Kuboresha Ubora wa Umeme katika Uzalishaji wa Teknolojia ya Juu?

Kuelewa Changzo za Ubora wa Umeme Katika Uundaji wa Semiconductor

Makumbusho ya kisasa ya utengenezaji wa semiconductor (mifuko) inajikuta na changzo muhimu ya ubora wa umeme ambayo inaathiri moja kwa moja ufanisi wa uzalishaji na uaminifu wa bidhaa. Mchangzo haya yanatokana na uwezekano mkubwa wa vifaa vya lithography, mifumo ya kuchomwa, na vifaa vya kupima kwa mashambuliko madogo sana ya umeme.

Mapigo, Mapongezi, na Mashambuliko ya Voltage Katika Mazingira ya Utengenezaji Inayohitaji Uangalifu Mzuri

Matatizo ya voltage yanatokea mara 12–18 kwa mwezi katika vituo vya uanzishaji, na matatizo ambayo ni fupi zaidi ya msikio mmoja (<16.7 ms) yanaweza kuchukua vibao vyote vya wafer. Wakati wa 2024, utafiti uligundua kwamba asilimia 74 ya wakati ambao zana huzimalizika bila mpango inahusiana na matatizo ya ubora wa umeme, na mabadiliko ya voltage kutokana na shughuli za kuwasha/ukooza mtandao kusababisha asilimia 23 ya matukio ya kupoteza uzalishaji.

Uthabiti wa Ubora Mchana wa Umeme kwenye Vitu vya Utekelezaji wa Kielektroniki na Upotevu wa Uzalishaji

Uvivu wa harmonic unaozidi asilimia 8 THD (Jumla ya Uvivu wa Harmonic) unapunguza kinyume kwa mara 4–7 katika uzalishaji wa chip chini ya 5nm. Wavuza wa Marekani wanapaswa kulipa dola bilioni 145 kwa mwaka kwa sababu ya upotevu wa ubora wa umeme, ambapo vituo vya semiconductor vinachukua asilimia 18 ya jumla hii (Ripoti ya Soko la 2023).

Matatizo Yanayowezekana ya Ubora wa Umeme: Vipande vya Harmonic, Kuchemsha, na Uhali wa Mtandao

Utafiti unavyoonyesha kwamba 65–75% ya matatizo ya ubora wa nguvu katika vituo vya uzalishaji hubandikia mitikisiko ya kigeni kutokana na tarakilishi za mzunguko (VFDs) na malazi ya umeme wa DC. Uchafu huu wa umeme unaenea kupitia miundo ya kujitegemea, kuongeza vibadilisho vya mashimo kwa 34%, kupunguza uhai wa UPS kwa 27%, na kuongeza matumizi ya nishati kwa 12%.

Changamoto Inayokuwa Kukua: Ukaribu Zaidi wa Mchakato Dhidi ya Ubora Mbadala wa Mtandao

Wakati mchakato wa wafani unapofika hadi kiwango cha karibu kabisa (kitovu cha 1nm), kizuizi cha voltiji kinachoruhusiwa kimepungua hadi ±0.5% ikilinganishwa na ±5% iliyopita kumi miaka iliyopita. Pamoja na hayo, matukio ya ustahimilivu wa mtandao yameongezeka kwa 57% tangu mwaka 2020 (Ripoti ya Tendenzi za Ubora wa Umeme 2024), yanawezesha mahitaji yanayopingana kati ya mahitaji ya uzalishaji na uwezo wa miundoko ya umeme.

Kionyeshi cha Mitikisiko cha Vinavyoshiriki: Teknolojia Makuu ya Umeme Safi Katika Vituo vya Uzalishaji

Uzalishaji wa kisasa wa semiconductor unahitaji ubora wa umeme unaopita viwango vya kawaida vya kisasa, pamoja na vichukua Vikatili vya Harmonic kutokea kama ulinzi muhimu dhidi ya uvumbo wa mitikisiko.

Jinsi Vionawezaji vya Uharibifu wa Harmonic Vinavyoondoa Uharibifu wa Harmonic Wakati Mwingine

Mifumo hii inatumia algorithumu zinazobadilika ili kufuatilia mitandao ya umeme kwa sampuli 256/kipindi, kukama mazoezi ya harmonic hadi mpaka wa 50. Kwa kuweka vituo vya sasa vinavyopasuka ndani ya millisecond 1.5 baada ya kutambua hitaji, husimamia uharibifu wa jumla wa harmonic (THD) chini ya 5%—ni muhimu sana kuhakikisha ulinzi wa mitaala ya EUV na zana za kuweka aina moja kwa moja ya atomi.

Kwani Suluhisho la Activa Zinavyoshindana na Vichunguzi vya Pasifiki Katika Mazingira ya Teknolojia ya Juu yenye Tabia ya Kubadilika

Vichujili vya LC vya pasifiki vinavyotumia mzunguko wa pasifiki vinafanya kazi vizuri lakini vinazimika kwa sababu wanashawishi tu mazungumzo maalum ya harmonic. Vichujili vya active ni tofauti kwa kuwa wanaweza kufananisha na mabadiliko yanayotokea. Fikiria kuhusu vifaa vinavyobadilika haraka kama zana za kuchoma ambazo zinabadilika kutoka 0 hadi 100% kwenye mzigo kwa chini ya sekunde mbili. Au fikiria kuhusu mikusanyo ya DC inayozalisha mazungumzo machangamano kwa takriban asilimia 35 ya kiwango cha THDi na mashine za RF zinazoweka matatizo yao mengine kwa takriban asilimia 28 ya THDv. Hata mitandao ya roboti ina tatizo wakati inavyofanya kazi katika rejimu ya kupata nembali ya nishati ambapo mara kwa mara hadi asilimia 18 ya nguvu inarudi nyuma. Majaribio ya ulimwengu wa kweli yameonyesha kwamba vitendo vya kuzuia vya active huzaa ufanisi wa takriban asilimia 95 kwa upunguzi wa mazungumzo badala ya ufanisi wa pasifiki wa kawaida unaowezekana kati ya asilimia 60 hadi 70 kama ilivyooneshwa katika sasisho la karibuni la standadi ya IEEE 519 iliyotolewa mwaka 2022.

Uchambuzi wa Kesi: Kuipunguza THD Kutoka Asilimia 18 Hadharani Chini Ya Asilimia 5 Kwa Kutumia Kionyeshi cha Harmonic cha Active

Kitovu cha wafer cha 300mm kimefuta gharama za kuchakata kwa $2.3M/kila mwaka kwa kuweka msingi wa kupunguza hatari katika vifaa muhimu 34 vya utengeuzi:

Kigezo	Kabla ya Kuponya	Baada ya Kuponya	Uboreshaji
THD ya Voltage	18.7%	4.2%	77.5%
Utapotevu wa Upato	1.8%	0.3%	83.3%
Ughaji wa Nishati	9.8 kWh/kcm²	8.1 kWh/kcm²	17.3%

Suluhisho limebaki linakidhi viwango vya upinzani wake wa SEMI F47-0706 dhidi ya kupungua kwa voltage wakati mchana 18 uliopita.

Mbinu za Udhibiti Wa Iliyo Juu Kwa Ajili ya Usimamizi wa Umeme wa Muda Halisi

Mifumo ya Udhibiti wa Muda Halisi Kwa Ajili ya Usahihishaji wa Ubora wa Umeme

Mifumo ya utawala inayotumika katika masomo ya uvunjaji wa semiconductor inahitaji kujibu matatizo ya nguvu kwa muda saa 1 hadi 2 tu kama inataka kuepuka kupoteza mapato muhimu. Mifumo ya kudhibiti kinyume cha kisasa inayobadilika kulingana na mazingira (adaptive hysteresis control systems) inafanya mabadiliko makubwa hapa, ikirekebisha upungufu wa voltage kwa muda wa asilimia 40 ikiharibi kuliko wale wa zamani wa PI controllers. Mifumo haya inafanya kazi kwa kubadilisha kasi yao ya kujibu kulingana na kilichotokea mtandao wa umeme wakati wowote. Kwa mchakato wa extreme ultraviolet lithography, kuwaweka voltage ndani ya asilimia + au - 1 ni muhimu sana, kwa sababu hata mabadiliko madogo ya nguvu yanaweza kuua magazeti yote ya silicon wafers. Takwimu za maandalizi zinaonyesha kwamba mashine ambazo zimekabidhi mifumo hiyo ya kudhibiti imeona kupungua kwa asilimia 70 zaidi ya matatizo ya voltage wakati yanapokabiliana na mitandao inayotendelea kuwa na matatizo mara kwa mara.

Usimamizi wa Shunt na Mfululizo kwa ajili ya Usawazishaji wa Load na Udhibiti wa Voltage

Tatizo la usawa wa tatu linawezekana kuwa mbaya sana katika mifepuo hiyo ya ubani wa wafani zenye kipenyo cha 300mm, wakati mwingine kuingia juu ya asilimia 15 unapofanya hatua za uchakataji wa haraka. Watengenezaji wanafanya nini kuhusu hayo? Vifaa vya kuwawezesha vinavyotumika kama pambano vinawezesha mambo kuwa sawa karibu na alama ya asilimia 2 kwa kuweka kiasi cha sasa ambacho hakina nguvu kabla hatari ipo. Wakati huo huo, vifaa vya safu vinachukua hatua kurekebisha mabadiliko ya voltage ambayo inanguka chini ya kiwango cha 0.9 kwa kitengo, vinajibu haraka zaidi kuliko nusu ya sikuli. Kuchanganya njia hizi mbili huondoa matokeo haya magumu ambayo vifaa viendeleze vipiga mara kwa mara. Na tuambie kweli, mapigo haya yanasababisha kutokuwepo kwa ajili ya kati ya asilimia 12 hadi labda asilimia 18 ya vifungo visivyotarajiwa vyote katika vituo vya utengenezaji wa semiconductor.

Unganisha Na Vichujio vya Mamlaka ya Activu vya Hybrid (HAPF) kwa Ujibu wa Haraka

Tunapowaweka patazipatao kumi na mbili zenye sura ya pulsi pamoja na vichujio vya kazi vilivyo kama IGBT, tunapata mistari ya kibridi ambayo kwa kweli husimamia mizani hadi mpaka wa 50 katika kipindi cha 2 hadi 5 kHz. Majaribio yameonyesha kitu kisicho kawaida kuhusu mfano wa HAPF kulingana na vichujio vyenye nguvu tu. Mifumo hii ya kibridi inajibu takriban asilimia hamsini ikiwa haraka zaidi wakati wa mabadiliko ya mzigo kwa mara moja. Fikiria kinachotokea kwenye kifaa cha kuweka viini ambacho huubiana mara kwa mara kati ya kupumzika kwenye 5 kW na kishupisha kwa nguvu kamili ya 150 kW. Ujuzi wa kujibu haraka unafanya tofauti kubwa katika kutunza uendeshaji thabiti kupitia mabadiliko haya makubwa ya nguvu.

Tendensi Inayotokea: Udhibiti wa Kiashiria Kinachosimamiwa na AI Katika Vichujio vya Nguvu vya Kiasili

Vifaa vya kujifunza vya mashine vilivyotengenezwa kwa data ya awali ya ubora wa nguvu za terawatt-saa sasa vinaprediki mafumbo ya uharibifu wa seti kama vile 8–12 sekunde kabla ya mitambo ya kupima kuwatajami. Mradi wa mtihani wa mwaka 2024 uliotumia vivinjari vya kitendawili vilivyo na utendakazi wa wavu wa kiaki ulionyesha usaidizi wa asilimia 23.6 katika viashiria vya Ustahimilivu wa Ingizo-kwa-Hali (ISS) wakati wa machafuko ya grid yanayosimulwa, ikisonga wazi mfumo wa kawaida unaotegemea kizidisha.

Kuhakikisha Ufuatilio na Ufuatiliaji wa Kudumu Katika Makumbusho ya Kusasa

Kukiria viashiria vya kimataifa: Ufuatilio wa IEEE 519, EN 50160, na IEC 61000

Mifumo ya utengenezaji wa semiconductor kwa sasa inahitaji kufuata viwango muhimu vingi ikiwa ni pamoja na IEEE 519 kwa ajili ya uharibifu wa harmonic, EN 50160 kuhusu vipengele vya voltage, na IEC 61000 inayohusika na ukaguzi wa electromagnetic compatibility. Sheria hizi husaidia kuepuka matatizo yanayohusiana na vifaa na kuhakikisha usalama dhidi ya upotevu wa uzalishaji. Mifumo ambayo huweza kufuata viwango hivi mara nyingi hunyenyea kuhusu vifungo visivyotarajiwa kwa takriban 40-45% zaidi kuliko ile ambazo hazijali kufuata sheria hizo. Teknolojia za kuongozana sasa zinawezesha mifumo kudumisha uharibifu wa jumla wa harmonic chini ya 5%, ambao unapitisha kikomo cha 8% kinachowekwa na IEEE 519 kwa matumizi yote ya kisasa ya kisasa. Wazalishaji wakuu wanawezesha zaidi kwa kuanzisha mbinu mbili za ubalosi. Wanachunguza ufikivu wa mifumo kama vyote pamoja na kufanya majaribio ya kina juu ya vifaa maalum kama vile mashine za uvuko wa ultraviolet kali ambazo ni muhimu sana kwa uzalishaji wa vipepeo vya kisasa.

Uchunguzi wa ubora wa nguvu, uchambuzi wa harmonic, na taratibu za tathmini ya PQ

Ukaguzi wa umma wa ubora wa nguvu unafuata njia ya vitatu:

Kitapeli cha Ukaguzi	Viashio Vikuu	Vifaa vya Kupima
Chanzo	THD, Mabadiliko ya Voltage	Vipima vya kualiti ya nguvu
Mkojo wa Pesa	Jibu la Wakati Mfupi	Kumbukumbu za kasi kubwa
Kuvamia	Usimamizi wa IEEE 519/EN 50160	Programu ya uthibitishaji wa ufuatilio

Ukaguzi wa harmoniki sasa unajumuisha ujifunzao wa mashine kutabiri hatari za resonance katika miundo mingi ya fab. Mifumo ya kudhibiti ufuatilio bora hutawala usajili wa ushuhuda kupitia maplatformu ya AI zenye udhibiti, kuungua makosa ya uthibitisho wa mikono kwa asilimia 67 katika maeneo yaliyofanyika hivi karibuni.

Ufuatiliaji wa wakati halisi na kumbukumbu ya data kwa ajili ya matengira mapema

Vifaa vya kufabricisha ya leo vina tumia kifaa cha kupima kinachounganishwa na intaneti kinachokusanya data zaidi ya 10,000 tofauti kila dakika moja katika mzunguko wao wa umeme. Kulingana na ripoti ya kikanda cha hivi karibuni kutoka mwaka 2024, vituo vya uisimbua vilivyoaminiwa suluhisho huu la ukusanyaji wa data wa dakika kwa dakika vilipata kupunguzwa kwa kiasi kikubwa cha vibadilisho vya wafer vilivyosababishwa na matatizo ya nguvu. Punguzo lilikuwa linazozana na asilimia 29%, kwa sababu ya sababu mbalimbali ikiwa ni pamoja na utambulisho wa haraka wa migawanyiko ya voltage wakati wa hatua muhimu za kuchomwa, usajili wa mistari ya uvirudo wa harmonic ambayo husaidia kuboresha mifumo ya kuchuja, na ishara za mapema wakati capacitors au transformers yanapohitaji makini. Mchakamko huu wa mara kwa mara unafanya kazi pamoja na vipengele vya kuchuja uvirudo ili kurekebisha usawa wa sasa haraka kuliko kabla. Kama matokeo, watengenezaji wa semiconductor wanaweza kudumisha ubora wa nguvu kwao kwa kiwango kinachokaribia kikamilifu, wakiwacha tu tofauti ya asilimia 2 kutokana na viwango bora hata wakati vifaa vinabadilika haraka kati ya mifumo katika mazingira ya uisimbuzi wa juu.

Sehemu ya Maswali yanayotofikiwa

Ubora wa nguvu katika uzuwaji wa vifaa vya semiconductor ni nini?

Ubora wa nguvu katika uzuwaji wa vifaa vya semiconductor unarejelea ustahimilivu na ukweli wa mfumo wa umeme, kuhakikisha kuwa vifaa vinavyotumia nguvu vinavyofanya kazi kwa ufanisi bila mvuto kutokana na matatizo ya umeme.

Kwa nini uvurio wa harmonic una shida katika vituo vya semiconductor?

Uvurio wa harmonic unaweza kuongeza msani wa makosa katika uzalishaji wa chip na kusababisha vifo vya vifaa, vya kuondoa faida kubwa na mvuto wa utendaji.

Vichunguzi vya Harmoni Vinavyofanya Kazi Ni Nini?

Mitambo ya kuponya uvurio wa harmonic ni mifumo inayotumia algorithumu za kuboresha ili kufuatilia na kurekebisha uvurio wa harmonic wakati wowote, kuhakikisha upatikanaji wa nguvu safi inayohitajika kwa vifaa vya uzalishaji vyenye uaminifu mkubwa.

Vijiji vya udhibiti vya juu vinawasaidia vipi katika ustahimilivu wa ubora wa nguvu?

Mbinu za juu za udhibiti zinatoa majibu ya haraka kwa mabadiliko ya nguvu, kutilia njia kama compensation ya shunt na ya mfululizo ili kudumisha ustahimilivu wa voltage na kuzuia kurudi kwake kwa vifaa.

Sheria zipi zinazohitajika kufuata na vituo vya semiconductor?

Vifaa vya semiconductor vinahitaji kufuata viwiano kama vile IEEE 519 kwa ajili ya uvirudi wa harmonic, EN 50160 kwa ajili ya sifa za voltage, na IEC 61000 kwa upatikanaji wa electromagnetic ili kuzuia vifo vya vifaa na potea za uzalishaji.