Високоточні-рішення Siemens PLC для обладнання для виробництва напівпровідників та електроніки

Вступ до Siemens PLC у виробництві напівпровідників

Виробництво напівпровідників та електроніки потребує найвищого рівня точності, надійності та ефективності для виробництва передових-пристроїв із функціями нанометрового-масштабу. Системи Siemens PLC (програмований логічний контролер) стали основою автоматизації в цьому критичному секторі, забезпечуючи високо-точне керування, необхідне для відповідності суворим вимогам галузі. Рішення Siemens PLC дозволяють виробникам досягти безпрецедентного рівня контролю процесу, оптимізації продуктивності та продуктивності обладнання, починаючи від виготовлення пластин і закінчуючи остаточним складанням.

У цьому блозі ми дослідимо, як технологія Siemens PLC вирішує унікальні виклики виробництва напівпровідників та електроніки, висвітлюючи ключові функції, реальні -додатки та вимірні переваги. Ми також розглянемо конкретні випадки використання, які продемонструють, як системи ПЛК Siemens забезпечують відчутні результати для виробників у всьому світі.

Основні виклики у виробництві напівпровідників та електроніки

Устаткування для виробництва напівпровідників стикається з кількома критичними проблемами, які вимагають передових рішень автоматизації:

• Над-високі вимоги до точності:Такі процеси, як фотолітографія, травлення та осадження, вимагають точності позиціонування до нанометрів і контролю температури в межах ±0,1 градуса
• Комплексне багато{0}}регулювання змінних:Одночасна координація сотень параметрів процесу, зберігаючи стабільність і повторюваність
• Високо{0}}швидкісна обробка даних:Обробка тисяч точок вводу/виводу та показань датчиків із тривалістю циклу всього 1 мс
• Суворі стандарти безпеки та надійності:Мінімізація часу простою та забезпечення цілісності процесу в середовищі чистих приміщень
• Повна інтеграція з іншими системами:Спілкування з MES (Manufacturing Execution Systems), SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) і платформами IoT

Системи ПЛК Siemens спеціально розроблені для подолання цих проблем, пропонуючи комплексне рішення, яке поєднує в собі потужні можливості обробки, розширені алгоритми керування та безперебійне підключення.

Основні технології PLC Siemens для напівпровідникового обладнання

Серія SIMATIC S7-1500: промисловий стандарт для точного керування

Серія контролерів ПЛК Siemens SIMATIC S7-1500 виділяється як кращий вибір для обладнання для виробництва напівпровідників, забезпечуючи виняткову продуктивність і гнучкість. Ці контролери пропонують:

Варіант ЦП S7-1500T-особливо добре-підходить для виробництва напівпровідників, пропонуючи інтегровані можливості керування рухом, які спрощують реалізацію складних багато{5}}систем, таких як роботи для роботи з пластинами та етапи точного позиціонування. Завдяки вбудованій підтримці кінематичних перетворень і профілів кулачків цей ПЛК Siemens скорочує час розробки, одночасно підвищуючи точність керування рухом до 40% порівняно з традиційними рішеннями.

Рішення безпеки Siemens PLC для напівпровідникових чистих приміщень

Безпека має першочергове значення в середовищах виробництва напівпровідників, де навіть незначні збої в роботі обладнання можуть призвести до катастрофічних втрат. Контролери безпеки ПЛК Siemens, такі як серія S7-1500F, забезпечують сертифіковані функції безпеки, які:

• Запобігайте несанкціонованому доступу до небезпечних зон за допомогою захисних блокувань і систем контролю доступу
• Відстежуйте критичні параметри процесу в режимі-часу, запускаючи автоматичне відключення, якщо значення перевищують безпечні межі
• Забезпечте безпечну функцію аварійної зупинки всього підключеного обладнання з часом відгуку менше 10 мс
• Підтримуйте цілісність даних під час-подій, пов’язаних із безпекою, щоб увімкнути аналіз першопричини та запобігти повторенню

У нещодавньому впровадженні на провідній фабриці напівпровідників S7-1500F safety Siemens PLC скоротив час простою, пов’язаного з безпекою, на 65%, одночасно підвищивши загальну ефективність обладнання (OEE) на 12%.

Ключові застосування ПЛК Siemens в обладнанні для виробництва напівпровідників

1. Обладнання для виготовлення пластин: точний контроль процесів у нанометровому-масштабі

Виготовлення пластин є найважливішим етапом у виробництві напівпровідників, що вимагає найвищого рівня точності та контролю. Системи ПЛК Siemens відіграють центральну роль у кількох ключових процесах:

Системи фотолітографії

У фотолітографічному обладнанні контролери ПЛК Siemens керують вирівнюванням масок і пластин із суб-нанометровою точністю. S7-1500T-CPU дозволяє:

• Точність позиціонування ±0,05 мкм для пластин, критично важлива для виробництва технологічних вузлів 7 нм і 5 нм
• Синхронізований контроль руху до 32 осей за допомогою PROFINET IRT, що забезпечує ідеальну координацію рухів маски та пластини
• Регулювання-фокусу в реальному часі на основі зворотного зв’язку датчика, підтримуючи однорідність критичного розміру (CD) по всій поверхні пластини

Провідний виробник обладнання для фотолітографії повідомив про зменшення помилок вирівнювання на 28% після впровадження систем керування Siemens PLC, що безпосередньо призвело до збільшення виходу пластин на 9%.

Обладнання для травлення та нанесення

Для процесів травлення та осадження системи ПЛК Siemens точно регулюють такі параметри, як:

• Щільність плазми з точністю ±0,5% із використанням замкнутих{1}}алгоритмів керування
• Швидкість потоку газу в межах ±0,1 sccm (стандартних кубічних сантиметрів на хвилину) для технологічних газів, таких як аргон, кисень і сполуки на основі-фтору
• Контроль температури технологічних камер в межах ±0,05 градуса, забезпечуючи рівномірну товщину та склад плівки

2. Обладнання для складання та тестування електроніки

Рішення Siemens PLC однаково цінні в процесах складання та тестування електроніки, де точність і швидкість є важливими для-великого виробництва:

Лінії технології поверхневого монтажу (SMT).

На складальних лініях SMT контролери ПЛК Siemens керують підбором-і-верстатами за допомогою:

• Точність розміщення компонентів ±0,02 мм при 4 сигма, що забезпечує надійне складання мікрочіпів із кроком лише 0,3 мм
• Тривалість циклу всього 0,08 секунди на компонент, підтримуючи продуктивність до 45 000 компонентів на годину
• Інтеграція перевірки якості-в реальному часі, відбраковування дефектних компонентів перед їх розміщенням на друкованих платах

Великий виробник електроніки запровадив керування ПЛК Siemens на своїх лініях SMT, що призвело до зменшення помилок розміщення на 35% і збільшення пропускної здатності лінії на 22%.

Автоматизоване випробувальне обладнання (ATE)

Системи ПЛК Siemens забезпечують високо-швидкісне керування, необхідне для систем ATE, які тестують напівпровідникові пристрої на різних етапах виробництва:

• Виконання послідовності тестів із тривалістю циклу всього 1 мс, що дозволяє паралельно тестувати кілька пристроїв
• Генерація та вимірювання прецизійного сигналу з точністю ±0,01% для параметрів напруги, струму та частоти
• Безпроблемна передача даних до систем MES для-аналізу продуктивності та оптимізації процесу в реальному часі

Архітектура рішення PLC Siemens для напівпровідникового обладнання

Апаратні компоненти: будівельні блоки точного керування

Типове рішення ПЛК Siemens для обладнання для виробництва напівпровідників включає такі ключові компоненти:

• ЦП SIMATIC S7-1500:Ядро обробки з опціями для стандартних (S7-1500) або безпечних (S7-1500F) контролерів на основі вимог програми
• Розподілена система вводу/виводу ET 200SP:Модульні модулі вводу/виводу високої-щільності, які забезпечують до 64 каналів на модуль із 16-бітною роздільною здатністю для аналогових сигналів
• Панелі SIMATIC HMI:Сенсорний інтерфейс із-візуалізацією даних у реальному часі та можливостями керування оператором
• Приводи SINAMICS:Прецизійні системи керування двигуном, які забезпечують точність крутного моменту ±0,1% для обробки та позиціонування пластин
• Інфраструктура мережі PROFINET:Високо{0}}швидкісний промисловий Ethernet із часом циклу до 31,25 мкс для синхронізованого керування рухом і обміну даними

Ця апаратна архітектура гарантує, що системи ПЛК Siemens можуть працювати з найвибагливішими програмами виробництва напівпровідників, зберігаючи при цьому найвищий рівень точності та надійності.

Екосистема програмного забезпечення: TIA Portal і не тільки

Рішення Siemens PLC доповнюється потужною програмною екосистемою, яка спрощує розробку, розгортання та обслуговування:

• Портал TIA (повна інтегрована автоматизація):Уніфікована інженерна платформа, яка забезпечує безперебійну конфігурацію систем ПЛК Siemens, панелей HMI, приводів і компонентів безпеки
• SIMATIC WinCC:Програмне забезпечення SCADA, яке забезпечує-моніторинг у реальному часі та збір даних із розширеними можливостями візуалізації
• Матриця безпеки SIMATIC:Графічний інструмент для проектування та реалізації функцій безпеки в контролерах S7-1500F
• Програмне забезпечення для моделювання SIMIT:Дозволяє віртуально вводити в експлуатацію програми ПЛК Siemens перед фізичним впровадженням, скорочуючи час-виходу-на ринок до 30%

Інтеграція цих програмних засобів із апаратним забезпеченням ПЛК Siemens створює комплексне рішення автоматизації, яке стосується всіх аспектів керування обладнанням для виробництва напівпровідників.

Практичний-світовий приклад: Siemens PLC у обладнанні для травлення пластин

Виклик клієнта

Провідний виробник напівпровідникового обладнання потребував модернізації своїх систем плазмового травлення, щоб відповідати вимогам точності 5-нм техпроцесу. Їх існуюча система контролю мала проблеми з:

• Підтримка однорідності щільності плазми в межах ±1% на пластинах 300 мм
• Досягнення стабільної швидкості травлення з варіацією менше 0,5% на пластину
• Зменшення дрейфу процесу для мінімізації варіацій між пластинами-{1}}
• Збільшення часу безвідмовної роботи системи за рахунок скорочення незапланованих випадків технічного обслуговування

Впровадження рішення ПЛК Siemens

Виробник реалізував ПЛК Siemens на базі S7-1500F CPU 1518F-4 PN/DP з такими компонентами:

• ЦП S7-1500F із вбудованими функціями безпеки для відповідності SIL 3
• Модулі вводу/виводу ET 200SP для отримання-високоточних аналогових сигналів (16-бітна роздільна здатність)
• Зв'язок PROFINET IRT для синхронізованого керування генераторами плазми та системами позиціонування пластин
• SIMATIC WinCC для-моніторингу процесів і реєстрації даних у реальному часі
• Удосконалені алгоритми ПІД-регулювання, оптимізовані для динаміки плазмових процесів

Детальний процес і результати тестування

PLC-рішення Siemens пройшло ретельне тестування у виробничому середовищі з наступною методологією та результатами:

Методологія тестування

• Базове вимірювання:100 пластин, оброблених за допомогою існуючої системи керування для встановлення контрольних показників продуктивності
• Інтеграція ПЛК Siemens:Встановлення та введення в експлуатацію нової системи керування з мінімальними перебоями у виробництві
• Перевірка продуктивності:500 пластин оброблено для оцінки можливостей нової системи
• Довго{0}}тестування стабільності:Безперервна робота протягом 30 днів для оцінки надійності системи та характеристик дрейфу
• Аналіз даних:Порівняння ключових показників, включаючи рівномірність швидкості травлення, дрейф процесу та час безвідмовної роботи обладнання

Ключові покращення продуктивності

Детальні результати тестування підтвердили, що рішення ПЛК Siemens забезпечило значні покращення всіх критичних показників продуктивності, що безпосередньо призвело до підвищення продуктивності та прибутковості для виробника.

Додаткові переваги

Окрім кількісних удосконалень, рішення Siemens PLC забезпечило кілька якісних переваг:

• Зменшені витрати на технічне обслуговування:Можливості прогнозованого технічного обслуговування завдяки-аналізу даних у реальному часі зменшили витрати на технічне обслуговування на 28%
• Швидший розвиток процесу:Гнучкість системи ПЛК Siemens дозволила інженерам впроваджувати нові рецепти процесу на 40% швидше, ніж у попередній системі
• Покращена цілісність даних:Повна інтеграція з системою MES виробника забезпечила повну відстежуваність кожної обробленої пластини
• Масштабованість:Модульна конструкція рішення ПЛК Siemens спрощує оновлення для майбутніх вимог процесу, захищаючи інвестиції виробника

Як ПЛК Siemens забезпечує високу точність: технічний огляд

Розширені алгоритми керування процесами в напівпровідниках

Системи ПЛК Siemens містять спеціалізовані алгоритми керування, розроблені для вирішення унікальних завдань виробництва напівпровідників:

• Прогнозний контроль моделі (MPC):Оптимізує кілька змінних процесу одночасно, враховуючи обмеження та майбутні задані значення, щоб запобігти перевищенням і забезпечити стабільність. Було показано, що в процесах осадження MPC покращує рівномірність товщини плівки на 35% порівняно з традиційним ПІД-контролем
• Адаптивний контроль:Автоматично регулює параметри керування в реальному-часі на основі динаміки процесу, компенсуючи дрейф і зовнішні перешкоди. Ця технологія зменшила варіацію швидкості травлення на 60% у нещодавньому застосуванні
• Нечітке логічне керування:Обробляє складні не-лінійні зв’язки між параметрами процесу, які важко змоделювати математично. У фотолітографічних системах вирівнювання нечітка логіка підвищила точність позиціонування на 25%

Високошвидкісна-обробка даних і зв’язок

Обчислювальна потужність систем ПЛК Siemens дозволяє їм обробляти величезну пропускну здатність даних, необхідну для виробництва напівпровідників:

• Багатоядерні процесори серії S7-1500 можуть обробляти до 10 000 точок вводу-виводу з тривалістю циклу до 1 мс
• Зв'язок PROFINET IRT забезпечує детерміновану передачу даних із тремтінням менше 1 мкс, забезпечуючи синхронізовану роботу кількох пристроїв
• Можливості периферійних обчислень дозволяють-аналізувати дані в реальному часі на рівні обладнання, зменшуючи затримку та покращуючи час відгуку на 50% порівняно з хмарними-рішеннями

Інтеграція з технологією Digital Twin

Системи ПЛК Siemens легко інтегруються з технологією цифрових близнюків, створюючи віртуальне представлення фізичного обладнання, яке дозволяє:

• Віртуальне введення в експлуатацію:Тестування та оптимізація програм ПЛК Siemens у змодельованому середовищі перед розгортанням, що скорочує час введення в експлуатацію до 30%
• Прогнозне обслуговування:Порівняння-фактичної продуктивності обладнання з цифровим двійником у реальному часі для виявлення потенційних проблем до того, як вони спричинять простой
• Оптимізація процесу:Використання моделювання для перевірки нових параметрів процесу та рецептів без переривання виробництва

Вибір правильного ПЛК Siemens для вашого напівпровідникового обладнання

Основні критерії відбору

Вибираючи ПЛК Siemens для обладнання для виробництва напівпровідників, враховуйте наступні фактори:

• Вимоги до обробки:Оцініть кількість точок введення/виведення, необхідний час циклу та складність алгоритмів керування
• Потреби в точності:Визначте необхідну точність для параметрів регулювання положення, температури, тиску та потоку
• Вимоги безпеки:Оцініть, чи потрібна сертифікація безпеки SIL 2 або SIL 3 для вашої програми
• Протоколи зв'язку:Забезпечення сумісності з існуючими системами (PROFINET, EtherCAT, Modbus тощо)
• Масштабованість:Плануйте майбутнє розширення та технологічні оновлення

Рекомендовані моделі ПЛК Siemens для напівпровідникових додатків

Виходячи з цих критеріїв, ось найбільш підходящі моделі ПЛК Siemens для звичайного напівпровідникового обладнання:

Партнерство з Siemens заради успіху

Siemens пропонує комплексні послуги підтримки, щоб допомогти виробникам у впровадженні та оптимізації їхніх рішень Siemens PLC, зокрема:

• Розробка додатків:Експертне керівництво щодо проектування та конфігурації системи для конкретних напівпровідникових процесів
• Програми навчання:Практичний-тренінг для інженерів і техніків із програмування та обслуговування ПЛК Siemens
• Технічна підтримка:Цілодобовий доступ до глобальної мережі експертів з автоматизації Siemens
• Оновлення програмного забезпечення:Регулярні оновлення для забезпечення сумісності з найновішими технологіями виробництва напівпровідників

Висновок: майбутнє виробництва напівпровідників із Siemens PLC

Оскільки напівпровідникова технологія продовжує розвиватися, попит на високо-рішення автоматизації лише зростатиме. Системи ПЛК Siemens знаходяться в авангарді цієї еволюції, забезпечуючи продуктивність, надійність і гнучкість, необхідні для задоволення найскладніших вимог галузі.

Впроваджуючи рішення Siemens PLC, виробники напівпровідників та електроніки можуть досягти:

• Неперевершена точність:Точність позиціонування до нанометрів і контроль процесу в межах жорстких допусків
• Підвищення продуктивності:Вища пропускна здатність, скорочення часу простою та збільшення часу безвідмовної роботи обладнання
• Покращена якість:Краща рівномірність процесу, менше дефектів і більший вихід пластин
• Майбутнє{0}}інвестиції:Масштабовані рішення, які можуть адаптуватися до нових вимог процесу

Незалежно від того, чи ви виробляєте---сучасні мікрочіпи, вдосконалені датчики чи передову-споживчу електроніку, технологія ПЛК Siemens забезпечує основу для успіху в сучасній конкурентній промисловості напівпровідників.