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長晶自動化技術突破與創新
Innovation of Crystal Growth Automation
Speaker : CEO P.C.Wang
Sub Title 1. :
Key of Crystal Growth Automation
Sub Title 2. :
Realization of Fully-Automated
Crystal Growth
日期: 2014/10/27
地點 : 中華科技大學 CUST – 2014 長晶產業技能論壇
Outline大綱
Sub Title 2.
Preface
– iGrower RD Footprint
– Automation of KY grower
– 8 Steps of KY Method Production
–
KY Method Process
– High technical barriers
Sub Title 1.
– Key of Crystal Growth Automation
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Power Curves of KY Method Process
Evolution of grower by KY method
Current growth process by KY
method
– Realization of Fully Automated
Crystal Growth
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Brief of iGrower
Self-developed Software
Grower Main Frame
iGrower Control Architecture
iGrower Control Diagram
Product of iGrower
Green Product – iGrower
Future Vision
Video of developing
Video of operation
Developing Data
iGrower 研發足跡
2007-2009 : 引進蘇俄製33kg KY 法長晶機.
2010 : 在蘇俄接受長晶機組裝及生產訓練.
2011 : 在竹南科學園區與蘇俄工程師一起測試長晶機.
2012 : 由台灣研發團隊成功研發自製長晶機完整軟硬體.
與台科大郭重顯教授合作研發長晶機影像技術.
2013 : 成功研發遠端操控長晶機生產技術.
訂立研發長晶機由機器人獨立操控技術的進度.
2014 : 成功結合跨領域技術,研發全球首創長晶機器人
(iGrower)自動化套件(IgrowKit).
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KY法長晶機的全自動化
• iGrower 改裝優化 KY 法長晶機成為全自動化
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KY 法長晶流程的8階段
1.抽真空
5.晶生長
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2.升溫
6.晶離鍋
3.調熔湯
7.降溫
4.下晶種
8.冷卻
KY 法長晶流程現況
• 手動調整熔湯溫度及下晶種製作晶頸
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熔湯影像
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KY 法長晶技術門檻高
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下晶種技術培訓時間長
下晶種的品質不穩度
生產流程中複雜影響因素
控制產出良率的專業技術
子題一.
長晶製程自動化關鍵
KY 法製程動力曲線
Power
Seeding
MAX
Detachment
4
6
1
2
3
5
7
Time
0
Vacuum
Melting
Heating
10/43
8
Growth
Decreasing
Cooling
藍寶石長晶機的發展 (手動)
2005
– 8kg實驗機器
手動操作
–
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–
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–
–
Vacuum
Heating
Melting
Seeding
Growth
Detachment
Decreasing
Cooling
2010/9由中華科大黃聖芳教授執行長晶機教育訓練
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藍寶石長晶機的發展( 半自動 )
2011/04
– 33kg蘇俄製機器
半自動
–
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–
–
–
–
–
–
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Vacuum
Heating
Melting
Seeding
Growth
Detachment
Decreasing
Cooling
藍寶石長晶機的發展( 半自動 )
2012/04
– 38kg自主研發機器
半自動
–
–
–
–
–
–
–
–
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Vacuum
Heating
Melting
Seeding
Growth
Detachment
Decreasing
Cooling
藍寶石長晶機的發展( 全自動 )
2014
– iGrower 全球首創
完全自動
–
–
–
–
–
–
–
–
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Vacuum
Heating
Melting
Seeding
Growth
Detachment
Decreasing
Cooling
抽真空自動化 (1/8)
自動化流程
啟動機械幫浦
觀測 APG 數值
啟動真空幫浦
觀測 WRG 數值
升溫階段
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15/41
升溫自動化(2/8)
自動化流程
設定流程表
設定最高電壓值
啟動升溫
觀測WRG 數值
調熔湯階段
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16/41
調熔湯自動化(3/8)
自動化流程
開啟觀測孔
擷取影像
熔湯速度運算
晶種一階段下降
下晶種階段
17/43
17/41
下晶種自動化(4/8)
自動化流程
開啟觀測孔
擷取影像
晶頸生長運算
晶種拉升
晶體生長階段
18/43
18/41
晶體生長自動化(5/8)
自動化流程
設定流程表
觀測生長速度 g/hr
觀測RMS
晶體重量最大值
晶體離鍋階段
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19/41
RMS : Root-Mean-Square 平方平均數
晶體離鍋自動化(6/8)
自動化流程
觀測晶體重量
晶種拉升
觀測晶體重量
離鍋確認
降溫階段
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20/41
降溫自動化(7/8)
自動化流程
設定流程表
設定最小電壓值
啟動下溫
注意晶體重量
冷卻階段
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21/41
冷卻自動化(8/8)
自動化流程
關閘門
關真空幫浦f
關機械幫浦
輸入氬氣
取出晶體
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來賓提問時間
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子題二.
全自動化長晶之實現
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新製程模式 : 機器人替代人
IGROWER 聯盟
結合KY法長晶機及機器人技術,
發明 “iGrower” (智慧長晶機) - 長晶機器人,
一鍵式操作完成全部長晶製程.
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iGrower簡介
長晶機器人的組合(長晶自動化套件 IgrowKit)
– 大腦 (軟件: iGOS1.0 及控制元件)
– 眼睛 (視覺軟件及硬件)
– 手指 (特製控制元件).
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長晶機主架構
冷卻系統
變壓器
控制系統
(iGrower)
真空系統
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真空長晶爐
iGrower產品 – 自動化套件IgrowKit
硬件
Sensors
Motors
PC
控制器
Control Box
Control element
iGrower
IgrowKit
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軟件
iGOS
Visual C++
iGrower 控制架構
• 工作站 ( 單機式 )
Server (PC)
Hub
Programmable Automation Controller
Transformer
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Vacuum System
Machine Vision
Water Sensors
Motors
iGrower 控制架構
• Network ( 網絡式 )
Client
01
Client
04
Client
02
Client
05
Server
Client
03
30/43
Client
06
控制圖
機器視覺
PAC
Control System
Motor
Hub
CCD
Move
Image Capture
Server
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控制圖
PAC
Control System
Hub
Vacuum System
Server
Cooling System
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自行開發長晶軟件- iGOS
• 我們整合the Labview & Visual C++ 研發出全自動
晶體生長製程軟件 iGOS.
– 容易維護及更新
– 快速滿足顧客需求
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熔湯觀測
iGrower 使用視覺設備擷取影像並追蹤熔湯物理軌跡. 經過多
重比對影像運算結果修正熔湯溫度後, iGrower將快速進入下
晶種階段.
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晶種下降自動化流程
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晶種下降自動化流程
Analyze
Capture
19cm
15cm
12cm
9cm
Touch
Wait
OK
NO
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晶頸製作
iGrower使用視覺設備擷取影像結果及建立晶頸模型.
觀測並矯正持續變化的各節晶頸生長流程.
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晶頸製作自動化流程
4231
Capture
Analyze
Touch
Wait
NO
OK
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Pre-inspection Model ( PIM )
前置檢查作業模型
• PIM 是一個在正式長晶生產作業前的自動機台檢
查路徑,以避免在長晶製程中發生問題.
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未來遠景
• iGrower 軟件持續升級
– 大數據分析
– 生產合理化
– 主動性人工智慧
• iGrower 硬件持續升級
– 模組化硬件
– 零件合理化
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綠色產品- iGrower
• IGROWER,一種環境友善產品,採用作為節省
能源,製程時間,人力及提升生產良率.
• IGROWER 是為了美好未來的專注創新及效
率第一的產品.
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研發成果影片
• 一階段 :
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研發成果影片
• 二階段:
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感謝聆聽 ~發問時間