Projekt uczniowski dotyczący rozwoju stanu regeneracji filtra do ultra-czystej wody

Moduł elektroniczny

Widok z tyłu z pneumatyczno-hydraulicznymi komponentami do sterowania procesami regeneracji

Die M+W Products, przedsiębiorstwo grupy M+W, w swojej lokalizacji produkcyjnej w Stuttgarcie wspólnie z Centrum TheoPrax Fraunhofer ICT (www.theoprax.de) w Pfinztal przeprowadziła niemal przez cały rok szkolny projekt praktyczny z udziałem czterech uczniów (klasa 11) Reuchlin Gymnasium w Pforzheim. Celem tego projektu uczniowskiego było zlecenie uczniom zadania praktycznego, z dala od tradycyjnej nauki frontalnej, i wspólne rozwiązanie go w zespole. W tym celu zespół uczniowski przez cały rok szkolny utrzymywał regularny kontakt z M+W. Podczas wizyt uczniów w M+W, które odbywały się co około 8 tygodni, zbudowano urządzenie do automatycznej regeneracji filtrów ultraczystej wody (termin fachowy: UPW Filter-Regenerationsstand). Ultraczysta woda jest używana przy produkcji mikroczipów do naświetlania wafli i musi być regularnie regenerowana.

Rosnące wymagania wobec mikroczipów, takich jak te stosowane na przykład w smartfonach, tabletach itp., wywierają na producentach stałą presję, aby coraz bardziej zmniejszać rozmiary obwodów. Obecnie mikroczipy są produkowane z szerokością ścieżek przewodzących 1x nm (nanometr), a dalsze zmniejszanie się do zakresu jednocyfrowych nm (1 nm = 10^-9 m) jest możliwe dzięki nowym technikom.

Aby móc produkować mikroczipy zgodnie z aktualnym standardem, stosuje się technologię immersyjną w optycznej lithografii. Dzięki użyciu ultraczystej wody (UPW) promień lasera używany do naświetlania wafli jest załamywany na korzyść szerokości struktur i głębokości ostrości na mikroczipie. Zrozumiałe jest więc, że od jakości wody wymaga się najwyższej czystości. Osiąga się to m.in. poprzez przepuszczanie wody przez kilka filtrów o różnych właściwościach filtracyjnych, zanim zostanie ona użyta w procesie naświetlania.

Podobnie jak wszystkie filtry, również te filtry UPW po pewnym czasie użytkowania zapełniają się zanieczyszczeniami i muszą być wymienione lub wyczyszczone. W tym celu filtry są płukane wielogodzinnym (w zależności od stopnia zabrudzenia od 8 do 10 godzin) procesem czyszczenia przy użyciu najczystszej wody, aby usunąć osady i zanieczyszczenia z tkaniny filtracyjnej. Woda procesowa służy w tym przypadku jako parametr regeneracji i jest stale analizowana pod kątem TOC (całkowite składniki organiczne) i cząstek podczas procesu regeneracji. Gdy poziom TOC i cząstek w wodzie procesowej spadnie poniżej określonego progu, filtr jest wolny od osadów i może być ponownie użyty w systemie UPW.
Dotychczas filtry UPW w M+W Products były regenerowane ręcznie i wymagały dużego nakładu czasu. Ze względu na rosnącą liczbę filtrów do regeneracji oraz bardzo długie czasy przepływu procesu regeneracji, w ramach wspomnianego projektu uczniowskiego opracowano i zautomatyzowano „Stan regeneracji filtrów UPW”.

Zespół uczniowski wspólnie z firmą opracował rozwiązanie dla rozszerzonego stanu regeneracji filtrów UPW, które oprócz zautomatyzowanego procesu regeneracji umożliwia także montaż drugiego filtra. Gdy pierwszy filtr pomyślnie przejdzie proces regeneracji, stan regeneracji automatycznie odblokowuje regenerację drugiego filtra, podczas gdy proces dla pierwszego filtra jest jednocześnie zamykany.

Dzięki temu projektowi M+W Products, przy pomocy bardzo zaangażowanych uczniów, odniósł kolejny sukces w kierunku zautomatyzowanych usług serwisowych. Uczniowie we współpracy z pracownikami M+W mogli zrealizować innowacyjny projekt i jednocześnie uzyskać głęboki wgląd w nowoczesną technikę mikrosystemów – być może także stanowi to impuls do wyboru przyszłego kierunku studiów.

W przypadku pytań prosimy o kontakt z dr inż. Dietmarem Malcherekiem, e-mail: dietmar.malcherek@mwgroup.net, telefon: +49 711 88041624.