Materialinnovation: Die neue Grenze der industriellen Automatisierung

Materialinnovation: Die neue Grenze der industriellen Automatisierung

Von Yasutaka IHARA, Direktor & Unternehmensbeauftragter, TANAKA PRECIOUS METAL TECHNOLOGIES Co., Ltd.

Die industrielle Automatisierung drehte sich schon immer darum, die Kommunikation zwischen Produktion, Management, Lieferketten und Kundenservice durch Daten und Analysen nahtlos zu gestalten. Jetzt, mit dem Aufstieg der Künstlichen Intelligenz (KI), beschleunigt sich dieses Ziel.

Dies hätte nicht zu einem günstigeren Zeitpunkt kommen können, da die Hersteller unter wachsendem Druck stehen, die Betriebszeiten zu maximieren, mit der Volatilität der Lieferketten umzugehen und die Energieeffizienz zu optimieren.

Heute helfen KI-Chips bereits dabei, die folgenden Probleme in intelligenten Fabriken zu lösen:

• Ausfallzeiten und Wartungskosten: KI-gestützte prädiktive Wartung hilft, Ausfälle von Geräten vorherzusagen, bevor sie eintreten, und reduziert kostspielige ungeplante Ausfallzeiten.
• Energieineffizienz: Intelligente Energiemanagementsysteme optimieren den Energieverbrauch in Einrichtungen, senken die Betriebskosten und verringern die Umweltauswirkungen.
• Raum- und Systemkomplexität: Miniaturisierte Steuerungssysteme integrieren mehrere Funktionen in kompakten Modulen, was intelligentere, flexiblere Produktionslinien ermöglicht.
• Qualitätssicherung: Maschinenvision und Echtzeitanalysen verbessern die Fehlererkennung und Prozessoptimierung, wodurch die Produktqualität und Konsistenz erhöht werden.
• Fragilität der Lieferkette: KI-gesteuerte Logistik- und Planungstools helfen Herstellern, auf Störungen mit Agilität und Präzision zu reagieren.

Diese Fortschritte verdeutlichen, dass die Fähigkeiten der KI schnell zu einem Muss werden, und Hersteller im Asien-Pazifik-Raum sollten gut daran tun, einen Plan zur Einführung zu entwickeln. Die Region hat hohe Ambitionen, ein Zentrum für fortschrittliche Fertigung und Innovation zu werden; und während KI die Robotik verbessern und intelligente Automatisierung vorantreiben kann, ist sie keine Lösung ohne Mängel. Die Frage ist, wie Hersteller KI wirklich auf eine menschenzentrierte und nachhaltige Weise nutzen können, um widerstandsfähige industrielle Ökosysteme zu schaffen.

Edelmetalle: Der unbesungene Held

KI läuft auf Prozessorchips der nächsten Generation, die für prädiktive Analytik, autonome Systeme und Echtzeitkontrolle entwickelt wurden. Diese Chips müssen jedoch unter extremen Bedingungen zuverlässig arbeiten, mit minimalem Energieverlust und maximaler thermischer Stabilität.

Diese Anforderungen sind nicht förderlich für die KI-gesteuerte Entwicklung der intelligenten Fertigung. Um dieses Problem zu umgehen, müssen wir tief in das eintauchen, was die Leistung dieser Chips antreibt und die Geschäftsergebnisse, die sie ermöglichen. Das ist etwas, das weit weniger sichtbar ist: die Materialien, aus denen sie hergestellt sind.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, verlassen sich Chipdesigner auf Materialien mit außergewöhnlicher Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und nanoskaliger Präzision. Diese Eigenschaften finden sich in Edelmetallen wie Gold, Platin, Palladium und Silber.

Diese Metalle sind entscheidend für das Drahtbonding, die Sinterung, die Dünnschichtbildung und das thermische Management. Mit der zunehmenden Komplexität der Chiparchitekturen wird die Reinheit und Effizienz dieser Materialien immer mission-kritischer.

Allerdings wird das Problem zusätzlich dadurch verschärft, dass diese Metalle endlich, teuer und rar sind, was Recyclingtechnologien und einen robusten Rahmen für die Kreislaufwirtschaft erfordert.

Innovation in der Materialwissenschaft: Eine Notwendigkeit für funktionale Materialien

Die Industrie muss daher Innovationen im Bereich der Edelmetalle als Priorität behandeln, indem sie Edelmetalle als essentielle funktionale Materialien anerkennt und sowohl Technologien mit reduziertem Metallgehalt als auch umfassendes Recycling vorantreibt. Fortschritte in Bonding-Technologien, Sinterpasten und Dünnschichtabscheidung ermöglichen es, dass Chips besser funktionieren und dabei weniger Ressourcen verbrauchen.

Zum Beispiel unterstützen silberbasierte Sintermaterialien hoch effiziente Galliumnitrid (GaN)-Geräte, die in KI-Servern und Edge-Computing verwendet werden. Bonden-Materialien vom Typ Blatt wie AgSn TLP Sheet bieten eine großflächige Die-Befestigung und überlegene Wärmeableitung – entscheidend für Hochleistungs-Halbleiterpakete.​

Diese Innovationen sind notwendig aufgrund der Knappheit an Edelmetallen. Durch die Verbesserung der thermischen Leistung und der Zuverlässigkeit der Verbindung verlängern wir die Lebensdauer von Chips und reduzieren den Bedarf an neuen Metallen.

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Halbleiterfertigung und TANAKA

Seit unserer Gründung im Jahr 1885 sind wir ein professioneller Händler von Edelmetallen und sind gemeinsam mit der japanischen Fertigungsindustrie gewachsen.

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