášanie

Pre procesy leptania a nanášania PLC systémy Siemens presne regulujú parametre, ako sú:

• Hustota plazmy s presnosťou ±0,5 % pomocou riadiacich algoritmov s uzavretou slučkou{1}
• Prietok plynu v rozmedzí ±0,1 sccm (štandardné kubické centimetre za minútu) pre procesné plyny, ako sú zlúčeniny na báze argónu, kyslíka a fluóru-
• Regulácia teploty procesných komôr v rozmedzí ±0,05 stupňa, zaisťujúca rovnomernú hrúbku a zloženie filmu

2. Elektronické montážne a testovacie zariadenia

Riešenia Siemens PLC sú rovnako cenné pri montáži elektroniky a testovacích procesoch, kde sú presnosť a rýchlosť nevyhnutné pre-výrobu veľkého objemu:

Linky technológie povrchovej montáže (SMT).

Na montážnych linkách SMT riadia riadiace jednotky Siemens PLC stroje na výber{0}}a{1}}umiestňovanie pomocou:

• Presnosť umiestnenia komponentov ±0,02 mm pri 4 sigma, čo umožňuje spoľahlivú montáž mikročipov s veľkosťou rozstupu už od 0,3 mm
• Čas cyklu už len 0,08 sekundy na komponent, podporuje rýchlosť výroby až 45 000 komponentov za hodinu
• Integrácia kontroly kvality-v reálnom čase, vyradenie chybných komponentov pred ich umiestnením na dosky plošných spojov

Významný výrobca elektroniky implementoval riadenie Siemens PLC na svojich SMT linkách, čo viedlo k 35 % zníženiu chýb pri umiestnení a 22 % zvýšeniu priepustnosti linky.

Automatizované testovacie zariadenie (ATE)

PLC systémy Siemens poskytujú vysokorýchlostné{0}}riadenie potrebné pre systémy ATE, ktoré testujú polovodičové zariadenia v rôznych fázach výroby:

• Spustenie testovacej sekvencie s dobou cyklu len 1 ms, čo umožňuje paralelné testovanie viacerých zariadení
• Presné generovanie signálu a meranie s presnosťou ±0,01% pre parametre napätia, prúdu a frekvencie
• Bezproblémový prenos údajov do systémov MES na analýzu{0}}výnosov v reálnom čase a optimalizáciu procesov

Siemens PLC Solution Architecture pre polovodičové zariadenia

Hardvérové ​​komponenty: Stavebné bloky presného riadenia

Typické riešenie Siemens PLC pre zariadenia na výrobu polovodičov obsahuje nasledujúce kľúčové komponenty:

• CPU SIMATIC S7-1500:Procesné jadro s možnosťami pre štandardné (S7-1500) alebo bezpečnostné (S7-1500F) ovládače na základe požiadaviek aplikácie
• ET 200SP Distribuovaný I/O systém:Modulárne I/O moduly s vysokou{0}}hustotou, ktoré poskytujú až 64 kanálov na modul so 16-bitovým rozlíšením pre analógové signály
• SIMATIC HMI panely:Rozhrania dotykovej obrazovky s{0}}zobrazením údajov v reálnom čase a možnosťami ovládania operátorom
• Mechaniky SINAMICS:Presné riadiace systémy motora, ktoré poskytujú presnosť krútiaceho momentu ±0,1 % pre aplikácie na manipuláciu a polohovanie plátkov
• Sieťová infraštruktúra PROFINET:Vysokorýchlostný{0}}priemyselný Ethernet s dobou cyklu až 31,25 μs pre synchronizované riadenie pohybu a výmenu údajov

Táto hardvérová architektúra zaisťuje, že systémy Siemens PLC dokážu zvládnuť najnáročnejšie aplikácie výroby polovodičov pri zachovaní najvyššej úrovne presnosti a spoľahlivosti.

Softvérový ekosystém: TIA Portal and Beyond

Riešenie Siemens PLC je doplnené o výkonný softvérový ekosystém, ktorý zjednodušuje vývoj, nasadenie a údržbu:

• Portál TIA (úplne integrovaná automatizácia):Jednotná inžinierska platforma, ktorá umožňuje bezproblémovú konfiguráciu PLC systémov Siemens, HMI panelov, pohonov a bezpečnostných komponentov
• SIMATIC WinCC:SCADA softvér, ktorý poskytuje-monitorovanie a získavanie údajov v reálnom čase s pokročilými možnosťami vizualizácie
• Bezpečnostná matica SIMATIC:Grafický nástroj pre návrh a implementáciu bezpečnostných funkcií v ovládačoch S7-1500F
• Simulačný softvér SIMIT:Umožňuje virtuálne uvedenie programov Siemens PLC do prevádzky pred fyzickou implementáciou, čím sa skracuje čas-uvedenia{1}}na trh až o 30 %

Integrácia týchto softvérových nástrojov s hardvérom PLC Siemens vytvára komplexné automatizačné riešenie, ktoré rieši všetky aspekty riadenia zariadení na výrobu polovodičov.

Skutočná{0}}svetová prípadová štúdia: Siemens PLC v zariadení na leptanie plátkov

Zákaznícka výzva

Popredný výrobca polovodičových zariadení potreboval vylepšiť svoje systémy plazmového leptania, aby splnili požiadavky na presnosť 5nm procesnej technológie. Ich existujúci riadiaci systém zápasil s:

• Udržiavanie rovnomernosti hustoty plazmy v rozmedzí ± 1 % na 300 mm doštičkách
• Dosiahnutie stabilnej rýchlosti leptania s odchýlkou ​​menšou ako 0,5 % na plátok
• Zníženie posunu procesu s cieľom minimalizovať variácie medzi plátkami-na{1}}oblátky
• Zlepšenie doby prevádzkyschopnosti systému znížením počtu neplánovaných udalostí údržby

Implementácia riešení Siemens PLC

Výrobca implementoval riešenie Siemens PLC založené na S7-1500F CPU 1518F-4 PN/DP s nasledujúcimi komponentmi:

• CPU S7-1500F s integrovanými bezpečnostnými funkciami pre zhodu so SIL 3
• ET 200SP I/O moduly pre vysoko-presné získavanie analógového signálu (16-bitové rozlíšenie)
• PROFINET IRT komunikácia pre synchronizované riadenie plazmových generátorov a systémov polohovania plátkov
• SIMATIC WinCC na monitorovanie procesov-v reálnom čase a zaznamenávanie údajov
• Pokročilé PID riadiace algoritmy optimalizované pre dynamiku plazmového procesu

Podrobný proces a výsledky testovania

Riešenie Siemens PLC prešlo prísnym testovaním v produkčnom prostredí s nasledujúcou metodikou a výsledkami:

Metodika testovania

• Základné meranie:100 doštičiek spracovaných existujúcim riadiacim systémom na stanovenie výkonnostných kritérií
• Integrácia Siemens PLC:Inštalácia a uvedenie nového riadiaceho systému do prevádzky s minimálnym prerušením výroby
• Overenie výkonu:500 doštičiek spracovaných na vyhodnotenie schopností nového systému
• Dlhodobé{0}testovanie stability:Nepretržitá prevádzka počas 30 dní na posúdenie spoľahlivosti systému a charakteristík posunu
• Analýza údajov:Porovnanie kľúčových metrík vrátane jednotnosti rýchlosti leptania, posunu procesu a doby prevádzkyschopnosti zariadenia

Kľúčové vylepšenia výkonu

Podrobné výsledky testov potvrdili, že riešenie Siemens PLC prinieslo významné zlepšenia vo všetkých kritických výkonnostných metrikách, čo sa priamo premietalo do zvýšenej produktivity a ziskovosti výrobcu.

Ďalšie výhody

Okrem kvantitatívnych vylepšení prinieslo riešenie Siemens PLC niekoľko kvalitatívnych výhod:

• Znížené náklady na údržbu:Možnosti prediktívnej údržby, ktoré umožňujú{0}}analýza údajov v reálnom čase, znížili náklady na údržbu o 28 %
• Rýchlejší vývoj procesov:Flexibilita systému Siemens PLC umožnila inžinierom implementovať nové procesné receptúry o 40 % rýchlejšie ako pri predchádzajúcom systéme
• Vylepšená integrita údajov:Bezproblémová integrácia so systémom MES výrobcu zabezpečila úplnú sledovateľnosť každého spracovaného plátku
• Škálovateľnosť:Modulárny dizajn riešenia Siemens PLC umožnil jednoduchý upgrade pre budúce procesné požiadavky a chránil tak investície výrobcu

Ako Siemens PLC poskytuje vysokú presnosť: technický hlboký ponor

Pokročilé riadiace algoritmy pre polovodičové procesy

PLC systémy Siemens obsahujú špecializované riadiace algoritmy navrhnuté tak, aby riešili jedinečné výzvy výroby polovodičov:

• Prediktívna kontrola modelu (MPC):Optimalizuje viacero procesných premenných súčasne, pričom zohľadňuje obmedzenia a budúce nastavené hodnoty, aby sa zabránilo prekročeniu a zabezpečila sa stabilita. V procesoch nanášania sa ukázalo, že MPC zlepšuje rovnomernosť hrúbky filmu o 35 % v porovnaní s tradičnou PID kontrolou
• Adaptívne ovládanie:Automaticky upravuje parametre ovládania v reálnom čase-na základe dynamiky procesu, čím kompenzuje posun a vonkajšie poruchy. Táto technológia v nedávnej implementácii znížila odchýlky v rýchlosti leptania o 60 %.
• Ovládanie fuzzy logikou:Zvláda zložité, ne{0}}lineárne vzťahy medzi procesnými parametrami, ktoré je ťažké matematicky modelovať. Vo fotolitografických vyrovnávacích systémoch zlepšila fuzzy logika presnosť polohovania o 25 %

Vysoká{0}}rýchlosť spracovania údajov a komunikácie

Výpočtový výkon systémov PLC Siemens im umožňuje zvládnuť obrovskú dátovú priepustnosť potrebnú na výrobu polovodičov:

• Viac{0}}jadrové procesory v sérii S7-1500 dokážu spracovať až 10 000 vstupno-výstupných bodov s dobou cyklu len 1 ms
• Komunikácia PROFINET IRT poskytuje deterministický prenos dát s jitterom menším ako 1 μs, čím zabezpečuje synchronizovanú prevádzku viacerých zariadení
• Výpočtové možnosti Edge umožňujú{0}}analýzu údajov v reálnom čase na úrovni vybavenia, čím sa znižuje oneskorenie a časy odozvy sa zlepšujú o 50 % v porovnaní s riešeniami založenými na cloude-

Integrácia s technológiou Digital Twin Technology

PLC systémy Siemens sa hladko integrujú s technológiou digitálneho dvojčaťa a vytvárajú virtuálnu reprezentáciu fyzického zariadenia, ktorá umožňuje:

• Virtuálne uvedenie do prevádzky:Testovanie a optimalizácia programov Siemens PLC v simulovanom prostredí pred nasadením, čo znižuje čas uvedenia do prevádzky až o 30 %
• Prediktívna údržba:Porovnanie{0}}skutočného výkonu zariadenia v reálnom čase s digitálnym dvojčaťom s cieľom identifikovať potenciálne problémy skôr, ako spôsobia prestoje
• Optimalizácia procesu:Použitie simulácie na testovanie nových parametrov procesu a receptúr bez prerušenia výroby

Výber správneho PLC Siemens pre vaše polovodičové vybavenie

Kľúčové kritériá výberu

Pri výbere riešenia Siemens PLC pre zariadenia na výrobu polovodičov zvážte nasledujúce faktory:

• Požiadavky na spracovanie:Vyhodnoťte počet I/O bodov, požadované časy cyklov a zložitosť riadiacich algoritmov
• Potreba presnosti:Určite požadovanú presnosť pre parametre polohy, teploty, tlaku a prietoku
• Bezpečnostné požiadavky:Posúďte, či je pre vašu aplikáciu potrebná bezpečnostná certifikácia SIL 2 alebo SIL 3
• Komunikačné protokoly:Zabezpečte kompatibilitu s existujúcimi systémami (PROFINET, EtherCAT, Modbus atď.)
• Škálovateľnosť:Plánujte budúce rozšírenie a modernizáciu technológie

Odporúčané modely PLC Siemens pre polovodičové aplikácie

Na základe týchto kritérií uvádzame najvhodnejšie modely PLC Siemens pre bežné aplikácie polovodičových zariadení:

Partnerstvo so spoločnosťou Siemens pre úspech

Siemens ponúka komplexné podporné služby, ktoré výrobcom pomáhajú implementovať a optimalizovať ich PLC riešenia Siemens, vrátane:

• Aplikačné inžinierstvo:Odborné poradenstvo pri návrhu a konfigurácii systému pre špecifické polovodičové procesy
• Tréningové programy:Praktické{0}}školenie pre inžinierov a technikov o programovaní a údržbe PLC Siemens
• Technická podpora:24/7 prístup do globálnej siete odborníkov na automatizáciu spoločnosti Siemens
• Aktualizácie softvéru:Pravidelné aktualizácie na zabezpečenie kompatibility s najnovšími technológiami výroby polovodičov

Záver: Budúcnosť výroby polovodičov s PLC Siemens

Keďže technológia polovodičov neustále napreduje, dopyt po vysoko{0}}precíznych automatizačných riešeniach bude len narastať. PLC systémy Siemens sú v popredí tohto vývoja a poskytujú výkon, spoľahlivosť a flexibilitu potrebnú na splnenie najnáročnejších požiadaviek odvetvia.

Implementáciou riešení Siemens PLC môžu výrobcovia polovodičov a elektroniky dosiahnuť:

• Bezkonkurenčná presnosť:Presnosť polohovania až na nanometre a riadenie procesu v rámci úzkych tolerancií
• Vylepšená produktivita:Vyššia priepustnosť, znížené prestoje a zvýšená doba prevádzkyschopnosti zariadenia
• Vylepšená kvalita:Lepšia jednotnosť procesu, zníženie defektov a vyššie výťažky plátkov
• Investícia do budúcnosti-:Škálovateľné riešenia, ktoré sa dokážu prispôsobiť meniacim sa požiadavkám procesov

Či už vyrábate-najmodernejšie{1}}-mikročipy, pokročilé senzory alebo špičkovú-spotrebnú elektroniku, technológia Siemens PLC poskytuje základ úspechu v dnešnom konkurenčnom polovodičovom priemysle.