Cobotok: A szilíciumszeletek mozgatásának új módja a tisztatérben

A cobot-ok bevonulnak az elektronikai ipar tisztatereibe. A szilíciumszelet-mozgatás során az ügyfelek megbízhatóságukat és a legszigorúbb minőségi- és biztonsági szabványoknak való megfelelést díjazzák. A cobot-ok így a tisztatérben végzett automatizálást új szintre emelik.

A KUKA ügyfelénél, az Infineon cégnél 17 érzékeny szilíciumszelet-mozgató robot gondoskodik a hatékonyságról és a biztonságról

Nem, a szilíciumszelet nem igazán kollaboratív termék: Akár 40 mikrométeres vastagságukkal a szilíciumszeletek vékonyabbak a hajszálnál, de átmérőjük 150-300 milliméter, így méretük eléri egy pizzáét. Rendkívül törékeny anyag, amelyet nem tudunk és nem is akarunk a kezünkben tartani. Hogy az ilyen (kazettánként összesen egy középkategóriás autó árával egyenértékű) érzékeny szíliciumszeletekből chip legyen, a gyártás során akár 1200 folyamatlépésen kell áthaladniuk. És minden alkalommal egy másik automatizált megmunkáló állomásra kell őket szállítani. Teljes mértékben az LBR iiwa CR robotnak való eset. Az Infineon Ausztriában található, villach-i telephelyén olyan nagyteljesítményű félvezetőket gyártanak, melyeket például az autókban, okostelefonokban, hűtőszekrényekben vagy szerverfarmokon és mozdonyon meghajtóegységeiben használnak.

Az érzékeny szíliciumszeletek értéke kazettánként összesen egy középkategóriás autó árával lehet egyenértékű.

A gyártás tisztább környezetben történik, mintha a műtőben lennénk

A villach-i gyár 17. csarnokában az Infineon 1. kategóriás tisztatér-környezetben gyártja a chipeket. A gyártásra vonatkozó követelmények tekintetében ez a következőket jelenti: 28 liter levegőben nem lehet több egyetlen porrészecskénél. Ez jelentősen kevesebb, mint ami a műtőkben megengedett. Összehasonlításképpen: A különösen tisztának minősülő hegyi levegőben ekkora térfogatú levegőben közel 100000 részecske kering. A munkatársak számára ez az alábbiakat jelenti: A gyártást csak speciális, virágszirom-fehér, teljes testet eltakaró védőfelszerelésben lehet megközelíteni egy speciális légzsilipen keresztül. A bőrt és a hajat teljesen be kell fedni, hogy a bőrlemezkék ne juthassanak ki. A laptopokat és egyéb műszaki eszközöket előtte gondos tisztításnak kell alávetni.

A villach-i Infineon cégnél 17 darab LBR iiwa CR típusú robotot használnak.

A tisztatér-robotok gondoskodnak a veszélymentes együttműködésről a szíliciumlapok mozgatása során

„A szilíciumszeletek ennyire érzékeny gyártási körülményei mellett nagyon át kell gondolnunk, hogy milyen szállítási technológiát alkalmazunk”, magyarázza Martin Moser, az ausztriai Villach-ban működő Infineon Technologies AMHS (Automated Material Handling System) részlegének automatizálásért felelős csoportvezetője. „Mivel a szilíciumszelet-gyártásban különböző mobil egységek mellett emberek is folyamatosan mozgásban vannak, az automatizáláskor csak olyan robotok jönnek szóba, amelyek kiemelkedően kompaktak, érzékenyek, valamint az ember és a gép veszélytelen együttműködésére alakítottak ki. És mindezt mindenféle védőkerítés nélkül.”

Az érzékeny LBR iiwa CR-nek a szilíciumlapok mozgatása során nincs szüksége védőkerítésre.

Kéz a kézben a rendszerpartnerekkel a megoldás felé

„A keresés során figyeltünk fel a KUKA cobot-okra”, meséli a fejlesztőmérnök. Kifejezetten intenzív volt az a tanulási folyamat, melynek során ezeket az ISO3 szerinti robotokat úgy alakították át, hogy a szilíciumszeletek tisztatérben végzett mozgatására vonatkozó speciális követelményeknek is megfeleljenek. Ennek során az Infineon automatizálási szakértői kéz a kézben dolgoztak együtt a rendszerpartnerekkel. A KUKA mellett elsősorban a Mechatronic Systemtechnik GmbH szakértői vettek részt az összeszerelésben, huzalozásban és a gyártásba való telepítésben, valamint a Micado Automation GmbH programozói feleltek a berendezés vezérléséért.

„A szílicumszeleteket gyártó robotnál nem volt kék képernyős leállás. A rendszereket közösen alakítottuk ki, pontosan az igényeink szerint. Ez igazi úttörő munka volt, számunkra és a KUKA számára is”, meséli Moser. Ebbe az is beletartozott, hogy a könnyűépítésű robotokat alkalmassá kellett tenni a tisztatérben végzett munkára. Ez a KUKA robotoknál is „járatlan föld” volt. „Valamennyi résztvevő konstruktív, megoldás-orientált együttműködése jelentősen hozzájárult ahhoz, hogy most már rendelkezünk egy ideális szállítási megoldással az automatizált chip-gyártáshoz”, mondja Moser.

Lisa Ebner kezdettől fogva nyomon követte a tisztatér-robotok integrációját az automatizált gyártási folyamatba.

Tökéletes hatótáv a szilíciumszeletek milliméterre pontos mozgatásához

Ma több tisztatérben 17 darab LBR iiwa CR típusú robot végzi a munkáját, egész nap, az év 365 napján. „Rendkívül kompaktak, mozgékonyak, akár 14 kilogramm terhet is elbírnak, rezgések nélkül működnek és a megfogókkal milliméterre pontos feladatokat is képesek elvégezni a legszűkebb helyen”, hangsúlyozza Moser a tisztatér-robotok előnyeit. Különösen a megfelelő hatótávval rendelkező, kiegészítő hetedik tengely teszi lehetővé a finommozgású és sarkos mozgások kivitelezését, melyek a „hagyományos” 6-tengelyes robotok számára nem lehetségesek.

A KUKA-robot milliméterre pontosan helyezi a szilíciumszeletet a megmunkáló kamrába.

A milliméteres munkákban kiemelkedően magas tökéletességű

Így a tisztatér-robotok lassan zümmögve szállítják az értékes szilíciumszeletekkel teli fekete kazettákat az egyes megmunkálási fázisokhoz, milliméterre pontosan behelyezik őket az adott megmunkálási kamrába, majd utána ismét elveszik a szeleteket. „Kezdettől fogva a villach-i gyártásra testre szabott megoldást szerettünk volna. Semmi más nem jött számításba”, magyarázza Martin Moser. „A rendszerek integrációját ezért magunk vállaltuk. Ennek során a KUKA fejlesztőivel való közvetlen kapcsolat nagyon fontos volt – elsősorban azért, hogyan tudjuk a teljes rendszert beállítani és később majd hogyan ’tanul’.”

A tisztatér-robotok a szilíciumszeletekkel teli fekete kazettákat az egyes megmunkálási fázisokhoz szállítják.

A megcsinálható és a szükséges közti helyes egyensúly a mikrochipek gyártásában

A Martin Moser csapatában dolgozó Lisa Ebner kezdettől fogva nyomon követte a robotok integrációját a sziliciumszeletek gyártásának automatizált gyártási folyamatába. Lisa Ebner valósággal megszállottja a tisztatér-robotoknak: „Amikor először megpillantottam az LBR iiwa CR robotot, azonnal teljesen lelkes lettem: Órákig tudtam volna nézni a robot lágy, harmonikus mozgását.” Az automatizálási szakértő folyamatosan járkál a gyártósorok között, ellenőrzi a rendszerek vezérlőpultjait és tovább keresi a gyártás tökéletesítésének további lehetőségeit. „Az optimalizálás során meg kell találnunk a megfelelő egyensúlyt a műszakilag és fizikailag lehetséges és a saját gyártási céljaink szempontjából értelmes megoldások között. Mindig meg kell találni a gazdaságos termeléshez szükséges helyes mértéket.”

A gazdaságos termeléshez az Infineon feladata megtalálni a helyes mértéket a lehetséges és az értelmes megoldások között.

Tanulási előrehaladás a félvezető-gyártás jövője felé

„Minden, amit most tanulunk, továbbvisz bennünket. A félvezető-gyártás területén használt automatizálás következő szintjére”, mondja Bernd Steiner, a villach-i székhelyű Infineon gyártásigazgatója. A vállalat 1,6 milliárd eurót fektet be az ausztriai Villach-ban található telephelyébe. 2021 végén itt teljesen automatikusan fognak készülni a nagyteljesítményű félvezetők. „Célunk az, hogy az Okos Gyárban a teljesítmény pontosan oda irányítsuk, ahol szükség van rá”, magyarázza Steiner.

A jövő energiatakarékos chipjeihez, melyek sokféle mindennapos alkalmazásban jelennek meg: okostelefonok, háztartási készülékek, autók, vagy adatszerverek, orvostechnikai eszközök, napenergia- vagy ipari telepek. Hogy életünket egyszerűbbé, biztonságosabbá és környezetbarátabbá tegyék.

Bernd Steiner, a villach-i székhelyű Infineon gyártásigazgatója