大部分的半導體產(chǎn)品– 例如，處理器和內(nèi)存 – 都是硅設(shè)備,，而現(xiàn)在,，其它很多產(chǎn)品，包括發(fā)光二極管（LED）和微波元器件,，則是由其它半導體材料制成,，比如氮化鎵和磷化銦。在使用這些特殊半導體材料制造產(chǎn)品時的一個關(guān)鍵工藝就是空白晶圓" title="晶圓">晶圓的生產(chǎn),，實際上,，它是一種制造成品設(shè)備的原材料。開發(fā),、生產(chǎn)并供應 MOCVD 反應器來生產(chǎn)這些晶圓是Thomas Swan Scientific 公司的主營業(yè)務(wù),，而其母公司Aixtron AG 則是全球最大的化學氣相淀積設(shè)備供應商。
MOCVD 的工藝原理并非深奧難懂,。對于每個待制造的晶圓（一種基片" title="基片">基片）通常是由藍寶石或硅制成,，放置在反應器中。然后,，各種氣體 － 有些含有所需半導體材料 － 被吸入到反應器室內(nèi),。如果氣體的溫度和壓力以及基片的時間 / 溫度分布能夠受到精確控制，超純半導體材料就能夠沉積在基片表面形成一層薄的金屬膜,，然后制成成品空白晶圓,。
雖然工藝原理可能簡單易懂，但在生產(chǎn)設(shè)備的可靠部件中實施這些方案卻是一個非常有挑戰(zhàn)性的任務(wù),。創(chuàng)新設(shè)計是不可或缺的一部分,，Thomas Swan 獨特的噴淋領(lǐng)頭式氣體噴嘴設(shè)計方案就是最好的例證。顧名思義,，它看起來就像是一個老式的扁平噴嘴,，表面布有很多小孔。這種噴嘴用于將氣體導入至反應器,，它的這種布置可確保氣體均勻分布在貼近噴嘴處的基片表面,。由于該噴嘴有獨立的通道，可用于兩種氣體,，因此,，它也可確保在用一種以上的氣體時，僅在進入反應器的最后時刻才混合,。這一點非常重要,，因為有些氣體混合物反應形成的固體化合物可能會堵塞其它類型的輸送系統(tǒng)。
可靈活應對各種需求變化的控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)創(chuàng)新的工藝設(shè)計只能應對生產(chǎn)可靠,、有效的 MOCVD 反應器過程中的部分挑戰(zhàn),。精確、可靠的控制也至關(guān)重要,，考慮到半導體行業(yè)的發(fā)展如此迅猛,，其市場需求也會不斷變化，理想的情況就是,，所選用的控制系統(tǒng)必須能夠為未來的發(fā)展提供保證,。 降低系統(tǒng)成本顯然，需要一個更好的解決方案,，且在評估完各種可能的解決方案之后,，工程師們決定采用的最佳方案是：使用以TwinCAT 為平臺的 Beckhoff 基于 PC 的控制系統(tǒng)，結(jié)合使用 Beckhoff 輸入/輸出總線模塊產(chǎn)品,。這樣做不僅不會使得控制系統(tǒng)費用加倍,，反而減少了近一半的費用,。
但成本并不是唯一的決定因素。“吸引我們選擇Beckhoff 解決方案的真正原因是其極強的靈活性,。”Thomas Swan Scientific 公司的首席軟件&控制工程師 Chris Moorhouse 解釋道,。“比如，我們能夠以臺式電腦為平臺開發(fā)軟件,，然后將它直接移到 Beckhoff 工業(yè) PC 中,，甚至還可以將它移到新一代超薄嵌入式 PC CX1000 中。Beckhoff 方案如此靈活,，使得讓我們能夠輕松配置我們的控制系統(tǒng),，無需花費額外的費用，這為我們系統(tǒng)的未來發(fā)展提供了各種可能,。”
Thomas Swan Scientific 的第一代 MOCVD 反應器就是借助基于 Beckhoff 產(chǎn)品的控制系統(tǒng)制作而成,，該系統(tǒng)用一臺裝有 TwinCAT 的工業(yè) PC 代替兩個硬 PLC。其中一個用于控制氣柜,，另一個則用于控制反應器本身,。Profibus 網(wǎng)絡(luò)用來與分布于設(shè)備周圍的 Beckhoff 總線端子模塊通訊，這些模塊用于控制所有的輸入和輸出,。
減少布線工作“雖然,，我們的機器尺寸并不大－整機長度約為 5 米，有約 160 點模擬量輸入和 60 點數(shù)字量輸入,，每種輸出類型的數(shù)目大致相同,。”Moorhouse 補充道。“因此,，僅使用 Beckhoff 總線端子模塊提供遠程 I/O 功能塊" title="功能塊">功能塊能夠大幅度減少布線工作量,。此外，系統(tǒng)的另一個優(yōu)點就是,，我們能夠精確地組合每個功能塊中的輸入/輸出類型,。例如，現(xiàn)在我們能夠?qū)?PT100 溫度傳感器直接與系統(tǒng)相連,，無需使用昂貴的轉(zhuǎn)換器,，而且我們還能夠直接使用由多個儀器提供的 RS232 串行接口。最后,，新的聯(lián)網(wǎng)方案也讓我們能夠更輕松地轉(zhuǎn)向使用智能現(xiàn)場設(shè)備,，這樣我們就能夠使用滿足我們需求的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
全新的控制系統(tǒng)方案已為公司帶來了實質(zhì)性的收益,，但Thomas Swan Scientific 并不滿足于此,，他們計劃要走的更遠。下一步,，他們將為氣柜選用一臺 Beckhoff 嵌入式 PC CX1000 ,，另一臺用于反應器,。它們將與一臺監(jiān)管用 PC 相連，該 PC 用于處理操作員界面,、過程數(shù)據(jù)記錄及診斷,。這種布置能夠?qū)崿F(xiàn)氣柜和反應器系統(tǒng)的物理分離,。
未來的項目另一個計劃是用 Beckhoff 的控制面板" title="控制面板">控制面板替換現(xiàn)有的模擬屏" title="模擬屏">模擬屏式操作界面,。“模擬屏的靈活性太差，即便只是最小的變動也需要重現(xiàn)設(shè)計一次,，而我們大部分的客戶都有不同的需求,，這意味著，對于每項任務(wù),，我們都需要為重新設(shè)計一次模擬屏,。”Moorhouse 繼續(xù)道。“使用 Beckhoff 控制面板后,，所有這一切只需簡單地修改一下軟件即可實現(xiàn),。另外一個很大的好處就是，與模擬屏相比,，觸摸屏界面的外觀更加時尚,，使用舒適，并能夠提供更多更詳細的信息,。
控制系統(tǒng)開發(fā)的最后階段是將安全系統(tǒng)移到 Profisafe 中,，這一步通過全新的 TwinSAFE 系統(tǒng)也可輕松實現(xiàn)。這樣可進一步減少布線工作,，無需使用大量昂貴的專用印制電路板來實現(xiàn)安全聯(lián)鎖,。