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案例分享 | 柔性 MOCVD 系统采用基于 PC 的控制技术打造模块化设备

时间:2020-09-15来源:中国传动网

导语:​EtherCAT 已经成为半导体行业占据领先地位的工业以太网,目前已经成为 SEMI 标准,而 DeviceNet 曾经是业界应用最为广泛的标准。在现有设备中,EL6752 DeviceNet 主站/从站端子模块用于连接 EtherCAT 网络和 DeviceNet 现场设备。正如 Dmitri Volovik 所解释的,EtherCAT 还简化了开发工作:“有了 EtherCAT 工业以太网和 TwinCAT 开发环境,集成一个 DeviceNet 网络只需花费数小时时间。而如果使用前一家供应商提供的解决方案,这项工作则通常需要整整一周的时间。”

Agnitron 利用 Agilis 两用机开发了一套通过金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术制备半导体材料氧化镓的系统。此外,该系统还能够在需要时切换为其它材料。Agnitron 采用倍福基于 PC 的控制技术,确保满足用户在研发中小型生产设备时所需的高可靠性和灵活的可扩展性。

 柔性 MOCVD 系统采用基于 PC 的控制技术打造模块化设备

改进消费电子产品中高压开关的设计和生产后,化合物半导体氧化镓(Ga2O3)有望带来广泛而令人激动的好处。然而,这种超宽带隙化合物半导体的性能和用例必须首先得到如犹他大学电气和计算机工程助理教授 Sriram Krishnamoorthy 博士等研究人员的证实。

在研究现有金属有机物化学气相淀积(MOCVD)设备时存在的限制可能导致无法满足正确处理氧化镓的定制、价格或可靠性要求。在探索新系统的同时,Krishnamoorthy 发现了化合物半导体研发公司 Agnitron Agilis 平台。

Agnitron 公司总裁兼 CEO Andrei Osinsky 2008 年在明尼苏达州 Chanhassen 创立了公司,虽然很多 MOCVD 设备制造商已经开始重点关注 LED 等大行业趋势,但 Agnitron 的成立是为了向需求尚未得到满足的细分市场提供新的解决方案。彼时公司已经完成了对 β-氧化镓应用的研究,并开发了 Imperium MOVCD™ 软件以及 Agnitemp™ 用于现场计量他们自己的系统。公司推出的 Agilis 两用机只需稍微调整就可以在几天时间内将生长中的 β-氧化镓转换为 III 族氮化物半导体材料,而目前市面上其它 MOCVD 设备都无法提供此功能。基于 PC 的控制技术的模块化和灵活性简化了此款多功能平台的设计开发。

 柔性 MOCVD 系统采用基于 PC 的控制技术打造模块化设备

成本控制和可靠性是关键

一套新的 MOCVD 系统售价基本都超过 100 万美元。即使 Agilis 机可以两用, Agnitron 客户投入的成本还是不低,而他们通常没有像大型半导体制造商那样的高额预算。然而,无论是在科研方面,还是在生产方面,客户的要求都在不断提高以达到高质量标准,并坚持自己的生长配方。Agnitron 公司自动化和控制技术主管 Ivan Yunchyk 解释道:我们处在一个成本竞争非常激烈的市场。我们必须以尽可能最低的价格提供多功能解决方案,每个组件同时必须具有高可靠性和可重复性。

Agnitron 公司高级首席工程师 Dmitri Volovik 博士补充道:在这个行业收到的最好赞誉是客户说设备和以前一样好用。客户需要花费数年的开发时间和数百万美元来定义工艺流程,因此他们希望编程好的新系统能够精确维护半导体制造工艺配方,不会出现意外停机情况。事实上,当时 Agnitron 公司前一家供应商提供的自动化和控制系统的可靠性出现了问题,公司正濒临失去客户的危险边缘,恰在此时,他们在总部位于明尼苏达州萨维奇附近的倍福自动化公司找到了全新的解决方案。

可为不同用户定制模块化系统

具备良好的模块化功能的倍福控制产品可以为 Agilis 系统提供两种不同的控制解决方案:倍福搭载四核 Intel® Xeon® 处理器的CX2042 嵌入式控制器和搭载四核 Intel® core™ i7 处理器的 CX2040 嵌入式控制器。

 柔性 MOCVD 系统采用基于 PC 的控制技术打造模块化设备

我们提供标配版 CX2040 满足客户的研发需求。” Dmitri Volovik 说道:但客户对内存和处理速度的要求越来越高。我们的 Imperium 软件和 SQL 数据库必须在同一个硬件平台上运行,以便支持更复杂的操作和更大量数据的采集以及满足 Agnitemp 的计量要求,而搭载 Xeon® 处理器和 1 TB SSD 固态硬盘的 CX2042 控制器是实现全天候生产的最佳选择。

很多翻修和改造项目可以使用价格更经济实惠的 CX2040。如果现有的 PLC 还可以工作,公司只需简单地用倍福的 C5102 机架安装式工业 PC 取代传统 PC 即可。在这两种情况下,倍福硬件和软件的向后兼容性确保能够可靠地维护半导体生长配方。

通过在嵌入式控制器上使用 TwinCAT 3 自动化软件,Agnitron 工程师可以通过 Visual Studio C# 语言编写设备控制逻辑。由于嵌入式控制基于 Windows 操作系统,因此他们可以安装 Imperium 控制软件并在本地存储数据。通过使用基于 PC 的控制系统而不是单独的 PC PLCAgilis 机器在控制硬件上节省了大约 10000 美元。

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具有实时联网能力,同时减少空间

EtherCAT 的实时联网能力可以为 Agilis 带来更多好处。EtherCAT 高密度端子模块 EL3318 连接 Agilis 8 个不同的热电偶,这在使用 β-氧化镓和其它复杂半导体材料时至关重要。它们与其它 16 通道 I/O 端子模块一起让设备保持占地面积小的优点。控制柜内部的空间变得越来越狭小,特别是一些较小的研发系统。”Dmitri Volovik 说道。倍福的 EtherCAT I/O 和嵌入式控制器的紧凑性让我们能够在众多的竞争对手中脱颖而出。

 柔性 MOCVD 系统采用基于 PC 的控制技术打造模块化设备

EtherCAT 已经成为半导体行业占据领先地位的工业以太网,目前已经成为 SEMI 标准,而 DeviceNet 曾经是业界应用最为广泛的标准。在现有设备中,EL6752 DeviceNet 主站/从站端子模块用于连接 EtherCAT 网络和 DeviceNet 现场设备。正如 Dmitri Volovik 所解释的,EtherCAT 还简化了开发工作:有了 EtherCAT 工业以太网和 TwinCAT 开发环境,集成一个 DeviceNet 网络只需花费数小时时间。而如果使用前一家供应商提供的解决方案,这项工作则通常需要整整一周的时间。

研究人员 Sriram Krishnamoorthy 认为,Agilis 两用机正在改变研究机构和半导体行业的游戏规则:目前市场上还没有一个平台能够提供这种服务。事实上,我还有一些悬而未决的提案,探索 III 族氮化物和氧化镓整合在超高压设备中的应用,希望这个平台能够成为我在许多其它机构进行的科研项目负担得起的选择。

标签: 运动控制

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