около Майлз Будимир, старший редактор журнала Design World—

Общеизвестно, что мы живем в эпоху цифровых технологий, характеризующуюся легкостью электронного общения, как в нашей личной, так и в профессиональной жизни. Сотовые телефоны, планшеты, тонкие ноутбуки и многие другие потребительские товары и товары для бизнеса — все они пользуются преимуществами неуклонного действия закона Мура, который описал (и предсказал) рост революции в электронике с середины 1960-х годов.

В основе этой революции лежит интегральная схема (или ИС) и полупроводники, из которых эти схемы состоят. В наши дни технический прогресс в области полупроводников происходит в области силовых электронных схем. Ли Стауффер, старший штатный технолог Keithley Instruments, видит наиболее значительные изменения в области полупроводниковых материалов. “Карбид кремния и нитрид галлия оказывают большое влияние на разработку мощных полупроводниковых устройств, таких как МОП-транзисторы и диоды”, — сказал он. “Они обладают значительными преимуществами перед кремниевыми устройствами в том, что могут выдерживать более высокие температуры, имеют более высокое напряжение пробоя и по своей сути работают быстрее. Эти преимущества открывают мир новых возможностей для проектирования силовой электроники, позволяя разработчикам повысить эффективность и уменьшить габариты или требования к охлаждению”.

Ключевой движущей силой этих изменений является энергетическая отрасль. “В промышленном секторе более совершенная электроника обеспечивает более высокую эффективность контроллеров двигателей, освещения и источников питания”, — сказал Стауффер. “В области производства энергии новая электроника для преобразования энергии обеспечивает беспрецедентную эффективность в таких областях, как преобразование постоянного тока в переменный, переменного тока в переменный ток и переменного тока в постоянный ток”.

Полупроводниковая промышленность, от производства до тестирования, полагается на чрезвычайно точное управление движением, живя в мире нанометров. Боб Сетбакен (Bob Setbacken) из Heidenhain объяснил ключевую роль, которую играют энкодеры в условиях высокой точности.

“Примером того, где предъявляются повышенные требования к производительности энкодеров, является производство полупроводников. Поскольку геометрия контуров приближается к 10 нм, одновременно возникает потребность в системах позиционирования, способных поддерживать управление движением при таких чрезвычайно высоких разрешениях. Кроме того, фокусное расстояние оборудования для обработки изображений измеряется в микронах, поэтому требования к позиционированию распространяются не только на x-y, но и на z. Размеры пластин в настоящее время приближаются к 450 мм, и они настолько тонкие, что простое помещение пластины в патрон приведет к перекосам, которые во многом можно объяснить. В результате получается система перемещения, которая должна управлять не только тремя линейными осями, но и тремя вращательными, причем с разрешением, приближающимся к атомарному уровню. Эти системы действительно сложны и разрабатываются совместно с оборудованием командами ученых и инженеров”, — сказал он.

Такие экстремальные требования к точности предъявляют высокие требования и к электродвигателям, используемым в производстве полупроводников. “Полупроводниковые и медицинские лаборатории проводят измерения в области низких нанометров (менее 50 нм)”, — сказал Дэн Джонс, президент Incremotion и консультант по проектированию двигателей. “Координатно-измерительным машинам (КИМ) нужны электродвигатели с чрезвычайно плавной реакцией на скорость, что означает отсутствие зубчатых зацеплений и пульсаций”, — добавил он.

Один из клиентов Jones, компания Applimotion, поставляет семейство бесщеточных двигателей с прямым приводом, необходимых для обеспечения необходимой точности позиционирования. “Нельзя использовать коробки передач, поэтому более низкие обороты двигателя (менее 200 об/мин) могут быть достигнуты с помощью магнита”, — сказал он. Джонс также отметил, что, поскольку “производство бесщеточных двигателей с прямым приводом на постоянных магнитах в три раза превышает производство традиционных бесщеточных двигателей с постоянными магнитами, они находят новые области применения, поскольку требуется более высокая точность позиционирования”.