Подобрување на квалитетот на струјата во производството на висока технологија?

Разбирање на предизвиците за квалитетот на струјата во производството на полупроводници

Современите фабрики за изработка на полупроводници (фабрики) се соочуваат со критични предизвици во квалитетот на струјата кои директно влијаат на продуктивноста и поуздноста на производите. Овие предизвици потекнуваат од екстремната осетливост на алатките за литографија, системите за травење и мерната опрема на дури и најмали електрични нарушувања.

Падови, зголемувања и префрлања на напонот во осетливи производни средини

Неправилности во напонот се јавуваат 12–18 пати месечно во типични фабрики, при што вознемиреностите помали од еден циклус (<16,7 ms) можат да уништат цели партиди со вефери. Според истражување од 2024 година, 74% од непланираните прекини на алатките се поврзани со нарушувања на квалитетот на струјата, при што напонските трансјенти предизвикани од комутација на мрежата предизвикуваат 23% од случаевите на губиток на принос.

Влијанието на лош квалитет на струјата врз прецизната електроника и губењето на приносот

Хармониската дисторзија која надминува 8% THD (вкупна хармониска дисторзија) ја зголемува густината на дефектите 4–7 пати кај производството на чипови под 5 nm. Производителите од САД имаат годишни загуби од 145 милијарди долари поради проблеми со квалитетот на струјата, при што полупроводничките фабрики учествуваат со 18% од вкупниот износ (Индустриски извештај 2023).

Чести нарушувања на квалитетот на струјата: Хармоници, трепкање и нестабилност на мрежата

Истражувањата покажуваат дека 65–75% од проблемите со квалитетот на струјата во фабриките вклучуваат хармониски струи од погони со променлива фреквенција (VFDs) и напојни извори за директна струја. Овој електричен шум се шират низ инфраструктурата на објектот, зголемувајќи ги поломите на лежиштата за 34%, намалувајќи го векот на траење на ИБП-то за 27% и зголемувајќи ја потрошувачката на енергија за 12%.

Растечки предизвик: Поголема прецизност на процесот спроти влошување на квалитетот на мрежата

Додека процесите на производство на чипови достигнуваат прецизност на атомска скала (1nm јазол), дозволената толеранција на напонот се намали на ±0,5% во споредба со ±5% пред десет години. Истовремено, случаите на нестабилност на мрежата се зголемиле за 57% од 2020 година (Извештај за трендови во квалитетот на струјата 2024), создавајќи конфликт помеѓу барањата на производството и можностите на комуналната инфраструктура.

Активен умиротворувач на хармоници: Основна технологија за чиста струја во фабриките

Современата производство на полупроводници бара квалитет на струјата надвор од типичните индустријски стандарди, со активни хармонични митигатори кој се појавува како клучна одбрана против хармониската деформација.

Како активниот хармониски отстранувач елиминира хармониска дисторзија во реално време

Овие системи користат адаптивни алгоритми за набљудување на електричните мрежи со 256 примероци/циклус, детектирајќи хармониски фреквенции до 50-ти ред. Со инжекција на струи со спротивна фаза во рок од 1,5 милисекунди по детекцијата на нарушувањето, тие го одржуваат вкупното хармониско искривување (THD) под 5% — клучно за заштита на EUV литографски системи и алатки за депозиција на атомски слоеви.

Зошто активните решенија се подобри од пасивните филтри во динамични високо-технички средини

Пасивните LC филтри добро работат, но имаат ограничувања бидејќи се насочени само кон специфични хармониски фреквенции. Активните ублажувачи се различни, бидејќи всушност можат да се прилагодат на променливите услови. Замислете опрема која брзо циклира, како алатките за травење што одат од 0 до 100% товар за помалку од две секунди. Или размислете за DC погони кои создаваат мешани хармоници на ниво од околу 35% THDi и RF генератори кои додаваат свои проблеми со околу 28% THDv. Дури и роботските системи имаат проблеми кога работат во режим на регенерација на енергија, каде што понекогаш до 18% од моќноста тече назад. Тестирањето во реални услови покажало дека активните решенија за ублажување типично ги потиснуваат хармониците со ефикасност од околу 95%, споредено со само 60 до 70% ефективност кај традиционалните пасивни пристапи, според недавните ажурирања на IEEE 519 стандардот објавен во 2022 година.

Студија на случај: Намалување на THD од 18% на под 5% со активен ублажувач на хармоници

Фабрика за 300mm плочи ја елиминирала отпадната сума од 2,3 милиони долари годишно со спроведување на активни мерки на 34 критични процесни алатки:

Параметар	Пред намалувањето	По намалувањето	Подобрување
Волтажен THD	18.7%	4.2%	77.5%
Губиток на принос	1.8%	0.3%	83.3%
Потрошувачки на енергија	9,8 kWh/cm²	8,1 kWh/cm²	17.3%

Решението го одржуваше согласувањето со стандардите SEMI F47-0706 за имунитетност на волтажни падови во текот на 18-месечниот период на воведување.

Напредни стратегии за контрола за стабилизација на напојувањето во реално време

Системи за контрола во реално време за динамична корекција на квалитетот на струјата

Полупроводничките фабрики имаат потреба од системи за контрола кои можат да реагираат на проблеми со напојувањето во рок од само 1 до 2 милисекунди, ако сакаат да избегнат губење на вредни производни количини. Посовремените адаптивни системи за контрола врз основа на хистерезис прават големи подобрувања овде, отстранувајќи падови на напон околу 40 проценти побрзо од старомодните PI контролери. Овие системи работат така што ја менуваат својата брзина на реакција во зависност од тоа што се случува со електричната мрежа во секој даден момент. Кај процесите на литографија со екстремно ултравиолетово зрачење, од големо значење е напонот да се задржи во опсег од плус или минус 1 процент, бидејќи дури и мали нестабилности во напојувањето можат да уништат цели партидни силиконски плочки. Податоците од индустријата покажуваат дека објектите кои ги имплементираат овие напредни контроли бележат намалување од околу 70 и нешто проценти во проблемите со напонот кога работат со мрежи кои често имаат редовни вознемири.

Паралелна и серијална компензација за балансирање на товар и стабилност на напон

Проблемот со неурамнотеженост на три фази станува доста сериозен во тие фабрики за производство на полупроводници со 300 мм плочки, понекогаш надминувајќи 15% кога се изведуваат брзите термички процесни чекори. Што прават инженерите во врска со тоа? Па, напредните шунт компензатори го одржуваат урамнотежувањето околу 2% преку вбризгување на реактивна струја пред да се појават проблеми. Според тоа, сериски уреди се активираат за поправка на падовите на напонот кои паѓаат под ниво од 0,9 по единица, реагирајќи побрзо од половина циклус. Комбинирањето на овие две методи спречува лошите верижни реакцији при кои опремата продолжува да се рестартира сама. И да сме искрени, овие рестарти предизвикуваат од 12 до можеби дури 18 отсто од сите неочекувани исклучувања во погоните за производство на полупроводници.

Интеграција со хибридни активни филтри за активна моќност (HAPF) за побрза реакција

Кога ќе комбинираме 12-пулсни конвертори со тие активни филтри врз основа на IGBT, добиваме хибридни системи кои всушност ги поништуваат хармониците до 50-тиот редослед во тој фреквенциски опсег од 2 до 5 kHz. Некои теренски испитувања откриле нешто интересно за HAPF конфигурациите во споредба со обичните пасивни филтри. Овие хибридни системи реагираат околу 50 проценти побрзо при внезапните промени на товарот. Замислете што се случува со опремата за имплантирање на јони која постојано преминува од состојба на мирување на 5 kW до трчаен премин на максимална моќност од 150 kW. Побрзата реакција има големо значење за одржување стабилна работа низ тие драматични флуктуации на моќноста.

Истакнат тренд: Управување засновано на вештачка интелигенција со предвидување кај активните филтри за моќност

Модели на машинско учење обучени на терават-часови историски податоци за квалитетот на струјата сега предвидуваат шеми на хармониска дисторзија 8–12 секунди пред системите за мерење да ги откријат. Пробен проект од 2024 година кој користел активни филтри со контрола преку невронска мрежа покажал подобрување од 23,6% во метриките за стабилност на влез-во-држава (ISS) за време на симулирани вознемирености во мрежата, постигнувајќи значително подобри резултати од конвенционалните системи засновани на прагови.

Обеспечување на соодветност и постојан надзор во модерните фабрики

Исполнување на глобални стандарди: соодветност со IEEE 519, EN 50160 и IEC 61000

Денеска, погоните за производство на полупроводници мораат да ги почитуваат неколку важни стандарди, вклучувајќи го IEEE 519 за хармониска дисторзија, EN 50160 во врска со карактеристиките на напонот и IEC 61000 кој го опфаќа електромагнетниот компатибилитет. Овие прописи помагаат да се избегнат проблеми со опремата и да се заштитат од загуби во производството. Погоните кои навистина ги почитуваат овие стандарди обично имаат околу 40-45% помалку неочекувани прекини во работата во споредба со оние кои не ги почитуваат. Некои напредни технологии сега им овозможуваат на објектите да ја одржат вкупната хармониска дисторзија под 5%, што е подобрено во однос на лимитот од 8% предвиден од IEEE 519 за повеќето индустријски примени. Најдобрите произведувачи одат уште понапред со воспоставување на двониво систем за сертификација. Тие проверуваат како целиот погон така и одредена опрема, како на пример машини за литографија со екстремно ултравиолетова светлина, кои се многу важни за современата производство на чипови.

Ревизии на квалитетот на струјата, анализа на хармоници и протоколи за проценка на PQ

Комплетните ревизии на квалитетот на струјата следат пристап со три фази:

Фаза на ревизија	Клучни метрики	Мерни алатки
Базен Линија	THD, Напонски варијации	Анализатори за квалитет на струја
Товарно напрегање	Пролазен одзив	Високобрзински дигитални мерила
Усогласеност	Соодветност со IEEE 519/EN 50160	Софтвер за верификација на соодветност

Анализата на хармониците сега вклучува машинско учење за предвидување на ризиците од резонанца во комплексни фабрички распореди. Напредните системи за управување со соодветност автоматизираат следење на сертификација преку платформи засновани на вештачка интелигенција, намалувајќи грешки при рачна верификација за 67% во последните имплементации.

Мониторинг во реално време и бележење на податоци за проактивна одржување

Денешните производни погони користат опрема за набљудување поврзана со интернет која собира околу 10.000 различни податоци за читање секоја минута низ нивните електрични системи. Според недавен индустриски извештај од 2024 година, фабриките кои имплементираат овие решенија за мониторинг во реално време забележале значително намалување на дефектите кај вефовите предизвикани од проблеми со напојувањето. Намалувањето било приближно 29%, благодарение на неколку фактори, вклучувајќи брзо откривање на скокови на напонот во текот на критичните чекори на травење, автоматско бележење на обрасци на хармониски дисторзии што помага во оптимизацијата на филтрирачките системи и рано известување кога кондензаторите или трансформаторите имаат потреба од интервенција. Овие постојани проверки за соодветност работат заедно со активни хармониски филтри за поправка на неурамнотеженоста на струјата побрзо од претходно. Како резултат, производителите на полупроводници можат да ја одржат квалитетот на струјата постојано блиску до совршените нивоа, останувајќи во отстапување од само 2% од оптималните стандарди дури и кога алатките брзо се префрлаат меѓу процеси во современи производни средини.

ЧПП Секција

Што е квалитет на струјата во производството на полупроводници?

Квалитетот на струјата во производството на полупроводници се однесува на стабилноста и пофаливоста на електричниот систем, осигурувајќи ефикасна работа на опремата без прекршувања предизвикани од електрични сметни.

Зошто дисторзијата на хармониците е загрижување во фабриките за полупроводници?

Дисторзијата на хармониците може да го зголеми бројот на дефекти при производството на чипови и да предизвика кварови на опремата, што води до значителни губитоци во приносот и престојување во работата.

Што се активни хармонични амутатори?

Активните системи за ублажување на хармониците се системи кои користат адаптивни алгоритми за следење и исправање на хармониските дисторзии во реално време, осигурувајќи чиста струја неопходна за чувствителната производна опрема.

Како напредните стратегии за контрола помагаат во стабилизација на квалитетот на струјата?

Напредните стратегии за контрола обезбедуваат брз одговор на флуктуациите на струјата, користејќи техники како паралелна и серијална компензација за одржување на стабилноста на напонот и спречување на ресетирање на опремата.

На кои стандарди мора да одговараат фабриките за полупроводници?

Полупроводничките фабрики мораат да ги почитуваат стандардите како што се IEEE 519 за хармониска дисторзија, EN 50160 за карактеристики на напонот и IEC 61000 за електромагнетна компатибилност за да се спречат кварови на опремата и загуби во производството.