Thomas Swan Scientific 公司總部位于英國劍橋，全球市場上 40% 的金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）反應器都是由他們供應的。這種設備可用于制造多種半導體，其市場競爭非常激烈，但Thomas Swan 堅信基于 PC 的控制系統才是確保公司能夠保持市場優勢的關鍵所在。

　　大部分的半導體產品– 例如，處理器和內存 – 都是硅設備，而現在，其它很多產品，包括發光二極管（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品時的一個關鍵工藝就是空白晶圓的生產，實際上，它是一種制造成品設備的原材料。開發、生產并供應 MOCVD 反應器來生產這些晶圓是Thomas Swan Scientific 公司的主營業務，而其母公司Aixtron AG 則是全球最大的化學氣相淀積設備供應商。

　　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）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。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，但在生產設備的可靠部件中實施這些方案卻是一個非常有挑戰性的任務。創新設計是不可或缺的一部分，Thomas Swan 獨特的噴淋領頭式氣體噴嘴設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。

　　可靈活應對各種需求變化的控制系統創新的工藝設計只能應對生產可靠、有效的 MOCVD 反應器過程中的部分挑戰。精確、可靠的控制也至關重要，考慮到半導體行業的發展如此迅猛，其市場需求也會不斷變化，理想的情況就是，所選用的控制系統必須能夠為未來的發展提供保證。 降低系統成本顯然，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，結合使用 Beckhoff 輸入/輸出總線模塊產品。這樣做不僅不會使得控制系統費用加倍，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軟件，然后將它直接移到 Beckhoff 工業 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，無需花費額外的費用，這為我們系統的未來發展提供了各種可能。”

　　Thomas Swan Scientific 的第一代 MOCVD 反應器就是借助基于 Beckhoff 產品的控制系統制作而成，該系統用一臺裝有 TwinCAT 的工業 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 網絡用來與分布于設備周圍的 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 點數字量輸入，每種輸出類型的數目大致相同。”Moorhouse 補充道。“因此，僅使用 Beckhoff 總線端子模塊提供遠程 I/O 功能塊能夠大幅度減少布線工作量。此外，系統的另一個優點就是，我們能夠精確地組合每個功能塊中的輸入/輸出類型。例如，現在我們能夠將 PT100 溫度傳感器直接與系統相連，無需使用昂貴的轉換器，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，新的聯網方案也讓我們能夠更輕松地轉向使用智能現場設備，這樣我們就能夠使用滿足我們需求的網絡設備。

　　全新的控制系統方案已為公司帶來了實質性的收益，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。它們將與一臺監管用 PC 相連，該 PC 用于處理操作員界面、過程數據記錄及診斷。這種布置能夠實現氣柜和反應器系統的物理分離。

　　未來的項目另一個計劃是用 Beckhoff 的控制面板替換現有的模擬屏式操作界面。“模擬屏的靈活性太差，即便只是最小的變動也需要重現設計一次，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，我們都需要為重新設計一次模擬屏。”Moorhouse 繼續道。“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。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。

　　控制系統開發的最后階段是將安全系統移到 Profisafe 中，這一步通過全新的 TwinSAFE 系統也可輕松實現。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安全聯鎖。
與以前使用的系統相比，Thomas Swan Scientific 現在使用的新型控制系統在執行能力和性能方面大不相同了，公司的研發團隊發現從舊系統升級到新系統非常簡單。實際上，設計工作僅僅花了不到兩周的時間，包括修改控制程序和在新平臺上試運行的時間。

　　Beckhoff 的硬件和軟件由 Beckhoff 在英國的獨家代理商Hayes Control Systems 供應，為Thomas Swan Scientific 提供了一個通用的控制平臺，為其市場領先的 MOCVD 反應器系統的進一步發展提供有力保障，同時，確保公司最新一代機器繼續保持優勢，并鞏固公司的市場競爭地位。Chris Moorhouse 得出這樣一個結論：“我們借助 Beckhoff 產品研發的控制系統在性能、多功能性及實用性方面滿足并超越了我們的所有需求和期望。

　　“實際上，由于 Beckhoff 的解決方案取得如此大的成功，現在，我們的母公司也正積極考慮將他們的解決方案用到自己的設備上。如果能如所期望的那樣發展下去，Beckhoff 控制設備將很可能成為 MOCVD 反應器系統真正意義上的全球標準。

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