Aukštos{0}}tikslumo „Siemens“ PLC sprendimai puslaidininkių ir elektronikos gamybos įrangai

Puslaidininkių gamybos Siemens PLC įvadas

Puslaidininkių ir elektronikos gamybos pramonei reikia aukščiausio lygio tikslumo, patikimumo ir efektyvumo, kad būtų galima gaminti pažangiausius įrenginius su nanometro- masto funkcijomis. „Siemens PLC“ (programuojamo loginio valdiklio) sistemos tapo automatizavimo pagrindu šiame kritiniame sektoriuje, užtikrinančią didelio-tikslumo valdymą, reikalingą griežtiems pramonės reikalavimams patenkinti. Nuo plokštelių gamybos iki galutinio surinkimo, Siemens PLC sprendimai leidžia gamintojams pasiekti precedento neturintį proceso valdymo, derliaus optimizavimo ir įrangos našumo lygį.

Šiame tinklaraštyje išnagrinėsime, kaip Siemens PLC technologija sprendžia unikalius puslaidininkių ir elektronikos gamybos iššūkius, pabrėždami pagrindines funkcijas, realias{0}}pasaulio programas ir išmatuojamą naudą. Taip pat išnagrinėsime konkrečius naudojimo atvejus, parodančius, kaip Siemens PLC sistemos duoda apčiuopiamų rezultatų gamintojams visame pasaulyje.

Pagrindiniai iššūkiai puslaidininkių ir elektronikos gamyboje

Puslaidininkių gamybos įranga susiduria su keliais kritiniais iššūkiais, kuriems reikia pažangių automatizavimo sprendimų:

• Itin{0}}didelio tikslumo reikalavimai:Tokiems procesams kaip fotolitografija, ėsdinimas ir nusodinimas reikalauja padėties tikslumo iki nanometrų ir temperatūros reguliavimo ±0,1 laipsnio tikslumu.
• Sudėtingas kelių{0}}kintamųjų valdymas:Koordinuoti šimtus proceso parametrų vienu metu išlaikant stabilumą ir pakartojamumą
• Didelės spartos{0}}duomenų apdorojimas:Tvarko tūkstančius įvesties / išvesties taškų ir jutiklių rodmenis, kurių ciklo laikas yra net 1 ms
• Griežti saugos ir patikimumo standartai:Sumažinti prastovos laiką ir užtikrinti proceso vientisumą švarioje patalpoje
• Sklandus integravimas su kitomis sistemomis:Bendravimas su MES (gamybos vykdymo sistemomis), SCADA (priežiūros kontrolė ir duomenų gavimas) ir daiktų interneto platformomis

„Siemens“ PLC sistemos yra specialiai sukurtos šiems iššūkiams įveikti ir siūlo visapusišką sprendimą, kuris sujungia galingas apdorojimo galimybes, pažangius valdymo algoritmus ir sklandų ryšį.

Pagrindinės Siemens PLC technologijos puslaidininkinei įrangai

SIMATIC S7-1500 serija: pramonės standartas preciziniam valdymui

Siemens PLC valdiklių SIMATIC S7-1500 serija išsiskiria kaip pageidaujamas puslaidininkių gamybos įrangos pasirinkimas, pasižymintis išskirtiniu našumu ir lankstumu. Šie valdikliai siūlo:

S7-1500T-CPU variantas ypač gerai-tinka puslaidininkių gamybai, nes siūlo integruotas judesio valdymo galimybes, kurios supaprastina sudėtingų kelių{5}} ašių sistemų, pvz., plokštelių tvarkymo robotų ir tikslaus padėties nustatymo etapų, įgyvendinimą. Su integruotu kinematinių transformacijų ir kumštelių profilių palaikymu, šis Siemens PLC sumažina kūrimo laiką ir pagerina judesio valdymo tikslumą iki 40%, palyginti su tradiciniais sprendimais.

Siemens PLC saugos sprendimai puslaidininkių švarioms patalpoms

Saugumas yra svarbiausias puslaidininkių gamybos aplinkoje, kur net nedideli įrangos gedimai gali sukelti katastrofiškų nuostolių. Siemens PLC saugos valdikliai, tokie kaip S7-1500F serija, teikia sertifikuotas saugos funkcijas, kurios:

• Apsaugokite nuo neteisėto patekimo į pavojingas zonas naudodami saugos užraktus ir prieigos kontrolės sistemas
• Stebėkite svarbius proceso parametrus{0}}realiuoju laiku, suaktyvindami automatinius išjungimus, jei vertės viršija saugias ribas
• Užtikrinkite saugų avarinio sustabdymo funkciją visoje prijungtoje įrangoje, kai atsako laikas yra mažesnis nei 10 ms
• Išsaugokite duomenų vientisumą per su sauga susijusius{0} įvykius, kad galėtumėte analizuoti pagrindines priežastis ir išvengti pasikartojimo

Neseniai pirmaujančioje puslaidininkių gamykloje įdiegtas S7-1500F saugus Siemens PLC sumažino su sauga susijusias prastovos laiką 65 %, o bendrą įrangos efektyvumą (OEE) pagerino 12 %.

Pagrindiniai Siemens PLC pritaikymai puslaidininkių gamybos įrangoje

1. Plokščių gamybos įranga: nanometrinių{1}}mastelių procesų tikslus valdymas

Plokščių gamyba yra pats svarbiausias puslaidininkių gamybos etapas, reikalaujantis aukščiausio tikslumo ir kontrolės. Siemens PLC sistemos atlieka pagrindinį vaidmenį keliuose pagrindiniuose procesuose:

Fotolitografijos sistemos

Fotolitografijos įrangoje Siemens PLC valdikliai valdo kaukių ir plokštelių išlygiavimą sub{0}}nanometriniu tikslumu. S7-1500T-CPU įgalina:

• Plokščių etapų padėties nustatymo tikslumas ±0,05 μm, labai svarbus gaminant 7 nm ir 5 nm proceso mazgus
• Sinchronizuotas iki 32 ašių judesių valdymas su PROFINET IRT, užtikrinantis tobulą kaukės ir plokštelės judesių koordinavimą
• Fokuso reguliavimas realiuoju laiku-, pagrįstas jutiklio grįžtamuoju ryšiu, išlaikant kritinių matmenų (CD) vienodumą visame plokštelės paviršiuje

Pirmaujantis fotolitografijos įrangos gamintojas pranešė, kad įdiegus Siemens PLC valdymo sistemas lygiavimo klaidų sumažėjo 28 %, o tai tiesiogiai lėmė 9 % padidėjusį plokštelių išeigą.

ėsdinimo ir nusodinimo įranga

ėsdinimo ir nusodinimo procesams Siemens PLC sistemos tiksliai reguliuoja tokius parametrus kaip:

• Plazmos tankis ±0,5 % tikslumu, naudojant uždaro{1} kilpos valdymo algoritmus
• Dujų srautas ±0,1 sccm tikslumu (standartinis kubinis centimetras per minutę) proceso dujoms, tokioms kaip argonas, deguonis ir fluoro- junginiai
• Proceso kamerų temperatūros reguliavimas ± 0,05 laipsnių ribose, užtikrinant vienodą plėvelės storį ir sudėtį

2. Elektronikos surinkimo ir bandymo įranga

„Siemens“ PLC sprendimai yra vienodai vertingi elektronikos surinkimo ir bandymo procesuose, kur tikslumas ir greitis yra būtini didelės apimties gamybai:{0}

Paviršiaus montavimo technologijos (SMT) linijos

SMT surinkimo linijose Siemens PLC valdikliai valdo paėmimo{0}}ir{1}}patalpinimo mašinas su:

• Komponentų išdėstymo tikslumas ±0,02 mm, esant 4 sigma
• Ciklo laikas iki 0,08 sekundės vienam komponentui, palaikomas iki 45 000 komponentų per valandą gamybos greitis
• Kokybės tikrinimo realiuoju laiku-integravimas, sugedusių komponentų atmetimas prieš juos dedant ant PCB

Pagrindinis elektronikos gamintojas įdiegė Siemens PLC valdymą savo SMT linijose, todėl 35 % sumažėjo išdėstymo klaidų ir 22 % padidėjo linijos pralaidumas.

Automatizuota bandymo įranga (ATE)

„Siemens“ PLC sistemos suteikia didelio{0}}greičio valdymą, būtiną ATE sistemoms, kurios tikrina puslaidininkinius įrenginius įvairiuose gamybos etapuose:

• Bandymo sekos vykdymas su 1 ms ciklo trukme, leidžiančiu lygiagrečiai išbandyti kelis įrenginius
• Tikslus įtampos, srovės ir dažnio parametrų signalo generavimas ir matavimas ±0,01 % tikslumu
• Sklandus duomenų perdavimas į MES sistemas, skirtas{0}}pajamingumo analizei realiuoju laiku ir proceso optimizavimui

Siemens PLC sprendimų architektūra puslaidininkinei įrangai

Aparatinės įrangos komponentai: tikslaus valdymo blokai

Įprastą Siemens PLC sprendimą puslaidininkių gamybos įrangai sudaro šie pagrindiniai komponentai:

• CPU SIMATIC S7-1500:Apdorojimo šerdis su standartinių (S7-1500) arba saugos (S7-1500F) valdiklių pasirinkimais, atsižvelgiant į taikymo reikalavimus
• ET 200SP paskirstyta įvesties / išvesties sistema:Didelio-tankio, moduliniai įvesties/išvesties moduliai, suteikiantys iki 64 kanalų viename modulyje su 16 bitų skiriamąja geba analoginiams signalams
• SIMATIC HMI skydeliai:Jutiklinio ekrano sąsajos su{0}}duomenų vizualizavimu realiuoju laiku ir operatoriaus valdymo galimybėmis
• SINAMICS diskai:Tikslios variklio valdymo sistemos, užtikrinančios ±0,1 % sukimo momento tikslumą plokštelių tvarkymui ir padėties nustatymui
• PROFINET tinklo infrastruktūra:Didelės spartos pramoninis eternetas, kurio ciklo laikas iki 31,25 μs, skirtas sinchronizuotam judesio valdymui ir duomenų mainams

Ši aparatinės įrangos architektūra užtikrina, kad Siemens PLC sistemos gali dirbti su reikliausiomis puslaidininkių gamybos programomis, išlaikant aukščiausią tikslumo ir patikimumo lygį.

Programinės įrangos ekosistema: TIA portalas ir ne tik

Siemens PLC sprendimą papildo galinga programinės įrangos ekosistema, kuri supaprastina kūrimą, diegimą ir priežiūrą:

• TIA portalas (visiškai integruota automatika):Vieninga inžinerinė platforma, leidžianti sklandžiai konfigūruoti Siemens PLC sistemas, HMI plokštes, pavaras ir saugos komponentus
• SIMATIC WinCC:SCADA programinė įranga, teikianti{0}}stebėjimą realiuoju laiku ir duomenų gavimą su pažangiomis vizualizavimo galimybėmis
• SIMATIC saugos matrica:S7-1500F valdiklių saugos funkcijų projektavimo ir diegimo grafinis įrankis
• SIMIT modeliavimo programinė įranga:Įgalina virtualų Siemens PLC programų paleidimą prieš fizinį diegimą, sutrumpinant -prekybos-laiką iki 30 proc.

Šių programinės įrangos įrankių integravimas su Siemens PLC aparatine įranga sukuria visapusį automatizavimo sprendimą, apimantį visus puslaidininkių gamybos įrangos valdymo aspektus.

Realus-Pasaulio atvejo tyrimas: Siemens PLC plokštelių ėsdinimo įrangoje

Kliento iššūkis

Pirmaujantis puslaidininkinės įrangos gamintojas turėjo atnaujinti savo plazminio ėsdinimo sistemas, kad atitiktų 5 nm proceso technologijos tikslumo reikalavimus. Jų esama valdymo sistema kovojo su:

• Plazmos tankio vienodumas ±1 % 300 mm plokštelėse
• Pasiekiamas stabilus ėsdinimo greitis su mažesniu nei 0,5% svyravimu vienai plokštelei
• Proceso nukrypimų mažinimas, siekiant sumažinti plokštelių-į-plokštelių skirtumus
• Pagerinti sistemos veikimo laiką sumažinant neplanuotų techninės priežiūros įvykių

Siemens PLC sprendimo diegimas

Gamintojas įdiegė Siemens PLC sprendimą S7-1500F CPU 1518F-4 PN/DP pagrindu su šiais komponentais:

• S7-1500F CPU su integruotomis saugos funkcijomis, užtikrinančiomis SIL 3 atitiktį
• ET 200SP įvesties/išvesties moduliai, skirti didelio-tikslumo analoginiam signalui gauti (16 bitų skyra)
• PROFINET IRT ryšys, skirtas sinchronizuotam plazmos generatorių ir plokštelių padėties nustatymo sistemų valdymui
• SIMATIC WinCC, skirta{0}}procesų stebėjimui realiuoju laiku ir duomenų registravimui
• Pažangūs PID valdymo algoritmai, optimizuoti plazmos proceso dinamikai

Išsamus testavimo procesas ir rezultatai

Siemens PLC sprendimas buvo kruopščiai išbandytas gamybos aplinkoje, naudojant tokią metodiką ir rezultatus:

Testavimo metodika

• Pradinis matavimas:100 plokštelių, apdorotų naudojant esamą valdymo sistemą, siekiant nustatyti našumo etalonus
• Siemens PLC integracija:Naujos valdymo sistemos montavimas ir paleidimas su minimaliais gamybos sutrikimais
• Našumo patvirtinimas:Apdorota 500 plokštelių, siekiant įvertinti naujosios sistemos galimybes
• Ilgalaikis stabilumo{0}}testavimas:Nepertraukiamas veikimas 30 dienų, siekiant įvertinti sistemos patikimumą ir dreifo charakteristikas
• Duomenų analizė:Pagrindinių metrikų palyginimas, įskaitant ėsdinimo greičio vienodumą, proceso dreifą ir įrangos veikimo laiką

Pagrindiniai našumo patobulinimai

Išsamūs bandymų rezultatai patvirtino, kad „Siemens PLC“ sprendimas žymiai pagerino visus svarbiausius našumo rodiklius, tiesiogiai padidindamas gamintojo našumą ir pelningumą.

Papildomi privalumai

Be kiekybinių patobulinimų, Siemens PLC sprendimas suteikė keletą kokybinių pranašumų:

• Sumažėjusios priežiūros išlaidos:Nuspėjamosios priežiūros galimybės, kurias įgalino duomenų analizė realiuoju laiku{0}}, priežiūros išlaidas sumažino 28 %
• Greitesnis proceso vystymas:Siemens PLC sistemos lankstumas leido inžinieriams įgyvendinti naujus procesų receptus 40 % greičiau nei naudojant ankstesnę sistemą.
• Patobulintas duomenų vientisumas:Sklandi integracija su gamintojo MES sistema užtikrino visišką kiekvienos apdorotos plokštelės atsekamumą
• Mastelio keitimas:Modulinė „Siemens“ PLC sprendimo konstrukcija leido lengvai atnaujinti būsimus proceso reikalavimus, apsaugodama gamintojo investicijas.

Kaip „Siemens PLC“ užtikrina aukštą tikslumą: techninis gilus nardymas

Išplėstiniai puslaidininkinių procesų valdymo algoritmai

„Siemens“ PLC sistemose yra specializuoti valdymo algoritmai, sukurti unikaliems puslaidininkių gamybos iššūkiams spręsti:

• Modelio nuspėjamasis valdymas (MPC):Optimizuoja kelis proceso kintamuosius vienu metu, atsižvelgiant į apribojimus ir būsimas nustatytas vertes, kad būtų išvengta viršijimo ir užtikrintas stabilumas. Nusodinimo procesuose buvo įrodyta, kad MPC pagerina plėvelės storio vienodumą 35%, palyginti su tradicine PID kontrole
• Adaptyvusis valdymas:Automatiškai koreguoja valdymo parametrus realiuoju laiku{0}}atsižvelgdamas į proceso dinamiką, kompensuodamas poslinkį ir išorinius trikdžius. Neseniai įdiegta ši technologija sumažino ėsdinimo greičio kitimą 60%.
• Fuzzy Logic Control:Tvarko sudėtingus, ne{0}}tiesinius ryšius tarp proceso parametrų, kuriuos sunku modeliuoti matematiškai. Fotolitografijos lygiavimo sistemose neaiškioji logika pagerino padėties nustatymo tikslumą 25 %

Didelės spartos{0}}duomenų apdorojimas ir ryšys

Siemens PLC sistemų apdorojimo galia leidžia joms apdoroti didžiulį duomenų pralaidumą, reikalingą puslaidininkių gamybai:

• S7-1500 serijos kelių branduolių{0}}procesoriai gali apdoroti iki 10 000 įvesties/išvesties taškų, o ciklo laikas yra tik 1 ms
• PROFINET IRT ryšys užtikrina deterministinį duomenų perdavimą su mažesniu nei 1 μs virpėjimu, užtikrinant kelių įrenginių sinchronizavimą
• „Edge“ skaičiavimo galimybės leidžia atlikti duomenų analizę realiuoju laiku{0}}įrangos lygiu, sumažinant delsą ir 50 % pailginant atsako laiką, palyginti su debesies{2}} sprendimais

Integracija su Digital Twin technologija

Siemens PLC sistemos sklandžiai integruojasi su skaitmenine dvynių technologija, sukuriant virtualų fizinės įrangos vaizdą, kuris leidžia:

• Virtualus paleidimas:„Siemens“ PLC programų testavimas ir optimizavimas imituojamoje aplinkoje prieš įdiegimą, sumažinant paleidimo laiką iki 30 %
• Numatyta priežiūra:Realiuoju laiku-palyginkite tikrąjį įrangos veikimą su skaitmeniniu dvyniu, kad nustatytumėte galimas problemas, kol jos nesukels prastovos
• Proceso optimizavimas:Modeliavimo naudojimas norint išbandyti naujus proceso parametrus ir receptus, netrikdant gamybos

Tinkamo Siemens PLC pasirinkimas jūsų puslaidininkinei įrangai

Pagrindiniai atrankos kriterijai

Renkantis Siemens PLC sprendimą puslaidininkių gamybos įrangai, atsižvelkite į šiuos veiksnius:

• Apdorojimo reikalavimai:Įvertinkite I/O taškų skaičių, reikalingą ciklo laiką ir valdymo algoritmų sudėtingumą
• Tikslumo poreikiai:Nustatykite reikiamą padėties, temperatūros, slėgio ir srauto valdymo parametrų tikslumą
• Saugos reikalavimai:Įvertinkite, ar jūsų programai reikalingas SIL 2 arba SIL 3 saugos sertifikatas
• Ryšio protokolai:Užtikrinkite suderinamumą su esamomis sistemomis (PROFINET, EtherCAT, Modbus ir kt.)
• Mastelio keitimas:Planuokite būsimą plėtrą ir technologijų atnaujinimus

Rekomenduojami Siemens PLC modeliai puslaidininkiams

Remiantis šiais kriterijais, pateikiame tinkamiausius Siemens PLC modelius, skirtus įprastai puslaidininkinei įrangai:

Bendradarbiavimas su Siemens siekiant sėkmės

Siemens siūlo visapusiškas palaikymo paslaugas, padedančias gamintojams įdiegti ir optimizuoti savo Siemens PLC sprendimus, įskaitant:

• Taikymo inžinerija:Ekspertų rekomendacijos dėl sistemos projektavimo ir konfigūravimo tam tikriems puslaidininkių procesams
• Treniruočių programos:Praktiniai{0}}inžinierių ir technikų mokymai apie Siemens PLC programavimą ir priežiūrą
• Techninė pagalba:24/7 prieiga prie pasaulinio Siemens automatikos ekspertų tinklo
• Programinės įrangos atnaujinimai:Reguliarūs atnaujinimai, siekiant užtikrinti suderinamumą su naujausiomis puslaidininkių gamybos technologijomis

Išvada: puslaidininkių gamybos ateitis su Siemens PLC

Puslaidininkių technologijai toliau tobulėjant, didelio{0}}tikslumo automatizavimo sprendimų paklausa tik didės. Siemens PLC sistemos yra šios evoliucijos priešakyje, užtikrinančios našumą, patikimumą ir lankstumą, reikalingą, kad atitiktų sudėtingiausius pramonės reikalavimus.

Diegdami Siemens PLC sprendimus, puslaidininkių ir elektronikos gamintojai gali pasiekti:

• Neprilygstamas tikslumas:Padėties nustatymo tikslumas iki nanometrų ir proceso valdymas laikantis griežtų leistinų nuokrypių
• Padidėjęs produktyvumas:Didesnis pralaidumas, trumpesnis prastovos laikas ir ilgesnis įrangos veikimo laikas
• Patobulinta kokybė:Geresnis proceso vienodumas, mažesni defektai ir didesnė plokštelių išeiga
• Ateities{0}}įtikinama investicija:Keičiami sprendimai, kurie gali prisitaikyti prie besikeičiančių proceso reikalavimų

Nesvarbu, ar gaminate pažangiausias--mikroschemas, pažangius jutiklius ar pažangiausius-buitinės elektronikos gaminius, „Siemens“ PLC technologija yra sėkmės pagrindas šiandieninėje konkurencingoje puslaidininkių pramonėje.