長晶自動化技術突破與創新 Innovation of Crystal Growth Automation Speaker

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 – i. Grower 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 • • • 2/43 Power Curves of KY Method Process Evolution of grower by KY method Current growth process by KY method – Realization of Fully Automated Crystal Growth • • • Brief of i. Grower Self-developed Software Grower Main Frame i. Grower Control Architecture i. Grower Control Diagram Product of i. Grower Green Product – i. Grower Future Vision Video of developing Video of operation Developing Data

i. Grower 研發足跡 3/43 2007 -2009 : 引進蘇俄製 33 kg 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

KY法長晶機的全自動化 • i. Grower 改裝優化 KY 法長晶機成為全自動化 4/43

KY 法長晶流程的 8階段 1. 抽真空 5. 晶生長 5/43 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 6/43

熔湯影像 7/43

KY 法長晶技術門檻高 • • 8/43 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 – 8 kg實驗機器手動操作 – – – – 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 11/43

藍寶石長晶機的發展 ( 半自動 ) 2011/04 – 33 kg蘇俄製機器半自動 – – – – 12/43 Vacuum Heating Melting Seeding Growth Detachment Decreasing Cooling

藍寶石長晶機的發展 ( 半自動 ) 2012/04 – 38 kg自主研發機器半自動 – – – – 13/43 Vacuum Heating Melting Seeding Growth Detachment Decreasing Cooling

藍寶石長晶機的發展 ( 全自動 ) 2014 – i. Grower 全球首創完全自動 – – – – 14/43 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 15/43 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 16/43 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 19/43 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 20/43 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 21/43 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 22/43 22/41

來賓提問時間 23/43

子題二. 全自動化長晶之實現 24/43

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 “i. Grower” (智慧長晶機) - 長晶機器人, 一鍵式操作完成全部長晶製程. 25/43

i. Grower簡介長晶機器人的組合(長晶自動化套件 Igrow. Kit) – 大腦 (軟件: i. GOS 1. 0 及控制元件) – 眼睛 (視覺軟件及硬件) – 手指 (特製控制元件). 26/43

長晶機主架構冷卻系統變壓器控制系統 (i. Grower) 真空系統 27/43 真空長晶爐

i. Grower產品 – 自動化套件 Igrow. Kit 硬件 Sensors Motors PC 控制器 Control Box Control element i. Grower Igrow. Kit 28/43 軟件 i. GOS Visual C++

i. Grower 控制架構 • 作站 ( 單機式 ) Server (PC) Hub Programmable Automation Controller Transformer 29/43 Vacuum System Machine Vision Water Sensors Motors

i. Grower 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 31/43

控制圖 PAC Control System Hub Vacuum System Server Cooling System 32/43

自行開發長晶軟件 - i. GOS • 我們整合 the Labview & Visual C++ 研發出全自動晶體生長製程軟件 i. GOS. – 容易維護及更新 – 快速滿足顧客需求 33/43 33/41

熔湯觀測 i. Grower 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, i. Grower將快速進入下晶種階段. 34/43

晶種下降自動化流程 35/43

晶種下降自動化流程 Analyze Capture 19 cm 15 cm 12 cm 9 cm Touch Wait OK NO 36/43

晶頸製作 i. Grower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. 37/43

晶頸製作自動化流程 4 2 3 1 Capture Analyze Touch Wait NO OK 38/43

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 39/43 39/41 .

未來遠景 • i. Grower 軟件持續升級 – 大數據分析 – 生產合理化 – 主動性人智慧 • i. Grower 硬件持續升級 – 模組化硬件 – 零件合理化 40/43 40/41

綠色產品- i. Grower • 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. 41/43

研發成果影片 • 一階段 : 42/43

研發成果影片 • 二階段 : 43/43

感謝聆聽 ~發問時間