CHLB ĐỨC – Có thể nói, sản xuất bán dẫn là một trong những ngành công nghiệp có quy trình chế tạo phức tạp nhất trên thế giới hiện nay. Thông qua danh mục giải pháp tự động hóa mới, tập đoàn Beckhoff Automation đã khẳng định vị thế dẫn đầu khi giới thiệu cách vận dụng các công nghệ điều khiển hiện đại, tiêu chuẩn truyền thông linh hoạt và hệ thống phối hợp chính xác. Những cải tiến này không chỉ giúp tối ưu hóa công suất của quy trình sản xuất bán dẫn mà còn đảm bảo tính bền vững và khả năng thích ứng trong tương lai.

Trong kỷ nguyên xe điện hiện nay, có gần 3.000 đến 8.000 linh kiện bán dẫn được tích hợp trong bộ điều khiển động cơ, quản lý pin và vận hành các hệ thống hỗ trợ, và con số này đang không ngừng gia tăng. Từ các giải pháp xe điện, truyền thông, y tế, an ninh cho đến giải trí, năng lượng đến bảo vệ môi trường, bán dẫn chính là nền tảng chính cho sự đổi mới và tiến bộ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống. Chính vì vậy, ngành công nghiệp bán dẫn đang nắm giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội. Tuy nhiên, lĩnh vực này cũng đang phải đối mặt với những vấn đề chung của thị trường: yêu cầu ngày càng cao về chất lượng, hiệu suất và năng suất, cùng với áp lực tối ưu hóa chi phí. Để vượt qua những rào cản này, tự động hóa đã trở thành chìa khóa chiến lược trong sản xuất bán dẫn, tương tự như vai trò thiết yếu của nó trong các ngành công nghiệp mũi nhọn khác.

Kiểm soát chính xác và giám sát liền mạch
Hoạt động sản xuất trong ngành bán dẫn có sự khác biệt rõ rệt so với các lĩnh vực công nghiệp khác ở hai yếu tố. Thứ nhất là yêu cầu về độ chính xác cao trong quy trình chế tạo. Các bộ vi xử lý hiện đại thường chứa đến hàng tỷ bóng bán dẫn, cần hình thành các cấu trúc trên tấm wafer (*) với khoảng cách chỉ vài nanomet. Điều này trực tiếp dẫn đến yếu tố thứ hai: số lượng các công đoạn sản xuất chính xác cao là chưa từng có. Hàng chục quy trình cần được tích hợp một cách liền mạch, trong đó phần lớn diễn ra trong môi trường phòng sạch.
(*) Tấm wafer (phiến bán dẫn hoặc đĩa silicon): là vật liệu nền cơ bản để xây dựng nên các mạch tích hợp (IC/chip). Wafer được làm từ silicon tinh khiết. Trong quy trình sản xuất, wafer trải qua các bước xử lý kỹ thuật cực kỳ phức tạp: in mạch (bằng tia cực tím để in vi mạch lên bề mặt wafer), tạo ra hàng tỷ bóng bán dẫn (thông qua hàng trăm bước như cấy ion, lắng đọng lớp phủ và khắc mòn, các transistor sẽ dần hình thành trên bề mặt wafer), cắt nhỏ (một tấm wafer chứa hàng trăm hoặc hàng nghìn chip nhỏ (gọi là die), dao kim cương hoặc laser được dùng để cắt rời chúng ra theo thiết kế).

Ông Marcel Ellwart, phụ trách Quản lý ngành công nghiệp bán dẫn tại tập đoàn Beckhoff, chia sẻ: “Dù các công đoạn rất đa dạng, từ sản xuất tấm wafer, quang khắc cho đến kiểm tra và đóng gói, tất cả đều yêu cầu khả năng kiểm soát chính xác và giám sát liên tục. Bên cạnh đó, các nhà máy sản xuất còn phải có khả năng phản ứng linh hoạt trước những thay đổi về biến thể sản phẩm, đồng thời vẫn bảo đảm tốc độ sản xuất cao với chất lượng tối đa. Điều này làm cho việc ứng dụng các công nghệ tự động hóa hiện đại trở nên không thể thiếu.”

Mạng truyền thông etherCat – tiêu chuẩn của ngành công nghiệp bán dẫn
Với danh mục các giải pháp phong phú và linh hoạt, tập đoàn Beckhoff trong vai trò là chuyên gia tự động hóa có thể đáp ứng chính xác các quy trình và ứng dụng đa dạng của ngành công nghiệp bán dẫn. Trong đó, truyền thông đóng vai trò đặc biệt quan trọng. Ông Marcel Ellwart nói tiếp: “Với mạng truyền thông etherCat (1), tập đoàn Beckhoff đã phát triển một tiêu chuẩn fieldbus (2) từ lâu đã được khẳng định là giao thức truyền thông hàng đầu trong ngành sản xuất bán dẫn.” Hiện nay, phần lớn các nhà sản xuất thiết bị hàng đầu đều tin tưởng việc sử dụng mạng truyền thông etherCat. Khả năng xử lý trong thời gian thực nhất quán, tính linh hoạt cao và khả năng mở rộng chính là những yếu tố quan trọng làm nên thành công của giao thức này. Ông Ellwart nói thêm: “Nhờ vào kiến trúc mở và mức độ chấp nhận rộng rãi trong ngành, Mạng truyền thông etherCat cho phép tích hợp dễ dàng các thành phần và hệ thống, từ cảm biến, bộ truyền động đến các bộ điều khiển phức tạp.”
(1) Mạng truyền thông etherCat (ethernet for control automation technology): là một công nghệ bus trường dựa trên nền tảng công nghệ ethernet (giống mạng LAN nhưng được tối ưu hóa cho công nghiệp). Được phát triển bởi tập đoàn Beckhoff, công nghệ etherCat hiện là chuẩn truyền thông nhanh nhất và hiệu quả nhất trên thế giới.
(2) Fieldbus (bus trường): là tên gọi chung của một nhóm các giao thức mạng công nghiệp được sử dụng để kết nối các thiết bị (như cảm biến, động cơ, van, cơ cấu chấp hành) với bộ điều khiển trung tâm. Nhiều thiết bị có thể dùng chung một đường dây truyền tải dữ liệu, giúp tiết kiệm chi phí dây dẫn, dễ dàng bảo trì và mở rộng hệ thống.

Từ sản xuất tấm wafer đến gia công và đóng gói
Với giải pháp điều khiển dựa trên PC (PC-based control) (1), tập đoàn Beckhoff mang đến cho ngành công nghiệp bán dẫn một công cụ điều khiển được thiết kế chuyên biệt, đáp ứng chính xác các yêu cầu đặc thù của lĩnh vực này. Giải pháp bao quát toàn bộ các nhiệm vụ tự động hóa: từ sản xuất tấm wafer, gia công đến khâu đóng gói bán dẫn (2). Phương pháp của tập đoàn Beckhoff không chỉ giới hạn ở bộ điều khiển lập trình (PLC) (3) mà còn tích hợp kết nối giao diện người – máy (HMI), điều khiển chuyển động, công nghệ đo lường và thị giác máy (4). Nền tảng phần mềm TwinCAT 3 biến các máy tính công nghiệp thành những hệ thống điều khiển thời gian thực hiệu quả cho toàn bộ quá trình kỹ thuật và vận hành. Phù hợp với sự đa dạng về yêu cầu của ngành bán dẫn, phần mềm tự động hóa có cấu trúc mô-đun và có thể mở rộng với nhiều chức năng khác nhau.
(1) Giải pháp điều khiển dựa trên PC: trong lĩnh vực tự động hóa, “giải pháp điều khiển dựa trên PC” là một triết lý điều khiển hiện đại, các doanh nghiệp sử dụng máy tính công nghiệp (industrial PC – IPC) để thay thế cho bộ điều khiển logic lập trình (PLC) truyền thống. Thay vì dùng một thiết bị phần cứng chuyên dụng chỉ biết chạy các dòng lệnh đơn giản, các doanh nghiệp sẽ dùng máy tính mạnh mẽ để điều khiển toàn bộ nhà máy.
(2) Đóng gói bán dẫn (packaging): sau khi các con chip (die) đã được cắt ra từ tấm wafer, chúng thực chất chỉ là những miếng silicon mỏng manh và chưa thể sử dụng được ngay. Packaging là quá trình đưa con chip đó vào một lớp vỏ bảo vệ và tạo ra các kết nối điện để nó có thể gắn lên bảng mạch điện tử.
(3) Bộ điều khiển lập trình (programmable logic controller): là bộ điều khiển logic đóng vai trò “bộ não” điều hành các hoạt động của máy móc.
(4) Thị giác máy (vision): hệ thống thị giác máy tính, sử dụng camera và thuật toán để kiểm tra lỗi sản phẩm, nhận diện hình ảnh hoặc dẫn hướng cho robot.

Ngành công nghiệp đặc thù với giá trị gia tăng chuyên biệt
Với danh mục giải pháp của mình, tập đoàn Beckhoff giúp giải quyết những vấn đề của ngành công nghiệp bán dẫn như đã nêu trên. Các giải pháp cải tiến được kỳ vọng sẽ mang lại những lợi ích thiết thực cho toàn ngành.

Các mô-đun mạng etherCat dạng plug-in nhỏ gọn
Các mô-đun mạng etherCat dạng plug-in nhỏ gọn thuộc dòng EJ thay thế cho các bo mạch I/O (*) được phát triển phức tạp trong các hệ thống sản xuất hàng loạt. Chúng được cắm trực tiếp lên bảng phân phối tín hiệu (dạng plug-in), phụ trách việc phân phối tín hiệu hoặc điện áp tới các đầu nối chuyên dụng theo từng ứng dụng. Giải pháp này giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và không gian lắp đặt, đồng thời loại bỏ nguy cơ đấu nối sai. Tương tự như các mô-đun mạng etherCat truyền thống, các mô-đun EJ cung cấp dải tín hiệu đa dạng cùng các chức năng an toàn và điều khiển chuyển động được tích hợp đầy đủ.
(*) Bo mạch I/O (input/ output board): là các bảng mạch trung gian truyền thống. Các nhà sản xuất máy thường phải: thiết kế bo mạch riêng (tự vẽ mạch, hàn linh kiện để chuyển đổi tín hiệu từ bộ điều khiển lập trình (PLC) sang máy móc); Và đấu dây thủ công (kết nối hàng trăm sợi dây từ bộ PLC đến bo mạch này, rồi từ bo mạch ra máy), quá trình này mất nhiều thời gian và dễ nhầm lẫn.

Giải pháp điều khiển tích hợp vào hệ thống I/O (input/ output)
Nhằm tối ưu hóa và giảm thiểu độ phức tạp của hệ thống, chức năng điều khiển truyền động cho động cơ servo và động cơ bước (1) đã được tích hợp trực tiếp vào hệ thống I/O (2). Trong phân khúc điện áp 48 volt dòng điện một chiều (DC – direct current), việc sử dụng các mô-đun mạng etherCat dạng plug-in, các mô-đun điều khiển động cơ servo hoặc các hộp bảo vệ, kết hợp với dòng động cơ AM8100 cho phép tạo ra các trục chuyển động servo nhỏ gọn nhưng vẫn đạt được tốc độ phản hồi nhanh và độ chính xác cao. Giải pháp điều khiển tích hợp I/O có thể được triển khai để vận hành các trục điều chỉnh hoặc cho các bộ truyền động có bộ khuếch đại servo lắp trực tiếp trên máy.
(1) Động cơ bước (stepper motor): là một loại động cơ điện có khả năng chia một vòng quay đầy đủ thành nhiều phần bằng nhau, được gọi là các “bước” (steps). Khác với các động cơ thông thường quay liên tục khi được cấp điện, động cơ bước di chuyển theo từng nấc chính xác. Điều này cho phép kiểm soát vị trí và tốc độ của động cơ mà không cần đến các cảm biến phản hồi (encoder) phức tạp trong nhiều trường hợp.
(2) Hệ thống I/O (input/ output): đóng vai trò là “giác quan” và “bàn tay” của bộ điều khiển trung tâm (như PLC hoặc máy tính công nghiệp). Nó là cầu nối trung gian giữa bộ xử lý và các thiết bị. Cấu tạo cơ bản của hệ thống I/O gồm hai phần chính:
– Input (đầu vào): thu thập dữ liệu từ cảm biến hoặc công tắc và gửi về bộ điều khiển.
– Output (đầu ra): nhận lệnh từ bộ điều khiển để thực hiện một hành động cụ thể.

Công nghệ đo lường cao cấp
Danh mục sản phẩm của tập đoàn Beckhoff đáp ứng đầy đủ những tiêu chuẩn phức tạp của ngành công nghiệp bán dẫn trong lĩnh vực đo lường: tốc độ đo lường theo chu kỳ giây đến dải kilohertz, đo lường điện áp, dòng điện đến đo độ rung và lực. Các mô-đun đo lường cao cấp thuộc dòng ELM được tích hợp liền mạch vào các trạm kết nối dữ liệu (etherCat I/O terminals), giúp thu thập dữ liệu chính xác từ các kênh đo lường quan trọng trong quy trình sản xuất. Bên cạnh đó, nền tảng twinCAT cung cấp các tính năng mạnh mẽ để phân tích và đánh giá dữ liệu đã thu thập.

Xử lý hình ảnh thời gian thực
Giải pháp Beckhoff Vision mang công nghệ xử lý hình ảnh thời gian thực vào quy trình sản xuất tấm wafer, cho phép tích hợp dễ dàng vào cả môi trường điều khiển mới và hiện có. Với giải pháp này, ranh giới giữa công nghệ thị giác máy tính và tự động hóa hoàn toàn được xóa bỏ. Đồng thời, các thành phần trong hệ thống thị giác máy tính sở hữu thiết kế bền bỉ, khả năng mở rộng linh hoạt và tính sẵn sàng cung ứng dài hạn, từ camera, hệ thống quang học, thiết bị chiếu sáng cho đến phần mềm twinCAT vision.

Hệ thống truyền động đệm từ linh hoạt
Hệ thống truyền động XPlanar có thể sẽ tạo nên một cuộc cách mạng trong quy trình xử lý của ngành công nghiệp bán dẫn. Hệ thống truyền động này cho phép vận chuyển phôi một cách linh hoạt với độ chính xác tối đa và khả năng chuyển động tự do vượt trội, cả trong nội bộ một hệ thống lẫn giữa các máy móc khác nhau. Các tấm di động (mover) vận hành theo cơ chế đệm từ không tiếp xúc và độc lập hoàn toàn trên những lộ trình được thiết lập riêng biệt. Nhờ đó, các sản phẩm có thể vượt mặt nhau (1), được đẩy ra ngoài (loại bỏ) hoặc lưu kho tạm thời (2) mà không làm ảnh hưởng đến quy trình (tiến độ) sản xuất chung.
(1) Vượt mặt nhau (overtake each other): khái niệm này mô tả khả năng của các mover trong hệ thống XPlannar có khả năng vượt nhau khi di chuyển. Nhờ vào khả năng chạy trên quỹ đạo độc lập của mỗi mover, điều này giúp loại bỏ tình trạng hàng hóa phải xếp hàng một cách tuyến tính như trên băng tải truyền thống và ngăn ngừa nguy cơ tắc nghẽn trong dây chuyền.
(2) Lưu kho (temporarily buffered): thuật ngữ này chỉ việc sản phẩm được đưa vào vùng đệm tạm thời, tức là được đặt vào một vị trí chờ ngắn hạn trước khi chuyển sang bước xử lý tiếp theo. Cách vận hành này giúp cân bằng nhịp sản xuất và giữ cho dòng chảy tổng thể không bị gián đoạn.

Quy trình hệ thống mở
Các giải pháp công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI – artificial intelligence) hiện đại đang mở ra tiềm năng to lớn cho lĩnh vực sản xuất bán dẫn. Tập đoàn Beckhoff đã tích hợp thành công công nghệ học máy (machine learning) vào phần mềm điều khiển twinCAT 3, cung cấp một bộ công cụ phần cứng và phần mềm mô-đun hóa để triển khai trực tiếp các mô hình công nghệ AI vào bộ điều khiển PLC. Khách hàng sẽ được hưởng lợi từ một quy trình hệ thống mở, loại bỏ hoàn toàn sự phụ thuộc vào nhà cung cấp độc quyền (lock-in effect) (*) trong mọi giai đoạn: từ thu thập dữ liệu, huấn luyện mô hình cho đến thực thi các mô hình đã học. Hiện nay, tập đoàn Beckhoff đã cung cấp các ứng dụng công nghệ AI tiêu biểu như: phát hiện bất thường phục vụ bảo trì dự đoán, phân loại hình ảnh trong quản lý chất lượng và phân tích chuỗi thời gian nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất.
(*) Lock-in effect (hay vendor lock-in): là tình trạng khi một khách hàng sử dụng sản phẩm của hãng A, nhưng sau đó rất khó (hoặc cực kỳ tốn kém) để chuyển sang hãng khác vì mọi thứ đều được thiết kế theo chuẩn riêng của hãng A. Ví dụ: khi khách hàng mua một chiếc điện thoại mà chỉ dùng được củ sạc riêng của hãng đó, không thể chép dữ liệu ra máy tính khác, đó chính là “lock-in”.

Những câu chuyện thành công của tập đoàn Beckhoff trong ngành bán dẫn
Với danh mục giải pháp phong phú cùng kinh nghiệm chuyên sâu về ngành, tập đoàn Beckhoff đã tự động hóa thành công số lượng lớn các ứng dụng trên toàn bộ chuỗi giá trị sản xuất bán dẫn trong những năm qua. Các ví dụ điển hình đã được công bố chi tiết trên tạp chí khách hàng PC-control của tập đoàn, là minh chứng rõ nét cho tính linh hoạt và hiệu quả vượt trội của các giải pháp này.

Sản xuất tinh thể (tinh thể silicon dùng để làm chip)
Công ty Jingsheng Mechanical and Electrical (JSG) ứng dụng giải pháp của tập đoàn Beckhoff, bao gồm máy tính nhúng (1), nền tảng phần mềm twinCAT 3 và các trạm kết nối dữ liệu (etherCat I/O terminals), để tự động hóa các lò nung tạo tinh thể đơn (2). Giải pháp này thay thế hoàn toàn các hệ thống điều khiển PLC và điều khiển nhiệt độ trước đây, đồng thời mang lại mức độ linh hoạt cao hơn, khả năng mở rộng vượt trội và nhiều tùy chọn tích hợp tiên tiến. Khả năng kiểm soát nhiệt độ với độ chính xác cao của hệ thống điều khiển quy trình, là yếu tố then chốt trong quá trình chế tạo đơn tinh thể, giúp đảm bảo chất lượng thông qua việc duy trì nhiệt độ ổn định trong thời gian dài.
(1) Máy tính nhúng (embedded PC): đóng vai trò là trung tâm điều khiển mạnh mẽ hơn bộ điều khiển PLC truyền thống.
(2) Lò nung tạo tinh thể đơn (single-crystal furnace): là một thiết bị có nhiệt độ cao đặc biệt được sử dụng để “nuôi” các khối tinh thể lớn từ một vật liệu duy nhất (thường là silicon hoặc sapphire). Đây là thiết bị khởi đầu quan trọng nhất trong chuỗi sản xuất chip bán dẫn và pin năng lượng mặt trời.
– Đơn tinh thể: trong tự nhiên, hầu hết các khối chất rắn là “đa tinh thể” (gồm nhiều tinh thể nhỏ sắp xếp lộn xộn). Nhưng để làm chip máy tính, cần một khối vật liệu hoàn hảo, nơi toàn bộ các nguyên tử được sắp xếp theo một trật tự duy nhất, đồng nhất từ đầu đến cuối, đó gọi là đơn tinh thể.

Khí siêu tinh khiết
Công ty Applied Energy Systems (AES) đã phát triển một bộ điều khiển mới nhằm cung cấp khí siêu tinh khiết (ultra-high-purity gases), đáp ứng các yêu cầu của công nghiệp 4.0 trong sản xuất chất bán dẫn. Bên cạnh máy tính bảng công nghiệp CP6606 nhỏ gọn của tập đoàn Beckhoff, doanh nghiệp này còn sử dụng các mô-đun I/O kết nối dữ liệu dạng plug-in, thuộc dòng EJ. Hệ thống điều khiển nhỏ gọn mới này vẫn giữ nguyên kích thước vỏ hộp, nhưng được bổ sung nhiều chức năng mở rộng, hỗ trợ giao thức OPC UA (*) và kết nối đám mây, cung cấp các tùy chỉnh linh hoạt, đồng thời giúp giảm đến 50% thời gian lắp đặt.
(*) OPC UA (open platform communications unified architecture): là một giao thức truyền thông công nghiệp cực kỳ quan trọng, được coi là “ngôn ngữ chung” hay “xương sống” của cách mạng công nghiệp 4.0. Nó cho phép các máy móc, thiết bị và phần mềm từ nhiều doanh nghiệp khác nhau (như Beckhoff, Siemens, Mitsubishi, hay các máy chủ đám mây) có thể hiểu và giao tiếp được với nhau một cách bảo mật.

Xử lý chip
Công ty Mühlbauer đã sử dụng các mô-đun dạng plug-in dòng EJ vào các máy phân loại chip (1) có độ chính xác cao phục vụ công đoạn hoàn thiện sản xuất bán dẫn. Giải pháp này cho phép xử lý đến 30.000 vi mạch mỗi giờ, đồng thời cải thiện việc thao tác wafer và giảm đáng kể mức độ phức tạp của hệ thống dây dẫn. Bốn bo mạch phân phối tín hiệu được phát triển chuyên biệt, với 26 mô-đun mạng etherCat dạng plug-in, nhận tín hiệu cảm biến và điều khiển các thiết bị bật/ tắt, bộ mã hóa gia tăng (2), mô-đun điều khiển động cơ bước (3), logic cấp nguồn (4) cũng như các bộ khuếch đại điều khiển các loại động cơ đặc biệt như động cơ áp điện (5) và động cơ gốm (6).
(1) Máy phân loại chip (die sorting): sau khi các tấm wafer được cắt thành hàng nghìn con chip nhỏ (die), máy phân loại chip có nhiệm vụ gắp từng con chip, kiểm tra và phân loại chúng để đưa vào đóng gói. Đây là công việc yêu cầu tốc độ nhanh và độ chính xác cao.
(2) Bộ mã hóa gia tăng (incremental encoders): đọc tín hiệu phản hồi vị trí để biết chính xác đầu gắp đang ở đâu.
(3) Mô-đun động cơ bước (stepper motor modules): điều khiển các động cơ bước cho những chuyển động cần độ tỉ mỉ.
(4) Logic cấp nguồn (supply logic): cung cấp nguồn và quản lý logic hoạt động.
(5) Động cơ áp điện (piezo motor): hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện, một số vật liệu (như gốm đặc biệt) sẽ thay đổi hình dạng (co lại hoặc giãn ra) khi ta cấp điện áp vào chúng. Cách thức hoạt động: thay vì dùng từ trường như động cơ thông thường, động cơ áp điện tạo ra các dao động siêu nhỏ ở tần số cao. Các dao động này “đẩy” phần chuyển động đi từng bước cực nhỏ.
(6) Động cơ gốm (ceramic motor): thực tế, “động cơ gốm” thường là một cách gọi khác hoặc một nhánh của động cơ áp điện, vì thành phần cốt lõi của chúng là các tấm gốm áp điện.

Vật liệu mới
Vật liệu gallium oxide mang lại tiềm năng to lớn cho việc phát triển các vật liệu bán dẫn thế hệ mới. Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu và phát triển trên các thiết bị hiện hữu lâu nay bị hạn chế bởi tính linh hoạt thấp, độ chính xác chưa cao và chi phí lớn. Công ty Agnitron đã phát triển một giải pháp linh hoạt, đa mục tiêu dựa trên nền tảng PC, có thể thay đổi cấu hình máy chỉ trong vòng vài ngày. Mạng truyền thông etherCat bảo đảm kết nối gọn nhẹ, tiết kiệm không gian cho số lượng lớn các cặp nhiệt điện (*) và cổng I/O, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp các thiết bị được lắp đặt trực tiếp tại dây chuyền sản xuất hoặc trên máy móc.
(*) Cặp nhiệt điện (thermocouple): là một loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng phổ biến trong công nghiệp, đặc biệt là trong các môi trường phức tạp hoặc cần dải đo rộng.

Công nghệ in mạch điện tiên tiến
Khi xu hướng ngày càng thu nhỏ kích thước mạch điện (trên bề mặt tấm wafer), đã đẩy các quy trình kỹ thuật quang khắc (in mạch điện) truyền thống đến giới hạn, công ty khởi nghiệp Fonontech đã sử dụng một phương pháp mới. Công nghệ in xung (impulse printing technology) sử dụng các bản in bằng silicon có khắc các cấu trúc siêu nhỏ (micromet) và tích hợp các cấu trúc gia nhiệt (1). Mục tiêu là đạt độ phân giải 5 micromet với sai số in chồng lớp (2) ở mức tối thiểu. Hệ thống điều khiển được sử dụng cho phép đồng bộ hóa và định vị theo thời gian thực (3) thông qua hệ thống điều khiển dựa trên nền tảng PC và mạng truyền thông etherCat và công nghệ XFC (eXtreme fast control).
(1) Tích hợp các cấu trúc gia nhiệt (integrated heating structures): tích hợp các cấu trúc gia nhiệt ngay trên bản in để điều khiển quá trình chuyển mực hoặc vật liệu dẫn điện sang bề mặt chip một cách chính xác.
(2) Sai số in chồng lớp (overlap error hay overlay error): trong lĩnh vực sản xuất bán dẫn và in ấn vi mạch, overlap error là sự sai lệch về vị trí giữa các lớp khác nhau khi chúng được in chồng lên nhau.
(3) Đồng bộ hóa thời gian thực (real-time synchronization): đảm bảo mọi bộ phận của máy (từ đầu in đến trục di chuyển) phối hợp với nhau một cách chính xác đến từng micro giây.

Sự kết hợp giữa công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) và tính toán tại biên (edge computing)
Những ví dụ ứng dụng này khẳng định rằng ngành sản xuất bán dẫn đang ở ngưỡng cửa của một kỷ nguyên mới. Ông Marcel Ellwart đã nói rằng: “Các giải pháp tự động hóa của tập đoàn Beckhoff mang lại những điều kiện tối ưu để đáp ứng các vấn đề mới và triển khai các quy trình sản xuất thông minh.” Sự kết hợp giữa điều khiển trên nền tảng PC, khả năng xử lý dữ liệu mạnh mẽ và mạng truyền thông etherCat thời gian thực cho phép tích hợp các thuật toán công nghệ AI nhằm tối ưu hóa quy trình. Các giải pháp tại biên (edge) (*) cho phép phân tích dữ liệu phi tập trung ngay tại máy, giúp rút ngắn thời gian phản hồi và nâng cao khả năng vận hành liên tục của nhà máy. Những phương thức này mở đường cho một nền sản xuất bán dẫn hiệu quả, linh hoạt và bền vững hơn trong tương lai.
(*) Phân tích tại biên (edge): trước đây dữ liệu phải truyền về một trung tâm dữ liệu (data center) hay máy chủ đám mây (cloud) cách xa hàng nghìn km. Giờ đây với công nghệ phân tích tại biên, một máy tính nhúng (embedded PC) chạy thuật toán công nghệ AI được lắp trực tiếp bên trong tủ điện của chiếc máy đó hoặc đặt ngay sát cạnh chiếc máy đang hoạt động, để đưa ra quyết định tức thời. Ví dụ: nếu máy phát hiện một chip bị lỗi, thuật toán AI sẽ ra lệnh cho cánh tay robot gắp chip đó ra ngay lập tức. Nếu phải gửi dữ liệu lên cloud rồi đợi phản hồi về, chip lỗi đó có thể đã bị chuyển sang quy trình khác.

Để xem các tin bài khác về “Bán dẫn”, vui lòng nhấn vào đây.

 

Nguồn: Hannover Messe