36
D I G I TA L I S E R I N G
N
år højhastighedstoget suser forbi, eller vindmøllen kobles til, stilles der store krav til de elektroniske komponenter. En vigtig del af komponenterne er såkaldte halvledere. Det er materialer, som har elektriske ledningsevner i området mellem metal og perfekte isolatorer som porcelæn. Hvis ikke halvlederne opfylder meget præcise krav, så sker der en kortslutning, når spændingen måles i kilovolt, og det er både dyrt og farligt. Derfor skal halvlederen – f.eks. silicium – være fremstillet ultraren, så ledningsevnen er præcist defineret. Og det er lige præcis det, Topsil kan: fremstille verdens reneste silicium, der indgår som den vigtigste komponent i dioder, transistorer og andre mikrochips, som alle elektroniske kredsløb er opbygget af. De stænger af silicium, som Topsil producerer, bliver skåret i papirtynde skiver, der har fuldstændig ensartede elektriske egenskaber på hele skivens overflade. ”Det er det reneste faststof, der findes på Jorden. Og det er et krav, når man producerer computerchips til stærkstrøm,” forklarer Topsils produktionsleder, Christian Hindrichsen. Ét krystal bliver to meter langt Det silicium, Topsil producerer, fremstiller de ved en proces, der kaldes float zone. Her smelter de råproduktet – amorft silicium – og får ved nedkøling et enkelt siliciumkrystal til at vokse sig til en to meter lang og 100 kg tung stang, uden at det smeltede silicium på noget tidspunkt kommer i berøring med siderne af den stålbeholder, processen foregår i. Og det er helt essentielt, pointerer produktionslederen: ”Hvis det smeltede silicium kommer i kontakt med andre materialer, så vil det blive forurenet.” Float zone-teknikken er en yderst kompliceret proces, og kun fem virksomheder i verden kan fremstille siliciumhalvledere i storskala på denne måde. Så Topsil er en del af en lille elite. Billigere fremstillingsmetoder kan også anvendes til fremstilling af silicium-
DYNAMO
halvledere, men det resulterer i et mere urent produkt, som ikke kan anvendes til at lede stærk strøm i vindmøller og i andre stærkstrømsapparater. Fremstillingsprocessen er dog så kompleks, at det ikke kan undgås, at der opstår fejl i produkterne, som derfor må kasseres. Kameraovervåget produktion For at nedbringe fejlene har Topsil gennem de seneste ti år skruet op for digitaliseringen af produktionen. Og det er kolossale datamængder, som Topsil opsamler, når de producerer 24-7. Hele fremstillingen af siliciumkrystallet bliver kameraovervåget, og data fra kameraerne bliver anvendt til at regulere processen, alt efter hvad billederne viser. Men der kan trækkes mange flere data ud af billederne. Topsil stillede sig derfor spørgsmålet, om ikke disse data kunne fortælle endnu mere til gavn for produktionen. ”Kan vi få yderligere information ud? Måske om renhed af råvarerne, renhed af krystallet eller fluktuationer i processen,” siger Christian Hindrichsen.
Topsil er én af fem virksomheder i verden, der i stor skala kan frem stille silicium i en såkaldt float zone, der sikrer, at slutproduktet er fri for urenheder.
Avanceret billedanalyse Og her kommer DTU ind i billedet. Topsil henvendte sig til seniorforsker Matteo Calaon fra DTU Mekanik. De besluttede at starte et forsknings projekt, hvor man gennem mønstergenkendelse i store datamængder
Om Digiman4.0 • Digiman4.0’s projektperiode er 2019-2024 og involverer seks forskningsinstitutioner og 15 industripartnere fra Danmark, Tyskland, Italien og Spanien. • Projektet omfatter bl.a. samarbejde mellem 15 ph.d.-studerende og industrivirksomheder.
NR. 67
12
2021
opdager fejl på et tidligt tidspunkt og automatisk korrigerer processen, så fejlene elimineres. Forskningsprojektet udføres som et ph.d.-studie af Tingtin Cheng, som foretager avanceret analyse af billeder fra kameraovervågningen af siliciumfremstillingen. Tingtin Cheng anvender maskinlæring (en gren af kunstig intelligens, red.) til at analysere de store datamængder. På basis af et begrænset antal billeder af krystalproduktionen, hvor der har været forskellige fejl, udfører hun avanceret billedanalyse og laver computerkoderne, som beskriver fejlsignaturerne i disse billeddata. Koderne bliver så anvendt til at oplære en computer i at analysere mange tusind billeder. Computeren inddeler efterfølgende billederne i grupper alt efter typen af computerregistrerede produktionsfejl. Når disse data bliver samkørt med andre data fra produktionen, kan Topsils ingeniører