Augstas-precīzas Siemens PLC risinājumi pusvadītāju un elektronikas ražošanas iekārtām

Ievads Siemens PLC pusvadītāju ražošanā

Pusvadītāju un elektronikas ražošanas nozarei ir nepieciešams visaugstākais precizitātes, uzticamības un efektivitātes līmenis, lai ražotu jaunākās{0}}ierīces ar nanometru-mēroga funkcijām. Siemens PLC (Programmable Logic Controller) sistēmas ir kļuvušas par automatizācijas mugurkaulu šajā kritiskajā sektorā, nodrošinot augstas-precizitātes vadību, kas nepieciešama, lai izpildītu nozares stingras prasības. No plāksnīšu izgatavošanas līdz galīgajai montāžai, Siemens PLC risinājumi ļauj ražotājiem sasniegt vēl nepieredzētus procesa kontroles, ražas optimizācijas un aprīkojuma veiktspējas līmeņus.

Šajā emuārā mēs izpētīsim, kā Siemens PLC tehnoloģija risina unikālos pusvadītāju un elektronikas ražošanas izaicinājumus, izceļot galvenās funkcijas, reālās -pasaules lietojumprogrammas un izmērāmas priekšrocības. Mēs arī izskatīsim konkrētus lietošanas gadījumus, kas parāda, kā Siemens PLC sistēmas sniedz taustāmus rezultātus ražotājiem visā pasaulē.

Galvenie izaicinājumi pusvadītāju un elektronikas ražošanā

Pusvadītāju ražošanas iekārtas saskaras ar vairākiem kritiskiem izaicinājumiem, kas prasa progresīvus automatizācijas risinājumus:

• Īpaši-augstas precizitātes prasības:Tādiem procesiem kā fotolitogrāfija, kodināšana un nogulsnēšana prasa pozicionēšanas precizitāti līdz nanometriem un temperatūras kontroli ±0,1 grāda robežās.
• Sarežģīta vairāku{0}}mainīgo vadība:Simtiem procesa parametru vienlaicīga koordinēšana, saglabājot stabilitāti un atkārtojamību
• Ātra{0}}datu apstrāde:Tūkstošiem I/O punktu un sensoru rādījumu apstrāde ar cikla laikiem līdz 1 ms
• Stingri drošības un uzticamības standarti:Dīkstāves laika samazināšana un procesa integritātes nodrošināšana tīras telpas vidē
• Nevainojama integrācija ar citām sistēmām:Saziņa ar MES (ražošanas izpildes sistēmām), SCADA (uzraudzības kontrole un datu iegūšana) un IoT platformām

Siemens PLC sistēmas ir īpaši izstrādātas, lai pārvarētu šīs problēmas, piedāvājot visaptverošu risinājumu, kas apvieno jaudīgas apstrādes iespējas, progresīvus vadības algoritmus un netraucētu savienojamību.

Galvenās Siemens PLC tehnoloģijas pusvadītāju iekārtām

SIMATIC S7-1500 sērija: nozares standarts precīzai kontrolei

Siemens PLC kontrolleru sērija SIMATIC S7-1500 izceļas kā vēlamā izvēle pusvadītāju ražošanas iekārtām, nodrošinot izcilu veiktspēju un elastību. Šie kontrolieri piedāvā:

S7-1500T-CPU variants ir īpaši piemērots Ar iebūvētu atbalstu kinemātiskām transformācijām un izciļņu profiliem, šis Siemens PLC samazina izstrādes laiku, vienlaikus uzlabojot kustības vadības precizitāti līdz pat 40%, salīdzinot ar tradicionālajiem risinājumiem.

Siemens PLC drošības risinājumi pusvadītāju tīrām telpām

Drošība ir vissvarīgākā pusvadītāju ražošanas vidē, kur pat nelieli iekārtu darbības traucējumi var izraisīt katastrofālus zaudējumus. Siemens PLC drošības kontrolieri, piemēram, S7-1500F sērija, nodrošina sertificētas drošības funkcijas, kas:

• Novērsiet nesankcionētu piekļuvi bīstamajām zonām, izmantojot drošības bloķētājus un piekļuves kontroles sistēmas
• Pārraugiet kritiskos procesa parametrus reāllaikā{0}}, aktivizējot automātisku izslēgšanu, ja vērtības pārsniedz drošās robežas
• Nodrošiniet drošu avārijas apturēšanas funkcionalitāti visās pievienotajās iekārtās ar reakcijas laiku, kas mazāks par 10 ms
• Saglabājiet datu integritāti ar drošību{0} saistītu notikumu laikā, lai iespējotu pamatcēloņu analīzi un novērstu atkārtošanos

Nesen ieviestā vadošā pusvadītāju ražotnē S7-1500F drošības Siemens PLC samazināja ar drošību saistīto dīkstāves laiku par 65%, vienlaikus uzlabojot kopējo iekārtu efektivitāti (OEE) par 12%.

Galvenie Siemens PLC pielietojumi pusvadītāju ražošanas iekārtās

1. Vafeļu izgatavošanas aprīkojums: precīza kontrole nanometru{1}}mērogošanas procesiem

Vafeļu izgatavošana ir viskritiskākais posms pusvadītāju ražošanā, kam nepieciešama visaugstākā precizitātes un kontroles pakāpe. Siemens PLC sistēmām ir galvenā loma vairākos galvenajos procesos:

Fotolitogrāfijas sistēmas

Fotolitogrāfijas iekārtās Siemens PLC kontrolleri pārvalda masku un plāksnīšu izlīdzināšanu ar sub{0}}nanometra precizitāti. S7-1500T-CPU nodrošina:

• Pozicionēšanas precizitāte ±0,05 μm vafeļu posmiem, kritiska 7nm un 5nm procesa mezglu ražošanai
• Sinhronizēta kustību vadība līdz 32 asīm ar PROFINET IRT, nodrošinot maskas un vafeļu kustību perfektu koordināciju
• Reāllaika{0}}fokusa pielāgošana, pamatojoties uz sensora atgriezenisko saiti, saglabājot kritisko izmēru (CD) vienmērīgumu visā plāksnītes virsmā

Vadošais fotolitogrāfijas iekārtu ražotājs ziņoja par izlīdzināšanas kļūdu samazināšanos par 28% pēc Siemens PLC vadības sistēmu ieviešanas, kas tieši nozīmē vafeļu iznākuma pieaugumu par 9%.

Kodināšanas un uzklāšanas iekārtas

Kodināšanas un uzklāšanas procesos Siemens PLC sistēmas precīzi regulē tādus parametrus kā:

• Plazmas blīvums ar precizitāti ±0,5%, izmantojot slēgtās cilpas vadības algoritmus
• Gāzes plūsmas ātrums ar precizitāti ±0,1 sccm (standarta kubikcentimetri minūtē) tehnoloģiskām gāzēm, piemēram, argona, skābekļa un fluora{1}}savienojumiem
• Procesa kameru temperatūras kontrole ±0,05 grādu robežās, nodrošinot vienmērīgu plēves biezumu un sastāvu

2. Elektronikas montāžas un testēšanas aprīkojums

Siemens PLC risinājumi ir vienlīdz vērtīgi elektronikas montāžas un testēšanas procesos, kur precizitāte un ātrums ir būtiskas liela{0}}apjoma ražošanai:

Virsmas montāžas tehnoloģijas (SMT) līnijas

SMT montāžas līnijās Siemens PLC kontrolleri pārvalda atlases{0}}un-izvietošanas iekārtas ar:

• Komponentu izvietošanas precizitāte ±0,02 mm pie 4 sigma, ļaujot droši salikt mikroshēmas ar 0,3 mm izmēru
• Viena komponenta cikla laiks ir 0,08 sekundes, nodrošinot ražošanas ātrumu līdz 45 000 komponentu stundā
• Reāllaika kvalitātes pārbaudes integrācija-, bojātu komponentu noraidīšana pirms to ievietošanas PCB

Liels elektronikas ražotājs ieviesa Siemens PLC vadību savās SMT līnijās, kā rezultātā par 35% samazinājās izvietojuma kļūdas un par 22% pieauga līnijas caurlaidspēja.

Automatizētās pārbaudes iekārtas (ATE)

Siemens PLC sistēmas nodrošina liela{0}}ātruma vadību, kas nepieciešama ATE sistēmām, kas testē pusvadītāju ierīces dažādos ražošanas posmos:

• Testa secības izpilde ar tik zemu cikla laiku kā 1 ms, kas ļauj paralēli testēt vairākas ierīces
• Precīza signāla ģenerēšana un mērīšana ar precizitāti ±0,01% sprieguma, strāvas un frekvences parametriem
• Nevainojama datu pārsūtīšana uz MES sistēmām, lai{0}}reāllaika veiktu ienesīguma analīzi un procesu optimizāciju

Siemens PLC risinājumu arhitektūra pusvadītāju iekārtām

Aparatūras komponenti: precīzas kontroles pamatelementi

Tipisks Siemens PLC risinājums pusvadītāju ražošanas iekārtām ietver šādas galvenās sastāvdaļas:

• CPU SIMATIC S7-1500:Apstrādes kodols ar standarta (S7-1500) vai drošības (S7-1500F) kontrolieriem, pamatojoties uz lietojumprogrammas prasībām
• ET 200SP dalītā I/O sistēma:Augsta{0}}blīvuma, modulāri I/O moduļi, kas nodrošina līdz 64 kanāliem katrā modulī ar 16 bitu izšķirtspēju analogajiem signāliem
• SIMATIC HMI paneļi:Skārienekrāna saskarnes ar{0}}reāllaika datu vizualizāciju un operatora vadības iespējām
• SINAMICS diskdziņi:Precīzas motora vadības sistēmas, kas nodrošina griezes momenta precizitāti ±0,1% vafeļu apstrādes un pozicionēšanas lietojumos
• PROFINET tīkla infrastruktūra:Ātrgaitas{0}}industriālais Ethernet ar cikla laiku līdz 31,25 μs sinhronizētai kustības kontrolei un datu apmaiņai

Šī aparatūras arhitektūra nodrošina, ka Siemens PLC sistēmas var apstrādāt visprasīgākos pusvadītāju ražošanas lietojumus, vienlaikus saglabājot visaugstāko precizitātes un uzticamības līmeni.

Programmatūras ekosistēma: TIA portāls un tālāk

Siemens PLC risinājumu papildina jaudīga programmatūras ekosistēma, kas vienkāršo izstrādi, izvietošanu un apkopi:

• TIA portāls (pilnībā integrēta automatizācija):Vienota inženiertehniskā platforma, kas nodrošina netraucētu Siemens PLC sistēmu, HMI paneļu, disku un drošības komponentu konfigurēšanu
• SIMATIC WinCC:SCADA programmatūra, kas nodrošina reāllaika{0}}uzraudzību un datu iegūšanu ar uzlabotām vizualizācijas iespējām
• SIMATIC drošības matrica:Grafisks rīks drošības funkciju projektēšanai un ieviešanai S7-1500F kontrolleros
• SIMIT simulācijas programmatūra:Iespējo Siemens PLC programmu virtuālo nodošanu ekspluatācijā pirms fiziskas ieviešanas, samazinot{0}}laiku, lai-tirdzniecībā nonāktu līdz pat 30%

Šo programmatūras rīku integrācija ar Siemens PLC aparatūru rada visaptverošu automatizācijas risinājumu, kas risina visus pusvadītāju ražošanas iekārtu kontroles aspektus.

Reāls-Pasaules gadījuma pētījums: Siemens PLC vafeļu kodināšanas iekārtās

Klientu izaicinājums

Vadošajam pusvadītāju iekārtu ražotājam bija jāatjaunina savas plazmas kodināšanas sistēmas, lai tās atbilstu 5 nm procesa tehnoloģijas precizitātes prasībām. Viņu esošā kontroles sistēma cīnījās ar:

• Uzturot plazmas blīvuma vienmērīgumu ±1% robežās uz 300 mm plāksnēm
• Stabilu kodināšanas ātruma sasniegšana ar svārstībām, kas mazākas par 0,5% uz vienu plāksni
• Procesa novirzes samazināšana, lai samazinātu vafeļu -uz-vafeles atšķirības
• Sistēmas darbības laika uzlabošana, samazinot neplānotus apkopes notikumus

Siemens PLC risinājumu ieviešana

Ražotājs ieviesa Siemens PLC risinājumu, kura pamatā ir S7-1500F CPU 1518F-4 PN/DP ar šādiem komponentiem:

• S7-1500F centrālais procesors ar integrētām drošības funkcijām SIL 3 atbilstībai
• ET 200SP I/O moduļi augstas precizitātes analogā signāla iegūšanai (16 bitu izšķirtspēja)
• PROFINET IRT komunikācija plazmas ģeneratoru un vafeļu pozicionēšanas sistēmu sinhronizētai vadībai
• SIMATIC WinCC reāllaika{0}}procesu uzraudzībai un datu reģistrēšanai
• Uzlaboti PID kontroles algoritmi, kas optimizēti plazmas procesa dinamikai

Detalizēts testēšanas process un rezultāti

Siemens PLC risinājums tika rūpīgi pārbaudīts ražošanas vidē, izmantojot šādu metodiku un rezultātus:

Testēšanas metodika

• Sākotnējais mērījums:100 vafeles, kas apstrādātas ar esošo kontroles sistēmu, lai noteiktu veiktspējas kritērijus
• Siemens PLC integrācija:Jaunās vadības sistēmas uzstādīšana un nodošana ekspluatācijā ar minimāliem ražošanas traucējumiem
• Veiktspējas pārbaude:Apstrādātas 500 vafeles, lai novērtētu jaunās sistēmas iespējas
• Ilgtermiņa stabilitātes pārbaude{0}}Nepārtraukta darbība 30 dienas, lai novērtētu sistēmas uzticamību un novirzes raksturlielumus
• Datu analīze:Galveno rādītāju salīdzinājums, tostarp kodināšanas ātruma vienmērīgums, procesa novirze un aprīkojuma darbības laiks

Galvenie veiktspējas uzlabojumi

Detalizētie testu rezultāti apstiprināja, ka Siemens PLC risinājums nodrošināja būtiskus uzlabojumus visos kritiskajos veiktspējas rādītājos, tieši izraisot ražotāja produktivitātes un rentabilitātes palielināšanos.

Papildu priekšrocības

Papildus kvantitatīviem uzlabojumiem Siemens PLC risinājums sniedza vairākas kvalitatīvas priekšrocības:

• Samazinātas uzturēšanas izmaksas:Prognozējošās apkopes iespējas, ko iespējo{0}}reāllaika datu analīze, samazināja uzturēšanas izdevumus par 28%
• Ātrāka procesa attīstība:Siemens PLC sistēmas elastība ļāva inženieriem ieviest jaunas procesa receptes par 40% ātrāk nekā ar iepriekšējo sistēmu
• Uzlabota datu integritāte:Nevainojama integrācija ar ražotāja MES sistēmu nodrošināja pilnīgu katras apstrādātās vafeles izsekojamību
• Mērogojamība:Siemens PLC risinājuma modulārais dizains atviegloja jaunināšanu turpmākajām procesa prasībām, aizsargājot ražotāja ieguldījumus.

Kā Siemens PLC nodrošina augstu precizitāti: tehniska dziļa niršana

Uzlaboti vadības algoritmi pusvadītāju procesiem

Siemens PLC sistēmās ir iekļauti specializēti vadības algoritmi, kas izstrādāti, lai risinātu unikālās pusvadītāju ražošanas problēmas:

• Modeļa paredzamā vadība (MPC):Vienlaicīgi optimizē vairākus procesa mainīgos, ņemot vērā ierobežojumus un turpmākās uzdotās vērtības, lai novērstu pārsniegšanu un nodrošinātu stabilitāti. Ir pierādīts, ka nogulsnēšanas procesos MPC uzlabo plēves biezuma viendabīgumu par 35%, salīdzinot ar tradicionālo PID kontroli
• Adaptīvā vadība:Automātiski pielāgo vadības parametrus reāllaikā{0}}, pamatojoties uz procesa dinamiku, kompensējot novirzi un ārējos traucējumus. Šī tehnoloģija nesenajā ieviešanā samazināja kodināšanas ātruma izmaiņas par 60%.
• Neskaidra loģiskā vadība:Apstrādā sarežģītas, ne{0}}lineāras attiecības starp procesa parametriem, kuras ir grūti modelēt matemātiski. Fotolitogrāfijas izlīdzināšanas sistēmās izplūdušā loģika uzlaboja pozicionēšanas precizitāti par 25%

Ātra{0}}datu apstrāde un sakari

Siemens PLC sistēmu apstrādes jauda ļauj tām apstrādāt milzīgo datu caurlaidspēju, kas nepieciešama pusvadītāju ražošanai:

• S7-1500 sērijas vairāku{0}}kodolu CPU var apstrādāt līdz 10 000 I/O punktiem ar cikla laiku līdz 1 ms
• PROFINET IRT komunikācija nodrošina deterministisku datu pārraidi ar nervozitāti, kas mazāka par 1 μs, nodrošinot vairāku ierīču sinhronizētu darbību
• Edge skaitļošanas iespējas ļauj veikt reāllaika datu analīzi-iekārtu līmenī, samazinot latentumu un uzlabojot reakcijas laiku par 50%, salīdzinot ar mākoņrisinājumiem{2}}

Integrācija ar Digital Twin tehnoloģiju

Siemens PLC sistēmas nemanāmi integrējas ar digitālo dvīņu tehnoloģiju, radot virtuālu fiziskā aprīkojuma attēlojumu, kas ļauj:

• Virtuālā nodošana ekspluatācijā:Siemens PLC programmu testēšana un optimizēšana simulētā vidē pirms izvietošanas, samazinot ekspluatācijas laiku līdz pat 30%
• Prognozējošā apkope:Reāllaika-iekārtu faktiskās veiktspējas salīdzinājums ar digitālo dvīņu sistēmu, lai identificētu iespējamās problēmas, pirms tās izraisa dīkstāvi
• Procesa optimizācija:Simulācijas izmantošana, lai pārbaudītu jaunus procesa parametrus un receptes, nepārtraucot ražošanu

Pareizā Siemens PLC izvēle jūsu pusvadītāju aprīkojumam

Galvenie atlases kritēriji

Izvēloties Siemens PLC risinājumu pusvadītāju ražošanas iekārtām, ņemiet vērā šādus faktorus:

• Apstrādes prasības:Novērtējiet I/O punktu skaitu, nepieciešamo cikla laiku un vadības algoritmu sarežģītību
• Precizitātes vajadzības:Nosakiet nepieciešamo pozīcijas, temperatūras, spiediena un plūsmas kontroles parametru precizitāti
• Drošības prasības:Novērtējiet, vai jūsu pieteikumam ir nepieciešams SIL 2 vai SIL 3 drošības sertifikāts
• Sakaru protokoli:Nodrošiniet saderību ar esošajām sistēmām (PROFINET, EtherCAT, Modbus utt.)
• Mērogojamība:Plānojiet turpmāko paplašināšanos un tehnoloģiju uzlabojumus

Ieteicamie Siemens PLC modeļi pusvadītāju lietojumiem

Pamatojoties uz šiem kritērijiem, šeit ir vispiemērotākie Siemens PLC modeļi parastajiem pusvadītāju iekārtu lietojumiem:

Sadarbība ar Siemens, lai gūtu panākumus

Siemens piedāvā visaptverošus atbalsta pakalpojumus, lai palīdzētu ražotājiem ieviest un optimizēt savus Siemens PLC risinājumus, tostarp:

• Lietojumprogrammu inženierija:Ekspertu norādījumi par sistēmu projektēšanu un konfigurāciju konkrētiem pusvadītāju procesiem
• Apmācību programmas:Praktiskas{0}}apmācības inženieriem un tehniķiem par Siemens PLC programmēšanu un apkopi
• Tehniskais atbalsts:24/7 pieeja Siemens globālajam automatizācijas ekspertu tīklam
• Programmatūras atjauninājumi:Regulāri atjauninājumi, lai nodrošinātu saderību ar jaunākajām pusvadītāju ražošanas tehnoloģijām

Secinājums: pusvadītāju ražošanas nākotne ar Siemens PLC

Pusvadītāju tehnoloģijai turpinot attīstīties, pieprasījums pēc augstas{0}}precizitātes automatizācijas risinājumiem tikai pieaugs. Siemens PLC sistēmas ir šīs evolūcijas priekšgalā, nodrošinot veiktspēju, uzticamību un elastību, kas nepieciešama, lai atbilstu nozares vissarežģītākajām prasībām.

Ieviešot Siemens PLC risinājumus, pusvadītāju un elektronikas ražotāji var sasniegt:

• Nepārspējama precizitāte:Pozicionēšanas precizitāte līdz nanometriem un procesa kontrole ierobežotās pielaidēs
• Uzlabota produktivitāte:Lielāka caurlaidspēja, samazināts dīkstāves laiks un palielināts aprīkojuma darbības laiks
• Uzlabota kvalitāte:Labāka procesa viendabība, mazāki defekti un lielāka vafeļu ražība
• Nākotnes{0}}pārliecinošs ieguldījums:Mērogojami risinājumi, kas var pielāgoties mainīgajām procesa prasībām

Neatkarīgi no tā, vai ražojat -modernas-mikroshēmas, progresīvus sensorus vai visprogresīvāko-patērētāju elektroniku, Siemens PLC tehnoloģija nodrošina pamatu panākumiem mūsdienu konkurētspējīgā pusvadītāju nozarē.