Cobots: A nova forma de manusear wafers na sala limpa 

Cobots ingressam na sala limpa da indústria eletrônica. No manuseio de wafers eles pontuam no cliente em confiabilidade e também nos mais elevados padrões de qualidade e segurança. Assim os cobots elevam a automação a um novo patamar na sala limpa.

No cliente KUKA, Infineon, 17 robôs sensitivos de manuseio de wafers proveem eficiência e segurança

Não, wafers de silício não são de fato um produto colaborativo: com até 40 micrômetros, muitos wafers de silício são mais finos que um fio de cabelo e, contudo, têm um diâmetro de 150 até 300 milímetros, que chega ao tamanho de uma pizza. Um material extremamente frágil, que não é possível e nem se deseja segurar com a mão. Para que estes sensíveis wafers de silício, que juntos em um cassete podem ter o valor de um automóvel de classe média, sejam transformados em chips, eles precisam passar por até 1.200 passos de processo na fabricação. E a cada vez precisam ser transportados a uma outra estação de processamento automatizada. Um caso claro para um robô como o LBR iiwa CR. Na localidade Infineon, na região austríaca de Villach, são produzidos tais semicondutores de potência que são usados, por exemplo, no automóvel, no smartphone, na geladeira ou em torres de servidores e unidades de acionamento de locomotivas.

Os sensíveis wafers de silício juntos em um cassete podem chegar ao valor de um automóvel de classe média.

Na fabricação a limpeza é maior que em uma sala de cirurgia

No pavilhão 17 da planta de Villach, a Infineon produz chips em um ambiente de sala limpa da categoria 1. No que se refere aos requisitos à fabricação isso significa: em 28 litros de ar não pode haver mais que uma partícula de pó. Isso é consideravelmente menos do que é permitido em uma sala de cirurgia. A título de comparação: no ar de montanha considerado especialmente limpo pairam cerca de 100.000 partículas em tal volume. Para os colaboradores isso significa: acesso à fabricação somente em vestimentas de proteção de corpo inteiro em branco intenso através de uma câmara de vácuo especial. A pele e o cabelo devem estar totalmente cobertos para que nenhuma caspa possa escapar. Laptops e outros equipamentos técnicos devem passar previamente por uma limpeza meticulosa.
Na Infineon em Villach são utilizados 17 robôs de sala limpa do tipo LBR iiwa CR.

Robôs de sala limpa proporcionam uma interação segura no manuseio de wafers

"Nessas condições de produção extremamente sensíveis temos que pensar muito bem qual técnica de transporte colocaremos em uso aqui", explica Martin Moser, chefe de equipe de automação na área AMHS (Automated Material Handling System) na Infineon Technologies Austria em Villach. "Uma vez que diversas unidades móveis e também pessoas circulam na produção de wafers, somente podem ser usados robôs para a automação que sejam extremamente compactos, sensitivos, bem como configurados para uma interação segura de pessoas e máquinas. E tudo isso totalmente sem cerca de proteção.
O LBR iiwa CR sensitivo não requer uma cerca de proteção no manuseio de wafers.

Lado a lado com os parceiros de sistema à solução

"Na busca disso os cobots KUKA chamaram a nossa atenção", relata o engenheiro de desenvolvimento. Tornar estes robôs hábeis, em conformidade com a ISO3, para os requisitos muito especiais ao manuseio de wafers na sala limpa, foi um processo de aprendizagem extremamente intenso, no qual os especialistas em automação da Infineon trabalharam lado a lado com os seus parceiros de sistema. Além da KUKA, estes eram, sobretudo, peritos da Mechatronic Systemtechnik GmbH para a montagem, o cabeamento e a estruturação na produção, assim como os programadores da Micado Automation GmbH para o comando do sistema. 

"Para nós, naquela época, não existia nenhum projeto para um robô na produção de wafers. Juntos ajustamos os sistemas exatamente às nossas necessidades. Isso foi um trabalho verdadeiramente pioneiro, tanto para nós como também para a KUKA", relata Moser. Isso incluiu tornar os robôs de construção leve hábeis para a sala limpa. Para os robôs KUKA isso também significou desbravar um território inexplorado. "A interação construtiva, focada em soluções de todos os envolvidos, contribuiu de forma determinante para termos agora uma solução de transporte ideal para a produção automatizada de chips", segundo Moser.
Lisa Ebner contribuiu desde o início na integração dos robôs de sala limpa no processo de produção automatizado.

Raio de alcance perfeito para o trabalho milimétrico no manuseio de wafers

Atualmente 17 robôs LBR iiwa CR executam a sua função em várias salas limpas – 24 horas por dia e 365 dias por ano. "Eles são extremamente compactos e ágeis, podem mover até 14 quilogramas de carga, trabalham sem vibrações e executam os trabalhos com precisão milimétrica com as suas garras, mesmo em espaço extremamente limitado", explica Moser as vantagens dos robôs de sala limpa. Em especial o sétimo eixo adicional com o respectivo raio de alcance permitiu executar movimentos sensíveis e angulares, que não seriam possíveis com robôs de 6 eixos "convencionais".
O robô KUKA coloca os wafers de silício com precisão milimétrica na câmara de processamento.

A perfeição no trabalho milimétrico é extremamente alta 

Assim os robôs de sala limpa transportam os cassetes pretos cheios de valiosos wafers de silício aos respectivos passos de processamento, os inserem com precisão milimétrica nas respectivas câmaras de processamento e, em seguida, buscam novamente os wafers. "Desde o início queríamos encontrar uma solução personalizada para a nossa produção em Villach. Para nós, outra coisa estava fora de questão", explica Martin Moser. "Por isso, nós mesmos assumimos a integração dos sistemas. Aqui a interação direta com os desenvolvedores da KUKA foi muito importante – sobretudo, tendo em vista como instalaremos o sistema completo e como ele 'aprenderá' dali em diante." 
Os robôs de sala limpa transportam cassetes pretos cheios de wafers de silício aos respectivos passos de processamento.

O equilíbrio certo entre o viável e o necessário para a produção dos microchips

Na equipe de Martin Moser, Lisa Ebner acompanhou desde o início a integração dos robôs no processo de produção automatizado de wafers de silício. Lisa Ebner é uma verdadeira fã dos robôs de sala limpa: "Quando eu vi o LBR iiwa CR pela primeira vez, fiquei imediatamente fascinada: eu poderia assistir por horas os movimentos suaves e harmônicos do robô." A especialista em automação sempre está presente nas vias de produção, verifica os sistemas na estação de controle e busca outras possibilidades para aperfeiçoar a produção. "Na otimização precisamos encontrar o equilíbrio certo entre aquilo que é técnica e fisicamente possível e o que é adequado para as nossas finalidades de produção. Sempre temos que encontrar a medida certa para uma produção rentável."
Para uma produção rentável a Infineon sempre precisa encontrar a medida certa entre o possível e o sensato.

Avanço no aprendizado para o futuro da fabricação de semicondutores

"Tudo o que aprendermos agora nos levará adiante. Ao próximo nível da automação na fabricação de semicondutores", diz Bernd Steiner, Gerente de Produção na Infineon Austria em Villach. A empresa investe 1,6 bilhão de euros em sua localidade em Villach. No fim de 2021 os semicondutores de potência deverão ser produzidos aqui de modo totalmente automatizado. "A nossa meta é levar o desempenho na Smart Factory exatamente lá onde ele é necessário", explica Steiner. 

Para chips de economia de energia de amanhã, como são utilizados em muitas aplicações do cotidiano, p.ex., em smartphones, eletrodomésticos e automóveis, mas também em servidores de dados, equipamentos médicos, instalações solares e industriais. Para que eles tornem a nossa vida mais fácil, segura e ecológica.

Bernd Steiner, Gerente de Produção na Infineon Austria em Villach 
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