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Automatisation dans l'industrie des semi-conducteurs - mesures contre la pénurie de puces

Les semi-conducteurs sont devenus indispensables. Nous en avons besoin pour les téléphones portables, les machines à laver et les voitures, entre autres. Mais que sont exactement les semi-conducteurs et pourquoi sont-ils actuellement trop peu nombreux ? Pourquoi doivent-ils être produits dans des salles blanches ? Et comment les robots peuvent-ils aider à la production de semi-conducteurs ? Pascal Caprano, chef de projet chez KUKA, donne ici un aperçu des questions et réponses les plus importantes.


Qu'est-ce qu'un semi-conducteur ?

Les puces semi-conductrices ou micro-puces sont les éléments centraux de tous les appareils numériques. Ces minuscules plaques contiennent des circuits électriques complexes. Elles sont toutes constituées de semi-conducteurs. Un matériau présentant une conductivité électrique, principalement le silicium.

Pourquoi avons-nous besoin de semi-conducteurs ?

Sans semi-conducteurs, il n'y a pas de micropuces. Et sans puces, il n'y a pas de vie numérique. En effet, tout produit à moitié intelligent contient une puce. Même une brosse à dents moderne comporte souvent plus de deux puces semi-conductrices.

Les micropuces sont les éléments centraux de tous les appareils numériques. Elles sont fabriquées à partir de semi-conducteurs.

Pénurie de semi-conducteurs - pourquoi ?

Les puces à semi-conducteurs sont le fondement de notre monde moderne. Elles sont donc d'une importance capitale. Depuis la fin de l'année 2020, on assiste à une énorme pénurie de puces.

Quelles sont les raisons de la crise des semi-conducteurs ?

Le monde devient chaque jour plus numérique, c'est pourquoi la demande de puces augmente. De plus, parmi les quelques fabricants qui dominent déjà le marché, seuls quelques-uns sont en mesure de répondre à la demande de puces toujours plus puissantes. La production d'une puce est également très complexe, le processus prenant plusieurs semaines. Tout cela contribue à un environnement de marché tendu.

En outre, les raisons suivantes, entre autres, ont conduit à la pénurie de puces qui persiste depuis la fin de l'année 2020 :

La crise du Covid

La pandémie a fait basculer la vie encore plus dans le domaine numérique. Les fermetures, les bureaux à domicile et l'enseignement à domicile font que la vie se déroule principalement entre ses quatre murs. La demande d'appareils électroniques a explosé : Les smartphones et les ordinateurs portables sont devenus le lien avec le monde extérieur, et les consoles de jeu sont devenues une activité de loisir.

En outre, les fabricants de semi-conducteurs ont également été touchés par les confinements, ce qui signifie que la production a diminué.

Depuis la fin de l'année 2020, on assiste à une grave pénurie de puces. Les robots peuvent aider à la production de semi-conducteurs pour surmonter la crise plus rapidement.

Catastrophes naturelles et incendies

Environ 12 % des micropuces demandées dans le monde sont fabriquées aux États-Unis, dont une grande partie au Texas. Là-bas, des tempêtes de neige en février 2021 ont entraîné des pannes de courant massives. La production a dû être arrêtée. Le redémarrage a pris des semaines.
Au Japon également, la production a été interrompue dans une usine de semi-conducteurs : un incendie chez le troisième fournisseur de puces automobiles a contraint les constructeurs automobiles à réduire leur production. En conséquence, environ 1,5 million de voitures ont été produites en moins.

Comment surmonter la crise des semi-conducteurs ?

Bien sûr, les fabricants de semi-conducteurs ont réagi et investissent des sommes importantes dans l'expansion de leurs capacités de production. Toutefois, comme la production de semi-conducteurs est très complexe, cela ne se fait pas du jour au lendemain.

Comment sont fabriquées les puces électroniques ?

Les puces à semi-conducteurs se composent principalement de silicium, qui est extrait du sable de quartz. Le sable est nettoyé chimiquement et thermiquement jusqu'à ce que des pépites de silicium se forment. Celles-ci sont ensuite fondues. On obtient des lingots de silicium monocristallin de différents diamètres. Les plaquettes individuelles sont ensuite découpées et polies dans des processus de sciage spéciaux. C'est ainsi que l'on obtient le support de base d'une puce semi-conductrice - le wafer blank.

La production d'une puce est très complexe. En raison des structures ultrafines, les exigences de production sont énormes.

L'ébauche de plaquette est d'abord recouverte de résine photosensible. Elle est ensuite exposée à l'aide d'un masque, gravée et oxydée. En fonction de l'aspect que doit avoir la future micropuce, plusieurs séries de production similaires se succèdent. Selon la taille de la plaquette, plusieurs centaines de micropuces peuvent être produites à partir d'une seule plaquette.

La puce semi-conductrice doit maintenant être connectée électriquement à un circuit imprimé. Pour ce faire, des fils très fins sont soudés sur la plaquette. Pour que rien ne se brise par la suite, un boîtier de protection est fixé. La micropuce est prête. Au cours de son voyage, elle a suivi le processus de production pendant plusieurs semaines et a fait plusieurs fois le tour du monde.

Pourquoi les semi-conducteurs sont-ils produits dans une salle blanche ?

Les composants d'une micro-puce sont minuscules. En raison des structures et des processus extrêmement délicats, chaque particule peut influencer la qualité du produit final. Les fabricants de semi-conducteurs font donc tout leur possible pour que les salles de production soient aussi pauvres en particules que possible. C'est pourquoi ils sont produits dans des salles blanches. Les robots peuvent y apporter leur soutien. Ils doivent être certifiés pour l'utilisation dans la salle blanche. KUKA a également plusieurs robots pour salle blanche, c'est-à-dire des variantes "CR", dans son portefeuille.

La robotique dans la production de puces - combattre la crise des semi-conducteurs par une productivité accrue

De nombreuses étapes de fabrication sont déjà automatisées dans la production de semi-conducteurs.
Parce qu'il est logique de travailler en salle blanche à bien des égards :

Les conditions de travail sont pénibles. Les wafers étant très sensibles à la lumière, notamment pendant la production, il n'y a généralement pas de lumière du jour dans une usine de fabrication de wafers ("waferfab"). Les machines nécessitent beaucoup d'énergie et doivent être refroidies, ce qui entraîne souvent un niveau sonore élevé. Un code vestimentaire strict s'applique aux employés, il est interdit de fumer avant d'entrer dans la salle blanche, de même que de porter des bijoux et du maquillage dans les zones sensibles.

En raison des conditions de travail difficiles, il est parfois difficile de trouver des employés. Pour ces raisons, de nombreuses solutions d'automatisation basées sur des robots prennent déjà en charge la production de micropuces.

Dans de nombreuses fabs, seul le transport du matériel est encore effectué à la main. Comme les puces doivent être manipulées de manière très délicate, le transport manuel - en plus d'un effort unilatéral très lourd pour les employés - comporte également certains risques. Même les plus petites vibrations, comme un choc contre un bord, peuvent entraîner des défauts sur les composants sensibles. C'est précisément là que les robots mobiles peuvent apporter leur aide.

Manipulation automatisée des plaquettes : KMR iiwa CR

KUKA se concentre donc sur les solutions pour la manipulation sensible de FOUP. FOUP signifie Front Opening Unified Pod, la boîte à gaufrettes, une caisse dans laquelle les gaufrettes sont transportées.

L'application se compose d'un système standardisé et du , qui a fait ses preuves dans la pratique. Un système de préhension sophistiqué a été développé à cet effet. Le logiciel provient également de KUKA.

Le KMR iiwa CR est la première solution unique au monde pour le transport et la manutention automatisés de cassettes de semi-conducteurs. L'application se compose d'un Véhicule Guidé Automatisé (AGV) standardisé et du robot léger LBR iiwa, qui a fait ses preuves dans la pratique. Un système de préhension sophistiqué a été développé à cet effet. Le logiciel provient également de KUKA.

Pour en savoir plus sur les facteurs de réussite de l'automatisation dans l'industrie électronique, cliquez ici.

À propos de la personne
Pascal Caprano est chef de projet chez KUKA et s'est exprimé depuis la boîte des semi-conducteurs lors de la Semaine européenne de la robotique 2021. En tant que chef de projet, il a déjà mis en œuvre plusieurs projets d'automatisation chez des fabricants de semi-conducteurs, en collaboration avec les équipes de projet de KUKA. Dans une présentation de 60 minutes, il a parlé de la crise des semi-conducteurs et des moyens de la maîtriser à l'aide de l'automatisation.


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Sur l'auteur:
Carolin Hort
Responsable de la communication d'entreprise
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