Proveedor mundial de tecnología solar y energía renovable
Industria
Productos utilizados
El cliente de Minitab® es una de las empresas de tecnología solar y energía renovable más grandes del mundo. Durante más de 20 años, ha sido uno de los principales fabricantes de módulos solares fotovoltaicos, además de ser un proveedor de soluciones de energía solar. La empresa se esfuerza por ofrecer electricidad limpia y competitiva a grandes compradores de energía, y se enorgullece de sus esfuerzos de sostenibilidad.
El desafío
Inconsistencias en el proceso de manufactura debido a factores no identificados
El director de Investigación y Desarrollo de un centro de producción de la empresa de energía solar ubicado en Shanghai, China, tenía un problema. Su equipo descubrió que el proceso de manufactura estaba produciendo niveles inaceptables de variabilidad en el grosor de sus películas de nitruro de silicio. Tenían que controlar el grosor de la película para mejorar los niveles de eficiencia energética de la superficie de las células solares y cumplir con los estándares internos. El grosor ideal de la película está entre 77 y 87 nm.
Como se ilustra arriba, partiendo del proceso inicial, el equipo descubrió que el grosor de la película excedía el límite superior, como se ve en la gráfica de control, y había problemas con el proceso. La mayoría de los datos estaban por encima del promedio y la capacidad de proceso era relativamente baja. Como resultado, la tasa de defectos en el proceso en cuestión era muy alta.
La solución
El equipo del proyecto necesitaba analizar las razones de la gran variación en el grosor de la película e identificar los posibles factores
BÚSQUEDA DE LA CAUSA RAÍZ A LO LARGO DE LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN
El equipo quería determinar si había errores en el sistema de medición o en el proceso que estaban causando las discrepancias en el grosor de la película. Utilizaron la plataforma de prueba de productos Topcon, un equipo de prueba estándar de la industria, para medir el grosor de la película y el índice de refracción.
Luego, el equipo utilizó el análisis de sistemas de medición de Minitab para ver si la variabilidad era causada por el propio sistema de medición. El valor de la medición en el análisis, R&R del sistema de medición, es de 9.16, que es inferior al 10%, lo que indica que el sistema de medición Topcon cumplía con los requisitos y, por lo tanto, no era la causa de los problemas.
REDUCCIÓN DE LAS POSIBILIDADES CON LAS HERRAMIENTAS DE LLUVIA DE IDEAS DE MINITAB
Continuando con la búsqueda de los factores influyentes, el equipo utilizó el diagrama de espina de pescado (también conocido como diagrama de causa y efectos) de Minitab Engage para hacer una lluvia de ideas. Con base en el diagrama de espina de pescado y la experiencia previa del líder, el equipo identificó dos posibles razones por las que un mal funcionamiento del equipo o un problema de proceso pueden causar una variación en el grosor de la película de nitruro de silicio:
- La frecuencia con que se limpia la válvula de mariposa, que es una válvula que regula el caudal de fluidos, en el equipo de recubrimiento
- La temperatura del horno y la posición del silicio en el horno
En primer lugar, el equipo investigó si la limpieza de la válvula de mariposa del equipo de recubrimiento era un problema. El equipo creó una prueba t para dos muestras en Minitab para confirmar si la frecuencia de la limpieza de la válvula de mariposa causaba una diferencia significativa en el grosor de la película.
Tras el análisis, el equipo determinó que el valor p era menor que 0.05. Esto significa que hay una diferencia significativa en el grosor de la película antes y después de limpiar la válvula de mariposa, lo que quiere decir que la limpieza de la válvula de mariposa también tiene un efecto significativo en el grosor de la película. ¡Eureka!
Para probar la segunda posible causa de la variación en el espesor de la película, el equipo del proyecto utilizó el Análisis de regresión de Minitab para determinar que la temperatura y la posición del silicio en el horno son factores significativos.
LOS HALLAZGOS
Utilizando el análisis de capacidad y las gráficas de control de Minitab, el equipo identificó las condiciones necesarias para producir el grosor ideal de la película de nitruro de silicio:
- Las válvulas de mariposa deben limpiarse dos veces al día
- Se determinaron las temperaturas razonables del horno. La salida del proceso mostró que los ajustes de temperatura ideales para las tres posiciones respectivas en el horno son 500 °C/932 °F para la boca del horno, 480 °C/896 °F para el centro y 472 °C/881 °F para el fondo del horno
Los resultados
El equipo encontró rápidamente la configuración ideal para los parámetros del proceso utilizando el análisis estadístico. Dentro del modelo de regresión de Minitab, se ajustaron los parámetros del proceso y se logró una salida estable en el grosor de la película de nitruro de silicio. Utilizando la configuración ajustada de los parámetros, el equipo implementó un análisis de verificación, y la salida del proceso reveló que la configuración ideal de temperatura para las tres posiciones era de 500 °C, 480 °C y 472 °C, respectivamente. Al mismo tiempo, el valor de Cpk estuvo por encima de 1.67, y el índice de capacidad del proceso alcanzó un valor alto, superando con creces el objetivo preestablecido.
Con el uso del potente análisis estadístico de Minitab, el equipo pudo tomar medidas precisas y muy específicas. “En el pasado, usábamos pruebas ciegas todo el tiempo, y ahora finalmente podemos probar nuestras hipótesis de manera cuantitativa. Minitab nos ha brindado una gran ayuda”, dijo el director del equipo. “Durante las diferentes etapas de descubrimiento, prueba de hipótesis, confirmación y solución de problemas, Minitab Statistical Software estuvo presente, no solo acortando el tiempo para resolver los problemas, sino también mejorando la confianza en las decisiones que tomaban los miembros del equipo.”
Al entender y poder controlar el grosor de la película de nitruro de silicio, el equipo ayudó a mejorar la eficiencia energética de los paneles en un 7%, al pasar del 81% al 88%. De acuerdo con las estimaciones actuales de producción de una capacidad de 6,048 tubos individuales por día, esta medida ha aumentado los ingresos de la empresa en CNY 650,000 (USD 101,400) al año.