SECS/GEM-data-elementen: een diepgaande blik op halfgeleider­berichten

Samenvatting

• SECS/GEM fungeert als de universele taal voor communicatie van halfgeleiderproductieapparatuur en fabrieksautomatisering.
• SECS/GEM-data-elementen bepalen hoe informatie zoals temperatuur, druk en status wordt geformatteerd en verzonden.
• Het protocol volgt een duidelijke hiërarchie: SECS-I/HSMS voor transport, SECS-II voor berichtstructuur en GEM voor gedragsstandaarden.
• Kerncomponenten zijn Statusvariabelen (SV), Datawaarden (DV) en Equipment-constanten (EC).
• Inzicht in het SML-formaat en berichttypen is essentieel voor naadloze MES-integratie en snelle dataverzameling.

Introductie

Volgens een SEMI-rapport uit 2024 bereikte de wereldwijde markt voor halfgeleiderapparatuur $106,3 miljard aan facturering, wat de sterke focus op geavanceerde nodes en slimme fabrieksintegratie weerspiegelt (SEMI, 2024). Naarmate fabs autonomer worden, is gestandaardiseerde communicatie geen luxe meer maar een vereiste om te overleven. Hier komen SECS/GEM-data-elementen in beeld: de bouwstenen die een miljoenen kostende lithografiemachine laten praten met het “brein” van de fabriek zonder digitale chaos.
Implementatie draait niet alleen om het aansluiten van een kabel; het gaat erom dat het Equipment Model (GEM) fysieke hardware-acties correct vertaalt naar digitale handtekeningen. Wanneer een engineer op een scherm de positie van een wafer ziet, kijkt hij naar een ontcijferde byte-reeks die exact volgens SEMI-standaarden is opgebouwd. Zonder deze data-elementen zou de fabvloer een chaotische Toren van Babel zijn.
Deze gids verkent de anatomie van de SECS-berichtstructuur, de nuances van variabelen en hoe ontwikkelaars het SECS SML-formaat gebruiken om robuuste interfaces te bouwen. Of je nu een automatiseringsveteraan bent of een software-engineer nieuw in de cleanroom: begrip van deze datastructuren is de eerste stap naar echte fabriekssynchronisatie.

Inzicht in de SECS/GEM-protocolstack

De SECS/GEM-standaard is een verzameling protocollen die samen werken. Om data-elementen te begrijpen, moet je eerst de container kennen. De stack begint bij de fysieke laag (HSMS of SECS-I), gaat naar de logische laag (SECS-II) en eindigt bij de gedragslaag (GEM).

SECS-II: de grammatica van communicatie

Als HSMS de telefoonlijn is, dan is SECS-II de taal die erover wordt gesproken. Deze laag definieert de SECS-berichtstructuur door data te organiseren in Streams en Functions. Streams categoriseren berichten (bijv. Stream 1 voor Equipment Status), terwijl Functions de specifieke actie bepalen (bijv. Function 3 is een Selected Status Request).

De rol van GEM in datastandaardisatie

GEM (Generic Model for Communication and Control of Manufacturing Equipment) ligt bovenop SECS-II en definieert welke SECS/GEM-berichttypen verplicht zijn. Waar SECS-II het “woordenboek” levert, geeft GEM de “sociale etiquette”: hoe een machine zich moet gedragen bij een remote start of wanneer een alarm afgaat.

Diepgaande blik op SECS/GEM-data-elementen

In het hart van elk bericht zitten de data-elementen: specifieke informatie zoals een integer voor temperatuur of een boolean voor een sensorstatus. Deze elementen zijn getypeerd en genest in lijsten om complexe datastructuren te vormen.

Variabelentypen: SV, DV en EC

Binnen equipment-dataverzameling worden SECS-variabelen ingedeeld op basis van hun gedrag en eigenaarschap:

• Statusvariabelen (SV): de actuele “live” status van de apparatuur, zoals de huidige receptnaam of gasflow.
• Datawaarden (DV): tijdelijk van aard; gekoppeld aan een collection event (CEID) en alleen geldig op het moment van het event
• Equipment-constanten (EC): configuratie-instellingen die het hostsysteem meestal kan aanpassen om het gedrag van de machine te wijzigen.

Data-items en formaatcodes

Elk data-element draagt een formaatcode. Zo kan code 32 een 4-byte integer betekenen, terwijl code 20 een ASCII-string aanduidt. Deze strikte typering voorkomt dat het MES een “Machine-ID” verwart met een “Drukmeting”. Het is de ultieme “twee keer meten, één keer snijden”-aanpak voor dataintegriteit.

Het SECS SML-formaat ontcijferen

SECS Message Language (SML) is de mens-leesbare notatie voor SECS-II-berichten. Machines wisselen binaire headers en byte-arrays uit, maar engineers gebruiken SML om interfaces te documenteren en te debuggen.

Anatomie van een SML-bericht

Een SML-bericht toont duidelijk Stream, Function en richting (Host → Equipment of omgekeerd).

S1F3: een statusaanvraag

<L [2]>: een lijst met twee items

<U4 101>: een ongetekende 4-byte integer met waarde 101

Waarom lijsten? Omdat halfgeleiderdata zelden enkelvoudig is. Eén event kan tegelijk Wafer-ID, Slotnummer en Tijdstempel bevatten. De SECS-berichtstructuur gebruikt geneste lijsten om dit overzichtelijk te houden.

Het belang van Collection Events (CEID)

Collection events zijn de “triggers” binnen GEM. Wanneer een robotarm beweegt of een proces eindigt, stuurt de apparatuur een bericht met een CEID. De host moet zich eerst abonneren op deze events. Zo wordt het netwerk niet overspoeld met irrelevante data en blijft de bandbreedte gericht op yield-kritische informatie.

Equipment-dataverzameling en SECS-berichttypen

Efficiënte equipment-dataverzameling met SECS vereist het juiste berichttype voor de juiste taak.

Polling vs. event-gedreven rapportage

Er zijn twee hoofdmethoden:

• Polling (S1F3): de host vraagt periodiek om data. Eenvoudig maar inefficiënt.
• Event-gedreven (S6F11): de tool stuurt data zodra er iets gebeurt. Dit is de gouden standaard voor moderne automatisering.

Remote control en receptbeheer

GEM ondersteunt ook besturing. Stream 2 verzendt commando’s (Remote Control) en Stream 7 beheert het uploaden en downloaden van procesrecepten. Zo wordt altijd het juiste recept op de juiste wafer toegepast.
Technische noot: Receptbeheer via SECS/GEM vermindert menselijke fouten; volgens Gartner (2023) zijn die verantwoordelijk voor tot 80% van downtime in complexe industriële omgevingen.

Implementatie-uitdagingen voor engineers

Een SECS/GEM-interface bouwen is zelden “plug-and-play”. Omdat leveranciers SEMI-standaarden net anders interpreteren, ontstaat vaak de bekende mapping-hoofdpijn.
Is een 16-bit integer voldoende of loopt hij over? Verwacht de host een 12- of 16-byte tijdstempel? Deze kleine verschillen zorgen voor de meeste vertragingen. Niet voor niets grappen engineers dat SECS staat voor “Standard? Every Company’s Secret.”

De toekomst van SECS/GEM in Industry 4.0

Met de opkomst van lights-out manufacturing evolueert de rol van SECS/GEM-data-elementen. EDA (Equipment Data Acquisition / Interface A) werkt naast SECS/GEM en levert hogere datasnelheden via SOAP/XML over HTTP.

Toch blijft SECS/GEM de basis. De efficiëntie bij lage bandbreedte en decennia aan betrouwbaarheid zorgen ervoor dat het protocol blijft. Volgens McKinsey (2023) leidt de integratie van legacy-protocollen met AI-analytics tot 15–20% hogere fab-productiviteit. Wie vandaag de data-elementen beheerst, bereidt zich voor op de AI-geïntegreerde fab van morgen.

Conclusie

Werken met SECS/GEM-data-elementen vraagt om software-expertise én diep inzicht in hardwaregedrag. Van de SECS-berichtstructuur tot efficiënte GEM-variabelen en events: elke laag draagt bij aan perfecte fabriekssynchronisatie. Naarmate de industrie groeit, blijft effectieve equipment-dataverzameling met SECS het kenmerk van een eersteklas automatiseringsstrategie.

Veelgestelde vragen