Halbleiter-Chips mit hoher Qualität 07.06.2021, 14:33 Uhr

Datenvisualisierung bringt Transparenz in die Halbleiterproduktion

Halbleiter gelten als die Schlüsseltechnologie für die vernetzte Welt. Dank einer modernen Visualisierungslösung können die Mitarbeitenden jetzt Störungen in der Produktion unverzüglich beheben.

Siliziumwafer für die Halbleiterchipproduktion: Winzige Chips sind das Herz aller elektronischen Systeme, und ohne Halbleiterchips fährt künftig kein Auto mehr. Foto: Bosch/Peakboard

Siliziumwafer für die Halbleiterchipproduktion: Winzige Chips sind das Herz aller elektronischen Systeme, und ohne Halbleiterchips fährt künftig kein Auto mehr.

Foto: Bosch/Peakboard

Die Firma Bosch ist einer der weltweit führenden Halbleiterproduzenten. Seit fast 50 Jahren produziert das Unternehmen unterschiedliche Halbleiter, die in der Konsumenten- und Unterhaltungselektronik (Handys, Spielekonsolen), in Wearables (Fitnessarmbänder, Smartwatches oder Datenbrillen) oder auch in Fahrzeugen eingesetzt werden. Um dem wachsenden Bedarf gerecht zu werden, baute Bosch 2010 in Reutlingen eine 200-Millimeter-Halbleiterfabrik. In einem komplexen, bis zu 14 Wochen dauernden Fertigungsprozess entstehen dort aus Rohwafern aus Silizium die Halbleiterchips.

Und das Engagement geht weiter: Am 7. Juni 2021 eröffnete Bosch in Dresden eine neue Fabrik für Halbleiter, die überwiegend für die Automobilelektronik benötigt werden. Eine Milliarde Euro sind in die hochautomatisierte 300-Millimeter-Technologie-Halbleiterproduktion investiert worden. Rund 700 Arbeitsplätze werden im Endausbau des Werks im „Silicon Saxony“ entstehen. Mit dieser größten Einzelinvestition der Firmengeschichte wird das Produktportfolio für Anwendungen rund um das automatisierte Fahren ausgebaut.

Die Fertigung steht „im Spotlight“

Zurück zum Werk in Reutlingen: Die Fertigung der teilautomatisierten Produktion erstreckt dort sich über eine sehr große Fläche, wobei ein einzelner Fertigungsbereich mehrere „Zähne“, also Korridore, für einzelne Produktionsschritte umfasst. „Da Mitarbeitende nicht die Möglichkeit hatten, an einer Stelle einen zentralen Überblick über den Fortschritt der einzelnen Produktionsschritte in ihrem Bereich zu erhalten, mussten sie regelmäßig die Fertigungsbereiche ablaufen, um zu sehen, ob an einer Stelle die Produktionsanlagen bereits fertig prozessiert hatten“, erläutert Benjamin Wagner. Er arbeitet im Bereich „Equipment Engineering – Lithographie“ bei Bosch. „Diese ,Patrouillengänge’ nahmen nicht nur viel Zeit in Anspruch, sie konnten auch dazu führen, dass ,Completes‘, also die Anzahl prozessierter Wafer oder auch jede Art von Störung, erst nach längerer Zeit entdeckt wurden“, ergänzt er. So kam es, dass unnötigerweise die gefertigte Menge am Ende des Tages unter den Erwartungen blieb.

Zentrale Anzeige informiert augenblicklich über eventuelle Störungen

„Der Wunsch aller Beteiligten war schnell formuliert: Den Mitarbeitenden die Möglichkeit zu geben, zu jeder Zeit an einer zentralen Stelle anhand einer Visualisierung einen Überblick darüber zu geben, wo Completes fehlen, eine Störung vorliegt, eine Wartung oder Reparatur im Gange ist, oder eben wo ein neues Fertigungslos gestartet werden kann, um Stillstandzeiten zu verringern“, erinnert sich Wagner.

Auf diesem Dashboard werden die einzelnen Produktionsschritte im Bereich Implantation visualisiert. Durch die Farbcodierung ist sofort ersichtlich, in welchem Status sich ein Produktionsabschnitt befindet.

Foto: Bosch/Peakboard

Mit dem Thema Datenvisualisierung war man bei Bosch schon lange vertraut. Es existierten bereits in unterschiedlichen Bereichen der Produktion Visualisierungslösungen, die allerdings parallel operierten und jeweils unterschiedliche Anforderungen bedienten. Es war nicht möglich, mit einem einzigen System alle Anforderungen abzudecken. Das hatte zur Folge, dass Anpassungen oder Änderungen immer ein eigenes Programmierprojekt und somit einen sehr hohen Aufwand zur Folge hatten. „Unsere hauseigene IT-Abteilung gab schließlich den Anstoß, eine Visualisierungslösung zu finden, die universell einsetzbar ist“, erzählt Wagner.

Qualitätskontrolle der Wafer in Reinraumatmosphäre.

Foto: Bosch/Peakboard

Dashboards (fast) in Lichtgeschwindigkeit erstellen

Bei der Suche nach einer Visualisierungslösung war entscheidend, dass eine Darstellung der Daten in Echtzeit gegeben war. Eine weitere Anforderung war, dass alle benötigten Datenquellen problemlos integriert werden können. Die Haupt-Datenquelle ist ein Oracle-Server, der direkt angebunden werden musste. Die Anwendung sollte schlussendlich als Standard für alle Anwendungen in der Produktion dienen und Anpassungen mit internen Ressourcen vorgenommen werden können.

Die Wahl fiel auf die Lösung von Peakboard, die alle Anforderungen erfüllt. „Die universelle Anwendbarkeit dieser Lösung hat uns sofort überzeugt. Und da wir im Vorfeld bereits unsere Anforderungen und auch die Art der Darstellung genau definiert hatten, ging die Realisierung des ersten Dashboards sehr schnell“, erläutert Benjamin Wagner, der die Projektleitung übernommen hatte, den Prozess. Für die Visualisierung des vielschichtigen Produktionsprozesses eignet sich am besten ein Andon-Board. „Gemeinsam mit einem Mitarbeiter von Peakboard realisierten wir in einem Workshop die erste Visualisierung. Insgesamt dauerte es nur einen Arbeitstag, bis unser erstes Dashboard fertig und in das System eingebunden war.“

Transparenz in der Produktion: Der Soll/Ist-Vergleich von vier Produktionsschritten in Echtzeit auf einen Blick.

Foto: Bosch/Peakboard

Daten bringen Licht ins Dunkel

Das Andon-Board, das mit der Software „Peakboard Designer“ gestaltet wurde, wird auf einem großen Monitor ausgespielt, der an einer zentralen Stelle an der Decke der Fertigungshalle angebracht ist. Die Visualisierung wird alle 30 Sekunden aktualisiert, sodass alle Informationen immer topaktuell sind. Mitarbeitende erhalten so zu jeder Zeit den optimalen Überblick über den Status Quo der laufenden Produktion, ohne die gesamte Fertigungsstrecke ablaufen zu müssen.

„Unsere Erwartungen wurden voll und ganz erfüllt. Alle Auffälligkeiten werden jetzt sofort erkannt und die Kolleginnen und Kollegen in der Fertigung in die Lage versetzt, sofort die jeweils richtige Maßnahme einzuleiten. Das hat nicht nur die Arbeit erleichtert, sondern auch die Zufriedenheit erhöht, da das Board eine wirklich große Hilfe ist.“

Zeitaufwendige Kontrollgänge entlang der Fertigung sind nicht mehr nötig

Die Mitarbeitenden nahmen das neue Dashboard sofort als eine direkte Hilfestellung in der Produktion an. Der Mehrwert der Lösung überzeugte vom ersten Tag an: Kontrollgänge entlang der Fertigung, die zuvor viel Zeit in Anspruch nahmen, können jetzt entfallen. Gleichzeitig werden die Mitarbeitenden durch die Informationen in die Lage versetzt, schnell einzugreifen und so direkt am Erfolg ihrer Arbeit mitwirken zu können. „Bei dem einen Dashboard ist es natürlich nicht geblieben: Bis heute haben wir bereits 20 weitere Systeme des Stuttgarter Anbieters in der Fertigung implementiert. Wir sind dabei, einen Standard zu schaffen, durch den alle Mitarbeitenden auf dem gleichen Informationsstand sind“, freut sich Wagner. Das ist wichtig, da die Fertigung rund um die Uhr in einem Mehrschicht-System läuft und die Arbeiterinnen und Arbeiter oft mehrtägige Pausen haben – das Erfassen der Informationen geschieht nun noch schneller, da die Visualisierungen überall nach den gleichen Prinzipien aufgebaut sind.

Ausblick

Der Erfolg der Peakboard-Lösung in der Halbleiterproduktion sprach sich schnell herum, sodass bereits weitere Bereiche ihr Interesse an dem Einsatz einer solchen Visualisierung angemeldet haben. Dank der unbegrenzten Designmöglichkeiten kann für jeden Bereich der Fabrik ein Dashboard erstellt werden. Im Augenblick sind bereits zehn weitere geplant. Das Potenzial ist damit aber bei weitem noch nicht ausgeschöpft.

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Von Kristin Straubinger

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