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Durchgängiges Technologiekonzept optimiert Wafer-Produktion : Ausgabe 16/2017, 04.10.2017

Sauberer Schnitt

Wafer, englisch für Waffel oder Oblate, nennt man dünne, aus Silizium-Rohblöcken gesägte Scheiben, die in der Mikroelektronik und Photovoltaik zum Einsatz kommen und beispielsweise zu kristallinen Solarzellen verarbeitet werden. Die Firma Meyer Burger aus Thun in der Schweiz ist spezialisiert auf Systeme und Prozesse auf Basis von Halbleitertechnologien und eine weltweite Grösse in der Wafer-Produktion.

Bilder: Siemens

Die Firma Meyer Burger (MB) aus Thun gehört zu den weltweit führenden Technologieunternehmen, wenn es um innovative Systeme und Prozesse auf Basis von Halbleitertechnologien geht. Ein Fokus des Unternehmens liegt auf der Wafer-Produktion, ein Produkt, das mit Drahtsägen aus Siliziumrohblöcken gesägt und zu Solarzellen weiterverarbeitet wird. Die dazu verwendete Diamantdraht- säge «DW288 Series 3» ist mit Siemens-Technik ausgestattet. Durch optimale Drahtführung und darauf abgestimmte, durchgängige Automatisierung kann die Maschine mit besonders dünnen Schneiddrähten arbeiten, was zu Materialeinsparungen von knapp 90 000 Euro pro Jahr und Maschine und damit zu geringeren Wafer-Stückkosten führt.

Diamantdraht statt Slurry – um Haaresbreite

Wafer, zu Deutsch «Waffel» oder «Oblate», nennt man dünne, aus Silizium-Rohblöcken gesägte Scheiben, die in der Mikroelektronik und Photovoltaik zum Einsatz kommen und beispielsweise zu kristallinen Solarzellen verarbeitet werden. Die Firma Meyer Burger ist spezialisiert auf Systeme und Prozesse auf Basis von Halbleitertechnologien und eine der weltweit führenden Firmen in der Wafer-Produktion. In den letzten Jahren ging man dazu über, die Scheiben statt mit Slurry, einer Schneidflüssigkeit, mit Diamantdraht zu schneiden, was präziser und materialschonender ist. Das Automatisierungs- und Antriebskonzept der Maschine, die MB zum Wafer-Schneiden, stammt von Siemens.

Das Diamantdraht-Managementsystem (DWMS) der Diamantdrahtsäge DW288 Series 3 beruht auf der Trennung zwischen Drahtspeicherbereich und Arbeitsbereich. Der aktuell genutzte Drahtabschnitt wird dabei einlagig geführt gewickelt. Das hat zur Folge, dass der abrasive (mit stark schleifender Wirkung) und beim Sägen zyklisch auf- und abgewickelte Diamantdraht keinen Kontakt mehr zum Nachbardraht hat. Das erhöht die Standzeit des teuren Schneidedrahtes um über 20 %. Die Drahtsäge kann durch diese spezielle Drahtführung und weiteren Optimierungen extrem dünne Schneiddrähte für die Industrie nutzen.

Standardmässig verwendet man auf der Maschine 70-μm-Draht, mit dem ein präziser, klar definierter Schnitt möglich ist. Auch 60-μm-Drähte, die etwa halb so dick wie ein menschliches Haar sind, sind bereits erfolgreich im Einsatz. Und jedes Mikrometer zählt, denn eine um 10 μm schmalere Schnittkerbe bewirkt Materialeinsparungen von circa. 90 000 Euro pro Jahr und Maschine.

Alles aus einer Hand

Möglich werden die Einsparungen mitunter durch die synergetisch optimierte Antriebstechnik. «Weil der Arbeitsdraht mit dem Diamantdrahtmanagement einlagig geführt wird, bleibt der Durchmesser des Wickels immer gleich. Das vereinfacht die Regelaufgabe des Wicklers und es steht mehr Regeldynamik zum Einhalten einer konstanten Drahtspannung zur Verfügung», erläutert Christoph Eggimann, Product Manager Wafering und Verantwortlicher für Drahtsägen bei MB am Standort Thun. «Gemeinsam mit Siemens haben wir ein hierauf optimiertes Automatisierungskonzept erarbeitet. Steuerung, Antriebsregler und die Servo-Motoren der Drahtverleger und auch die Peripheriesysteme bilden dabei ein durchgängiges System aus einer Hand.» Die verwendeten Komponenten sind ein kundenspezifisches Touchpanel für die komfortable Bedienung sowie eine fehlersichere Simatic mit der Software WinAC RTX-F 2010, die auch die Sicherheitsreaktionen der Maschine steuert.

Dazu kommt die Antriebsregelung, die über DCC (Drive-Control-Chart) (DCC) direkt im Antriebsregler des Typs Sinamics S120 programmiert wurde. 1FK7 Servomotoren führen den empfindlichen Draht. Sämtliche für den Prozess benötigten Sensoren und Aktoren sind über das Peripheriesystem ET200SP in Schutzart IP20 und ET200ecoPN in Schutzart IP65/67 eingebunden.

Profinet ermöglicht eine stabile und einfache Kommunikation

Mit der DW288 Series 3 können die zyklischen Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge nun dynamischer gestaltet werden, ohne den empfindlichen Draht zusätzlich zu belasten, weshalb die Maschine auch die geringste Durchbruchquote am Markt hat. 

Infoservice

Siemens Schweiz AG
Freilagerstrasse 40, 8047 Zürich
Tel. 0848 822 844, industry.ch@siemens.com
www.siemens.ch/industry



Ausgereifte Diamantdrahttechnologie holt mehr Qualitäts-Wafer aus einem Block Silizium


Die Diamantdrahtsäge «DW288 Series 3» für die Wafer-Produktion ist mit Siemens-Technik ausgestattet


Mit der hochpräzisen Schneide- bzw. Sägetechnik lassen sich besonders viele Wafer aus einem Block Silizium gewinnen