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作者：ADI公司Dust Networks產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理 Ross Yu，遠程辦公設施經(jīng)理 Enrique Aceves 問(wèn)題 對半導體晶圓制造至關(guān)重要的是細致、準確地沉積多層化學(xué)材料，以形成數千、數百萬(wàn)甚至在有些情況下是數 10 億個(gè)晶體管，構成各種各樣復雜的集成電路 (IC)。在制造這些 IC 的過(guò)程中，每一步都要精確計量不同的化學(xué)氣體，而氣體使用量差異會(huì )很大，這是由不同的工藝所決定。在大多數情況下，這些步驟是高度自動(dòng)化的。有趣的是，尚未自動(dòng)化的竟然是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的步驟，這就是“保持氣體充足供應”。 在A(yíng)DI公司位于美國加利福尼亞州圣何塞附近的硅谷制造廠(chǎng)中，用于晶圓制造的專(zhuān)用氣罐超過(guò) 175 個(gè)。這些氣罐受到了密切監視，以確保不中斷供氣。供氣意外中斷會(huì )導致價(jià)值數 10 萬(wàn)美元的晶圓報廢、損失收入并使產(chǎn)品交付出現不可接受的延遲。為了避免停機，技術(shù)人員每天 3 次手工記錄工廠(chǎng)中每個(gè)氣罐的壓力。這種手工流程容易出現人為差錯，維護成本也很高。 以前使用這種手工數據記錄方法是因為人們認為通信系統配線(xiàn)很昂貴，在工廠(chǎng)中使用是不現實(shí)的。氣罐在工廠(chǎng)中到處都是，而且大多數氣罐附近都沒(méi)有 AC 電源插座或以太網(wǎng)插口。出于安全和抗震原因，用混凝土墻建造了這座工廠(chǎng)，因此安裝新導線(xiàn)成本之高令人望而卻步。此外，供電及通信線(xiàn)路安裝這種大型項目也會(huì )中斷制造過(guò)程，會(huì )要求工廠(chǎng)停工。 
圖 1：提高制造效率 ─ 半導體公司利用實(shí)時(shí)監視，竭力提高制造過(guò)程的效率。 用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )解決問(wèn)題 為了在不中斷制造過(guò)程的前提下解決配線(xiàn)問(wèn)題，初步部署了一個(gè) 32 節點(diǎn) SmartMesh IP 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )，以監視機柜中每個(gè)氣罐的壓力 (圖 2)。每個(gè)節點(diǎn)都由一對 AA L91 鋰電池供電，以在正常工作情況下提供大約 8 年運行壽命。也就是說(shuō)，無(wú)需增加配線(xiàn)、也不必停工，就可以安裝網(wǎng)絡(luò )，只需偶發(fā)地進(jìn)行定期維護以更換電池。盡管該工廠(chǎng)是混凝土建筑，金屬架構無(wú)處不在，但是該網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)證明是高度可靠的。到本文寫(xiě)成時(shí)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)連續運行超過(guò) 83 天，發(fā)送了超過(guò) 2600 萬(wàn)個(gè)數據包的讀數，其中僅 1 個(gè)數據包丟失，這意味著(zhù)可靠性 >99.99999%。這是高可用性通信網(wǎng)絡(luò )及計算機系統嚴格的“5 個(gè) 9”可靠性的 100 倍。這種級別的網(wǎng)絡(luò )可靠性可確保工廠(chǎng)長(cháng)期免于維護，而且系統能夠承受工廠(chǎng)和 RF 環(huán)境中出現的不利變化。
圖2：半導體制造廠(chǎng)中的氣罐機柜 ─ 無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)必須在無(wú)處不在的金屬和重型混凝土結構中可靠運行。 在氣罐機柜中，對每個(gè)氣罐都要測量氣罐壓力和穩定壓力，測得的讀數通過(guò) SmartMesh 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到一個(gè)中央監視系統。每個(gè) SmartMesh 節點(diǎn)都連接到一對氣罐，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )向一個(gè)涵蓋整個(gè)建筑物的 Web 服務(wù)器發(fā)送讀數。在控制室中，通過(guò)工廠(chǎng)的站點(diǎn)管理軟件工具顯示實(shí)時(shí)讀數，并自動(dòng)計算運行速率和趨勢曲線(xiàn)，以預測氣罐定期更換 (圖 3) 需求。此外，還設定了低壓門(mén)限，如果氣罐壓力在所設定的更換時(shí)間之前達到了高級警報門(mén)限，就向工廠(chǎng)技術(shù)人員發(fā)出警報。警報內容會(huì )顯示在控制室監視器上，并以“全天整周”的方式通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送給工廠(chǎng)技術(shù)人員和工廠(chǎng)管理軟件。
圖 3：用軟件分析工具預測有毒氣體使用量 ─ 實(shí)時(shí)氣體使用量讀數通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到工廠(chǎng)軟件系統，該系統預測氣體補充時(shí)間表，并幫助進(jìn)行產(chǎn)能規劃。 數據分析促進(jìn)效率提高 通過(guò)實(shí)時(shí)氣體消耗率，技術(shù)人員可以精確地預測氣罐何時(shí)需要更換，從而可以減少因過(guò)早更換氣罐而導致有剩余氣體被浪費的情況。好處不止于提高日常運行效率。通過(guò)集中收集氣體使用量數據，毫不費力地將數據提供給工廠(chǎng)管理，還能夠進(jìn)行趨勢分析，通過(guò)分析讀數與具體的半導體制造工藝及幾何尺寸之間的關(guān)系，可進(jìn)一步發(fā)現簡(jiǎn)化工廠(chǎng)運作的機會(huì )。這有助于在需求增長(cháng)時(shí)，優(yōu)化產(chǎn)能增長(cháng)。 ADI公司首席運營(yíng)官 Alex McCann 指出：“效率的提升表明安裝 SmartMesh 氣體鋼瓶監測網(wǎng)絡(luò )是完全有理由的。因此，我們計劃在整個(gè)工廠(chǎng)范圍里擴展這種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格系統，以在我們的作業(yè)中獲得更高的效率�！� 總結 就半導體晶圓處理設施而言，如果運行時(shí)間優(yōu)化、運行效率提高，產(chǎn)量就會(huì )提高，停機時(shí)間就會(huì )減少。SmartMesh IP 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )無(wú)需中斷工廠(chǎng)運行就可安裝，以改造已經(jīng)投產(chǎn)的工廠(chǎng)，監視氣罐使用情況。無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)放置不受現有空間限制，在金屬和混凝土結構中能夠可靠工作，同時(shí)還能夠像工廠(chǎng)管理軟件發(fā)送實(shí)時(shí)讀數。這種數據可用來(lái)迅速、準確地確定氣體使用量，確保及時(shí)補充氣體、減少停機時(shí)間和氣體浪費。這些數據還可用于產(chǎn)能規劃。 Dust Networks ADI的 Dust Networks 產(chǎn)品是連同無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )軟件的芯片和預認證 PCB 模塊。當嵌入到客戶(hù)的傳感器和網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品中時(shí)，形成的無(wú)線(xiàn)連接可實(shí)現 >99.999% 的數據可靠性和超低功耗，從而使得傳感器可以安放在嚴酷的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 環(huán)境中。Dust Networks 的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)現場(chǎng)驗證，在 120 個(gè)國家已部署了超過(guò) 50,000 個(gè)客戶(hù)網(wǎng)絡(luò )。 |
