Halbleiterhersteller TSMC: Überwachung von Wafer-Transporten mit Datenlogger MSR175plus

TSMC, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited, gilt als der grösste Halbleiterhersteller der Welt. Zur Optimierung, Überwachung und Qualitätssicherung der anspruchsvollen Wafer-Transporte setzt das Unternehmen MSR175plus-Datenlogger ein.

Author: Xavier Yangg, Honghong Technology Co., Ltd, Tochterunternehmen der Hongke Technology Co., Ltd

Das taiwanesische Unternehmen TSMC ist ein globaler Anbieter von Halbleitern für unterschiedlichste Anwendungsbereiche. Die Firma stellt u.a. Chips für High Performance Computing, Smartphones, IoT, die Automobilindustrie und digitale Unterhaltungselektronik her. Alleine im Jahr 2023 produzierten TSMC und Tochtergesellschaften mehr als 16 Millionen 12-Zoll-Äquivalent-Wafer in ihren Fertigungsanlagen. Wafer dienen als Grundlage für die Herstellung von Mikrochips. TSMC verfügt über mehrere Wafer-Fabriken in Taiwan, China und den USA. Darüber hinaus investiert TSCM in die European Semiconductor Manufacturing Company (ESMC) in Dresden, plant weitere Fabriken in Arizona (USA) und baut ein Werk in Kumamoto, Japan.

Hohes Schadensrisiko für hochempfindliche Wafer

Wafer, das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Halbleiterbauteilen wie Chips und Sensoren, sind extrem dünn und reagieren äusserst empfindlich auf mechanische, thermische, chemische und elektrostatische Einwirkungen. Selbst minimale Verunreinigungen oder Unregelmässigkeiten in ihrer Oberfläche oder Struktur können die elektrischen Eigenschaften der darauf hergestellten Bauteile negativ beeinflussen. Daher werden in der Halbleiterindustrie strenge Protokolle eingehalten, um die Qualität und Integrität der Wafer sicherzustellen.

Der Transport von Wafern ist äusserst anspruchsvoll und birgt erhebliche Risiken; neben elektrostatischem Schutz und einer Vakuumumgebung muss das Material auch vor mechanischen Schäden und klimatischen Belastungen geschützt werden. Stösse beim Um-/oder Abladen, Schläge während des Transports oder weitere unsachgemässe Handhabung können zu Rissen, Kratzern oder Brüchen führen. Die meisten Transportschäden, die durch mechanische Belastungen entstehen, sind von aussen nicht auf den ersten Blick sichtbar. Ein leistungsstarker Datenlogger als Reisebegleiter ist beim Transport hochsensibler Güter wie Wafer unerlässlich, sowohl zur Sicherheit als auch zur Rückverfolgbarkeit bei Haftungsfragen.

Welche Kriterien sind wichtig bei der Auswahl eines Datenloggers für den Transport von Wafern?

Bei der Wahl des passenden Datenloggers sind die Höhe der Mess-/Speicherrate, die Datenspeicherkapazität, der Messbereich der g-Kraft-Sensoren und die Akkulaufzeit ausschlaggebend. Alle relevanten Messwerte müssen zuverlässig erfasst und lückenlos gespeichert werden. Ebenso wichtig ist eine leistungsfähige Analysesoftware, welche in der Lage ist, die Millionen von Messdaten schnell zu verarbeiten und relevante Schockereignisse schnell zu ermitteln. TSMC hatte bei anderen Datenloggern die Erfahrung gemacht, dass es bei der Aufzeichnung von übermässigen Stossdaten über einen längeren Zeitraum zu Datenverlusten aufgrund unzureichender Speicherkapazität kam. Dieses Risiko wollte das Unternehmen nicht mehr eingehen und entschied sich daher nach Rücksprache mit Hongtronics, einer Niederlassung von Hongke, für Datenlogger des Typs MSR175 und MSR175plus des Schweizer Herstellers MSR Electronics GmbH. 

Datenlogger MSR175plus für Schock, Klima, GPS-Daten

Der MSR175plus ist ein Highspeed-Datenlogger für den professionellen Einsatz, der die Beschleunigung und die Umgebungsbedingungen während des Transports misst und speichert. Mittels hochpräziser digitaler Sensoren erfasst er kritische Umweltparameter wie Stösse, Schläge, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Helligkeit und speichert sie zur späteren Analyse lückenlos ab. Zusätzlich erfasst der Logger mittels GPS /GNSS die Positionsdaten. Die satellitengestützten Positionsdaten werden vom Datenlogger gespeichert und so lässt sich im Schadenfall der Standort eines Transportguts rasch ermitteln und dokumentieren.

Die Firma TSMC setzt die MSR175plus-Datenlogger beispielsweise zur Überwachung und Optimierung von Wafer-Transporten zwischen der Provinz Taiwan und den USA ein. Um die schädlichen Auswirkungen von Stössen und Schlägen während der Transporte zu minimieren, ermitteln die zuständigen Ingenieure mittels Datenlogger die realen g-Werte und legen den maximal zulässigen Schockbereich fest.

Die durchschnittliche Transportdauer für einen Hin- und Rückweg beträgt etwa 9 Tage, wobei eine Strecke von etwa 25’000 Kilometern zurückgelegt wird. Aufgrund der Anforderungen für Langstreckentests waren die hohe Batteriekapazität und die Speichereigenschaften des MSR175plus eines der Hauptargumente für die Wahl des MSR175plus. Der Speicher des MSR175plus-Datenloggers von 4 Millionen Messwerten reicht, um tage- bzw. monatelang Daten aufzuzeichnen; über 1‘000 Schock- oder Stoss-Ereignisse können registriert werden. Mithilfe der beiden gleichzeitig aufzeichnenden ±15 g- und ±200 g-Beschleunigungssensoren werden sowohl leichte Stösse als auch starke Erschütterungen und Schocks erkannt. Der via USB aufladbare 2400 mAh-Lithium-Polymer-Akku sorgt – selbst mit aktiviertem GPS-Tracking – für eine lange Laufzeit des Loggers. Im Softwarepaket für den MSR175plus sind drei Programme enthalten: das MSR175 Dashboard, der MSR ReportGenerator und der MSR ShockViewer. Das MSR Dashboard ermöglicht eine einfache Konfiguration des Datenloggers und das Auslesen der Messdaten über USB. Mit dem MSR ReportGenerator lässt sich nach dem Transport rasch eine übersichtlicher Bericht der Messdaten erstellen. Der MSR ShockViewer bietet eine detaillierte Analyse der Schockereignisse.

TSMC: Erfolgreiche Bewältigung der Herausforderungen beim Wafer-Transport

Der Halbleiter-Hersteller TSMC betont die Wichtigkeit der Qualitätssicherung beim Wafer-Transport und setzt weiterhin auf MSR Datenlogger, um Schock-, Klima- und Positionsdaten  zu überwachen. Die Ingenieure von TSMC empfehlen die Verwendung von MSR-Datenloggern für Hersteller und Logistikverantwortliche, die auf eine genaue Quantifizierung von Schockdaten angewiesen sind.