Модернизация и автоматизация установки для выращивания монокристаллического сапфира (Al2O3)

Введение

Синтетический сапфир – это монокристаллы оксида алюминия, прозрачная бесцветная разновидность сапфира. Сапфир – один из самых твердых минералов, оптически прозрачен, обладает высокой температурой плавления, исключительно стоек к разрушениям, в том числе в агрессивных средах. Обладает высокой теплопроводностью при низких температурах и рекордно высоким удельным сопротивлением. Лейкосапфир синтезируется в промышленных масштабах по всему миру. В настоящее время основное применение синтетического сапфира – это изготовление подложек для светодиодов (LED) и интегральных кремниевых микросхем (SoS), используется для создания окон самолетов и бронемашин, а также в качестве защиты циферблата в дорогих наручных часах. В последнее время корпорация Apple нашла применение синтетичсекому сапфиру в качестве очень прочных стекол в своих популярных инновационных продуктах (iPhone, iPad, iWatch и т.д.). Для выращивания особо чистых монокристаллов сапфира большого размера, пригодных для получения пластин для изготовления подложек с различной ориентацией и других изделий с высокими оптическими свойствами, обычно используют метод Киропулоса. Сырьем для него является порошковый или кристаллический оксид алюминия. Этот сравнительно недорогой метод основан на выращивании кристаллов из расплава.

Задача

Стояла задача модернизировать действующее оборудование типа “XXX” для выращивания монокристаллов сапфира. Для этого необходимо было разработать и интегровать в действующую ростовую машину современную автоматизированную систему с человеко-машинным интерфейсом для управления режимами синтеза кристаллов (на основе оборудования и NI LabVIEW  корпорации National Instruments). Более того, необходимо было оснастить новую систему инновационным решением, которое позволяет производить затравливание кристалла в полностью автоматическом режиме без оператора. Для этого автоматизированная система была дополнена функцией техничесокго зрения.

 

Решение

При реализации проекта были получены следующие основные показатели:

а. Устранены существующие технические и (или) технологические проблемы в работе действующей ростовой машины.
б. Полностью заменено все программное обеспечение компании “XXX”.
в. Заменые все контроллеры.
г. Заменены модули и узлы, произведенные компанией “XXX”.
д. Алгоритм высокоточных измерения средневыпрямленных значений токов и напряжений с высшими гармониками на нагревательном узле для более качественного управления процессом.
В разработанной автоматизированной системе управления переведены на новую платформу следующие основные функции:
а. управление агрегатами вакуумного поста;
б. измерение и регистрация значений вакуума;
в. управление приводом вытягивания;
г. управление приводом вращения;
д. измерение и регистрация значений веса кристалла;
е. стабилизация и управление напряжением на нагревателе вакуумной камеры;
ж. измерение и регистрация значений энергетических параметров нагревателя;  
з. измерение и регистрация значений температуры в шести сливах системы водоохлаждения;
и. сигнализация и регистрация аварийных ситуаций;
к. обеспечение блокировок аварийных ситуаций.
 
Промышленный контроллер NI Industrial PC управляет в режиме двойного дублирования (для высокой стабильности и бесперебойного режима работы) всеми вышеперечисленными процессами и все подсистемы ввода/вывода разработаны таким образом, что позволяют при определенных условиях технического задания добавлять или извлекать из системы необходимый датчик или исполнительный механизм. Архитектура программного обеспечения разработана таким образом, чтобы было возможно добавлять необходимый метод и/или алгоритм работы по соответствующему обновленному техническому заданию. Прикладное программное обеспечение создано в среде программирования NI LabVIEW (модули Real-Time и FPGA) и имеет модульную архитектуру, что позволяет безболезненно для работы всей системы добавлять/удалять требуемый программный модуль.

Заказчик:

скрыто

Год проекта:

2006