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Stromversorgung in der Halbleiter- und Displayfertigung

 8. Juni 2022
Präzision entscheidet

Hyundai, Daewoo, Samsung, LG, SK Hynix – viele südkoreanischer Firmen haben Rang und Namen und sind Global Player. Neben dem Schiffs- und Automobilbau gehören die Elektronik- und die Halbleiterindustrie zu den weltweit führenden. Speziell in der Halbleiterspeicher- und Displayproduktion kann diese Führungsposition nur durch höchste Effizienz und Präzision in der Fertigung behauptet werden. Gerade deshalb setzen große südkoreanischer Hersteller und Zulieferbetriebe vermehrt auf die WAGO Stromversorgung Pro 2.
Innovationen wie „Processing in Memory“, also die Integration von dynamischem Arbeitsspeicher (DRAM) und Prozessor, oder Quantenleuchtdioden (QLEDs) stammen aus Südkorea. Sie versetzen Fachleute in Aufregung und bringen Anwender ins Schwärmen. Das allgemeine Mantra der Branche – höhere Leistungsdichte, höhere Geschwindigkeit und geringerer Stromverbrauch – kann nur durch Perfektionierung der Fertigung erreicht werden. Die Halbleiterspeicher- oder QLED-Herstellung ist im Nanometerbereich angekommen; solche Spitzentechnologie macht immer aufwendigere Fertigungsprozesse und entsprechend komplexe Maschinen notwendig.
Unsere Hightechkunden in Südkorea haben sehr schnell das Potenzial erkannt, das in den Kommunikationseigenschaften der WAGO Stromversorgung Pro 2 steckt.

Haeyong Kim, Sales Manager bei WAGO Korea

Maschinen mit höchsten Anforderungen

„Maschinen für die Halbleiterspeicher- oder Displayherstellung sind nicht nur sehr groß, sondern extrem empfindlich“, erklärt Haeyong Kim, Sales Manager bei WAGO Korea. „Wenn ein Sensor oder ein Motor nicht mit exakter Spannung versorgt wird, leidet die Produktqualität und durch die Komplexität der Produktionsmaschine ist die Fehlersuche enorm aufwendig.“ Es verwundert daher kaum, dass an die DC-Schaltnetzteile höchste Anforderungen gestellt werden. Klassische 24V-Stromversorgungen können diesen aber nicht standhalten, da es ihnen an essenziellen Funktionalitäten fehlt.

Kommunikation über alles

„Unsere Hightechkunden in Südkorea haben sehr schnell das Potenzial erkannt, das in den Kommunikationseigenschaften der WAGO Stromversorgung Pro 2 steckt“, erklärt Kim. „Die Vorteile, die sich aus ihrem Einsatz ergeben, sind zum Teil offensichtlich. Auf den zweiten Blick ergeben sich viele weitere, die sich für den Kunden als sehr nutzbringend erweisen. Eine Stromversorgung, die im Millisekundenbereich über aktuelle Stromstärken, Ausgangsspannungen, Überlastverhalten etc. Auskunft erteilt, ist nicht zu toppen, wenn es um das Erkennen, Lokalisieren und sogar Vorbeugen von Fehlern geht.“ Durch das aufrastbare Kommunikationsmodul kann die Stromversorgung Pro 2 eine permanente Feldbuskommunikation aufbauen und Zustandsdaten an eine übergeordnete Steuerung senden. Jeder 24V-Strang verfügt damit über weitreichende Monitoringmöglichkeiten, Auffälligkeiten der angeschlossenen Verbraucher werden sofort erkannt und visualisiert.
Die Vorteile, die sich aus ihrem Einsatz ergeben, sind zum Teil offensichtlich. Auf den zweiten Blick ergeben sich viele weitere, die sich für den Kunden als sehr nutzbringend erweisen.

Haeyong Kim, Sales Manager bei WAGO Korea

Fehler voraussehen

Mit einer solchen Datenbasis ist aber auch noch weit mehr möglich, beispielsweise wenn die aktuelle Stromaufnahme von der abweicht, die für die Lastsituation üblich ist: Angenommen, ein Stellmotor nimmt statt 3,5 auf einmal 3,8 A auf. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass entweder im Motor selbst oder im Prozess etwas Untypisches passiert. Oft verändern sich die Stromwerte nicht sprunghaft, sondern graduell über einen gewissen Zeitraum hinweg. Dank der umfangreichen Konfigurationsmöglichkeiten der WAGO Pro 2 können Grenzwerte definiert werden, bei deren Über- oder Unterschreitung Meldungen ausgegeben werden. Somit lässt sich im gewählten Beispiel die stete Erhöhung der Stromaufnahme des Motors etwa mit einer schlechtlaufenden Welle aufgrund fehlender Schmierung erklären. Bevor der Motor in Sicherheitsstopp geht oder sogar Schaden nimmt, kann das Wartungsteam diesen Ausfall rechtzeitig vorbeugen. Im Rahmen von Big-Data-Analysen solcher durch die Stromversorgung zur Verfügung gestellter Zustandsdaten, lassen sich über Algorithmen sogar ganz unterschiedliche Maschinenschäden zeitlich und ursächlich voraussehen.

Lange Leitung vs. dynamische Stromanpassung

„Ein physikalisches Phänomen, das vielen Kunden immer wieder Kummer bereitet, sind die langen Kabel zwischen Stromversorgung und Verbraucher“, weiß Kim weiter zu berichten und verrät: „Das ohmsche Gesetz können wir zwar nicht aufheben, aber dafür hält die erweiterte Kommunikation eine sehr elegante Lösung bereit.“ Auch hierzu ein Beispiel: Ein 40 m langes Kabel hat je nach Kabelquerschnitt einen Widerstand von ungefähr einem halben Ohm. Schickt man 10 A durch diese Leitung, kommen beim Verbraucher ca. 5 V weniger Spannung an. Diesem Umstand wird in vielen Fertigungsanlagen insofern entgegengewirkt, dass das Netzteil von 24 V auf 28 V hochgeregelt wird. Denn Verbraucher arbeiten entweder gar nicht oder nur mangelhaft, wenn die zum Betrieb erforderliche Spannung nicht erreicht werden kann. Aber gerade bei der Halbleiterspeicher- oder Displayproduktion bedeutet ein fehlpositionierter Motor oder falsche Sensorinformationen extrem kostspieligen Ausschuss. Damit sämtliche Komponenten stets präzise arbeiten, müssen sie mit der korrekten Spannung versorgt werden – Kabelwiderstände eingerechnet. Dazu ist es wichtig, dass die Versorgungsspannung konstant zur Verfügung gestellt werden kann, selbst wenn andere Verbraucher am selben Strang zu- oder abgeschaltet werden. „Einer unserer Kunden hatte die Idee, die momentane Spannung am Verbraucher per Analogsignal abzugreifen und darauf entsprechend zu regeln“, erklärt Kim.

Dieser Aufwand, der zusätzliche Verkabelung erfordert, ist aber gar nicht notwendig, denn auch hier ist die Kommunikationsfähigkeit der Pro 2 ein Schlüssel für eine komfortable und kostengünstige Lösung: Um einen höheren Spannungsfall zu vermeiden, wenn ein weiterer Verbraucher zugeschaltet wird, kann die intelligente Stromversorgung entsprechend hochgeregelt werden –und zwar SPS-gesteuert! Der Controller, der ein Schaltbefehl an den Aktor sendet, übermittelt an die Stromversorgung, dass im nächsten Zyklus eine angepasste Spannung bereitgestellt werden muss. Das verhindert lastabhängige Spannungsschwankungen und sorgt gleichzeitig für hocheffizienten Energieeinsatz, denn wenn Verbraucher wieder in Ruhezustand gehen, kann die Leistung netzteilseitig wieder abgesenkt werden.
Alles in allem reduziert der Einsatz dieser intelligenten Stromversorgung die Total Cost of Ownership, den Ressourcenverbrauch und damit auch den CO2-Fußabdruck.

Haeyong Kim, Sales Manager bei WAGO Korea

Wirkungsgrad-Champions

Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 96,3 % setzt die WAGO Stromversorgung Pro 2 Energie perfekt um. Zusammen mit der dynamischen Spannungsanpassung per SPS-Kommunikation und intelligentem Lastmanagement ergibt sich daraus eine bislang nicht erreichbare Energieeffizienz: „Einige Kunden in Südkorea benötigen für ihre Applikationen sehr viele Stromversorgungen. Beim Upgrade auf unsere Pro 2 wird mir regelmäßig berichtet, dass aufgrund ihrer Energieeffizienz sogar die Abwärme in den Schaltschränken so weit abnimmt, dass Energiekosten selbst bei der Klimatisierung deutlich reduziert werden können“, berichtet der Sales Manager aus Südkorea. „Alles in allem reduziert der Einsatz dieser intelligenten Stromversorgung die Total Cost of Ownership, den Ressourcenverbrauch und damit auch den CO2-Fußabdruck.“

Die Summe aus Energieeffizienz, zuverlässiger und präziser Stromversorgung, umfangreicher Zustandsüberwachung und der sich daraus ergebenden Stabilität von Prozess- und Produktqualität überzeugt: Selbst Global Player aus der südkoreanischen Halbleiterspeicher- und Displayfertigung, die bei ihrer Maschinenausrüstung eher konservativ eingestellt sind und normalerweise an altbewährten Komponenten festhalten, wollen durch Umstieg auf die WAGO Stromversorgungsserie Pro 2 von diesen Vorteilen profitieren.

Über den Autor

Haeyong Kim ist Sales Manager bei WAGO Korea und arbeitet seit 2013 im Unternehmen. Er betreut hauptsächlich Projekte aus dem Bereich Automatisierung für große koreanische Kunden wie die Samsung Group oder den Halbleiterhersteller SK Hynix ebenso wie für mittlere und kleinere Maschinenbauer. Kim ist begeistert von den individuellen Entwicklungsmöglichkeiten, die WAGO bietet und die dazu beitragen, dass alle Kolleginnen und Kollegen stets ihr Bestes geben – den Kunden gegenüber und auch untereinander.

Die WAGO Stromversorgung Pro 2 – der Schaltschrank ist im Wandel, denn die Anforderungen an ihn steigen kontinuierlich – und das in Quantität und Qualität. Die zunehmende Vernetzung, steigende Energiekosten und wachsende Individualisierung erfordern, dass es im Schaltschrank kleiner, sparsamer, schneller und flexibler zugehen muss.
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