PVA TePla – Dijitalleştirilmiş tek kristal büyütme
Yarı iletkenler: külçe üretimi mükemmelleştirildi
PVA TePla, otomasyon yoluyla tek kristal büyütmeyi nasıl optimize ediyor?
PVA TePla AG, zorlu endüstriyel uygulamalar için ekipman ve ölçüm teknolojisi alanında dünya lideri bir tedarikçidir. Yüksek teknolojili sistemleri özellikle yarı iletken endüstrisinde çok rağbet görmektedir.
"Bir çözüm sağlayıcı olarak, küresel çapta faaliyet gösteriyor ve müşterilerimizin bulunduğu her yerde hizmet veriyoruz. Yarı iletken endüstrisinden gelen güçlü talep nedeniyle, şu anda özellikle Asya pazarı ve Amerika Birleşik Devletleri'nde güçlü bir şekilde temsil ediliyoruz," diye açıklıyor PVA TePla Group Genel Müdürü Jan Pfeiffer. Wettenberg'deki TechHub ile PVA TePla, yarı iletken endüstrisi için malzeme araştırmalarında inovasyonun önemli bir itici gücü olarak konumlanmıştır.
Silikon karbür – elektromobilitenin anahtarı
Bağlı kuruluş PVA Crystal Growing Systems (PVA CGS), kristal büyütme alanında 60 yılı aşkın deneyime sahiptir. Silisyum karbür (SiC) kristallerinin üretimine özel önem verilmektedir.
PVA CGS Elektrik Tasarım Ekibi Lideri Lukas Ewert, "Silisyum karbür kristallerini diğerlerinden ayıran özellik, aşırı güç yoğunluklarını kaldırabilme yetenekleridir" diye açıklıyor. “Geleneksel silikonla karşılaştırıldığında, SiC kullanımı, örneğin aynı güç çıkışına sahip daha küçük pillerin tasarlanmasını mümkün kılar. Sonuçta elde edilen ağırlık azalması, özellikle elektromobilite uygulamaları için faydalıdır."
Zorlu koşullar maksimum hassasiyet gerektirir
SiC kristallerinin üretimi için PVA TePla, Fiziksel Buhar Taşıma (PVT) yöntemine göre çalışan SiCma sistemini tasarladı. "Bu süreçte, silikon karbon tozu karışımı yaklaşık 2300 °C'de grafit potada süblimasyon geçirir ve tohum kristal üzerine birikerek bir boule oluşturur," diye açıklıyor Ewert. "Yüksek kaliteli bir sonuç elde etmek için, kristal büyüme sürecinin tamamı boyunca işlem odasındaki sıcaklık ve basınç hassas bir şekilde kontrol edilmelidir. En küçük sapmalar bile tüm süreci tehlikeye atabilir ve önemli kalite kayıplarına yol açabilir." Bu tür bir büyüme süreci üç haftaya kadar sürebileceğinden, proses izleme ve kontrolü sürekli olarak en yüksek standartları karşılamalıdır.
Resim 1: Gösteri nesnesi olarak bir silikon külçe.
Resim 2: Bu sistemlerde üretilen silikon karbür kristalleri, diğer uygulamaların yanı sıra elektromobilite bataryalarında da kullanılmaktadır.
Akıllı sensörler, istikrarlı proses koşullarını garanti eder.
Gerekli hassasiyet düzeyini sağlamak için PVA, ifm'nin IO-Link özellikli sensörlerini kullanmaktadır. "Örneğin, soğutma suyu akışını izlemek ve sabit tutmak için ifm'nin SV4200 akış sensörünü kullanıyoruz. Bu, sadece proses sıcaklığının sabit tutulması için değil, aynı zamanda gövdelerin, boruların ve bileşenlerin aşırı ısınmaya ve dolayısıyla olası hasarlara karşı korunması için de önemlidir" diye açıklıyor Ewert.
Ayrıca, PV8000 basınç sensörü , soğutma ortamının sıcaklığının yanı sıra besleme ve dönüş basıncını da izler. "Daha önce bu izleme elle olarak yapılıyordu. Artık bu değerleri IO-Link aracılığıyla da alabilir ve dalgalanmalara daha hızlı ve etkili bir şekilde yanıt verebiliriz," diye ekliyor ekip lideri. AL1202 IO-Link masterları tüm sensör verilerini toplar ve merkezi değerlendirme için iletir. Kullanıcılara mevcut işlem durumunu görsel olarak gösteren DV sinyal lambasıda IO-Link master aracılığıyla kontrol edilir.
Resim 1: Silisyum karbür disk: Gerekli kalite, ancak hassas bir şekilde kontrol edilen proses parametreleri ile elde edilebilir.
Resim 2: IO-Link master (üstte) basınç sensöründen (ortada, önde) ve akış sensöründen (sol altta) verileri toplar ve iletir.
Resim 3: DV sinyal lambası, mevcut işlem durumu hakkında görsel bilgi sağlar.
IO-Link: daha fazla bilgi, daha fazla sistem şeffaflığı
IO-Link, otomasyon teknolojisinde dijital sensör iletişimi için üreticiden bağımsız bir standart olarak uzun süredir kabul görmektedir. Geleneksel ikili ve analog arayüzlerle karşılaştırıldığında, IO-Link yüksek çözünürlüklü proses değerlerinin yanı sıra kapsamlı tanılama bilgilerinin aktarımını da mümkün kılar. Kullanıcılar, standartlaştırılmış veri yapıları, azaltılmış kablolama çabası ve kontrol sistemleri ile IIoT mimarilerine sorunsuz entegrasyon gibi avantajlardan yararlanır.
Bu teknoloji, cihaz başına birden fazla ölçüm değerinin iletilmesini, olay odaklı tanılama ve uzaktan cihaz parametre ayarını destekler. Bu, sistem şeffaflığının artırılması, bakımın optimize edilmesi ve kurulum ve işletim maliyetlerinde ölçülebilir tasarruflar ile sonuçlanır.
Sistem kullanılabilirliğinin temel faktörü olarak dijitalleşme
Bu hususlar PVA TePla'da da merkezi bir rol oynamaktadır. "Dijitalleşme, özellikle SiCma sistemi ile bizim için son derece önemlidir," diye vurguluyor Lukas Ewert. "Bu sistemler genellikle üretim salonlarına çok sayıda kurulur. Yükleme ve boşaltma genellikle tamamen otomatiktir. Sistemlerimiz, operatörlerin proses durumunu her an merkezi olarak izleyebilmeleri için üst düzey sistemlerle iletişim kurabilmelidir. PVA TePla, bunun için ifm'nin kapsamlı IO-Link portföyünü temel almaktadır.
Maksimum üretim verimliliği için kestirimci bakım
PVA, yaklaşan bakım gereksinimlerini veya süreç sapmalarını erken aşamada tespit etmek amacıyla kestirimci bakım konseptleri üzerinde de yoğun bir şekilde çalışmaktadır. "Bu, operatörlerin maksimum makine kullanılabilirliğini sağlarken, aynı zamanda mümkün olan en yüksek ürün kalitesini tutarlı bir şekilde elde etmelerini de mümkün kılar," diye açıklıyor Ewert. ifm sensörleri, sistem durumunu sürekli olarak izlemek ve maliyetli arızalara yol açmadan potansiyel sorunları tespit etmek için gerekli verileri sağlar.
Czochralski işlemi kullanılarak silikon kristal büyütme
PVA, Czochralski işlemi kullanılarak silikon kristal büyümesi konusunda da benzer şekilde yüksek taleplerde bulunmaktadır. Bu sistemlerde, yaklaşık 1400 °C sıcaklıktaki erimiş silikondan bir tohum kristali yavaşça çekilerek 3,50 metreye kadar uzunlukta silikon külçeler üretilir. Elde edilen yonga plakaları öncelikle yarı iletken endüstrisinde kullanılır ve çok çeşitli elektronik bileşenlerin temelini oluşturur.
En yüksek ürün kalitesi için düşük titreşimli işlemler
"SC32 sisteminde otomasyon teknolojisi, IO-Link ve ProfiNet'in bir kombinasyonu olarak uygulanmaktadır," diye açıklıyor Ewert.
"Sensörlerden daha ayrıntılı bilgi almak istediğimiz her yerde IO-Link kullanıyoruz. Örneğin, soğutma devresini izlemek ve kontrol etmek için SM8000 kullanıyoruz." Bu manyetik-ndüktif akış sensörü, sadece akış hızını değil, aynı zamanda ortamın sıcaklığını da ölçer.
Ayrıca, PVA, iki proses sürücüsünü izlemek için üç eksenli IO-Link titreşim sensörü VVB3 kullanır. VVB3, üç ölçüm ekseni boyunca titreşimleri algılar ve makine durumunu değerlendirmek için göstergeler hesaplar. Yorgunluk, sürtünme, darbeler veya rulman aşınması ile ilgili bilgiler IO-Link aracılığıyla kolayca iletilir.
Çekme işlemi sırasında son derece düşük titreşim seviyeleri, külçe kalitesini sağlamak için çok önemlidir. İletilen veriler ayrıca dişli ünitelerinin ve tahrik milinin durumunu çok hassas bir şekilde izlememizi ve bakım faaliyetlerini erken aşamada planlamamızı sağlıyor."
Resim 1: Bu sistemde, 3,5 metreye kadar uzunlukta silikon külçeler, yonga plakası üretimi için "çekilir".
Resim 2: Akış sensörleri, Czochralski sisteminin soğutma devresini izler.
Uzun süreli çalışma için güvenilir bileşenler
PVA TePla sistemleri, uzun yıllar boyunca kesintisiz çalışacak şekilde tasarlanmıştır. "Bu nedenle, tüm bileşenler, özellikle sensörler, uzun vadede tutarlı ve hassas bir performans sergilemelidir" diye vurguluyor Lukas Ewert.
"Uzun yıllar boyunca, uzun vadeli çalışmada sağlamlık ve güvenilirlik açısından ifm ile yalnızca olumlu deneyimler yaşadık. Aynı şekilde, yeni sorular ortaya çıktığında veya yeni otomasyon yaklaşımları değerlendirildiğinde, ifm'de iletişimde olduğumuz kişiye güvenebilir ve kısa sürede uzman desteği alabiliriz."
En zorlu malzeme gereksinimleri için difüzyon kaynağı
ifm çözümleri, PVA TePla'nın bir başka iş alanı olan difüzyon kaynağı teknolojisinde de kullanılmaktadır. Bu katı hal birleştirme işlemi, örneğin yarı iletken endüstrisi için soğutma plakaları üretmek için kullanılır. Bu plakalar, mukavemet ve korozyon direnci açısından en yüksek gereksinimleri karşılamalıdır. PVA Löt- und Werkstofftechnik GmbH'da Difüzyon Kaynağı Ekip Lideri olan Patrick Müller şöyle açıklıyor: "İstenen sonuçları elde etmek için, sıcaklık, basınç, vakum ve uygulanan kuvvet gibi proses koşulları, bazı durumlarda birkaç hafta sürebilen proses boyunca yakından izlenmelidir. Soğutma devresini izlemek için kullandığımız ifm akış sensörleri , sistemin işlem sırasında hiçbir noktada aşırı ısınmamasını ve güvenli çalışma durumunda kalmasını sağlar.
Kullanıcı dostu
ifm çözümlerinin bir diğer avantajı da kullanım kolaylığıdır. Müller, sensörlerin net ve sezgisel tasarımını vurgulamaktadır: "Operatör olarak, makinenin durumunu bir bakışta görebilirsiniz. Bir diğer avantaj ise, sensörlerin eski makinelere ne kadar kolay bir şekilde takılabileceğidir. Etkili bir şekilde tak ve çalıştır özelliğine sahiptir." Bu kullanıcı dostu tasarım, günlük işlemleri basitleştirmekle kalmaz, aynı zamanda işletim personelinin eğitim gereksinimlerini de azaltır.
Resim 1: Yüksek basınç altında, bu makinede tek tek katmanlar tek bir yapı halinde birbirine yapıştırılır.
Resim 2: Okuması kolay: difüzyon bağlama sistemindeki akış sensörleri.
Yeniliğin temeli olarak işbirliğine dayalı ortaklık
PVA TePla'da, otomasyon ortağı olarak ifm ile uzun süredir devam eden işbirliği büyük değer taşımaktadır: "ifm ile olan birlikteliğimizi çok işbirlikçi, sağlam ve güvene dayalı olarak tanımlayabilirim," diye özetliyor Lukas Ewert. "Her zaman doğrudan bağlantılarımızla iletişime geçebilir ve yenilikçi otomasyon projelerini ilerletmek için birlikte çalışabiliriz."
Sonuç
Yüksek teknolojili malzeme üretiminde gereksinimler, özellikle hassasiyet, güvenilirlik ve kullanılabilirlik açısından son derece zorludur. PVA TePla, otomasyon ortağı ifm ile gelişmiş kristal büyütme süreçleriyle ilgili zorlukları başarıyla aşmaktadır.
