Induktivní nabíjení činí automatizaci čistých prostor pomocí Fabmatics bezúdržbovou a bezpečnou

Díky vyspělé bezpečnostní technice se mobilní roboti a zaměstnanci pohybují vedle sebe bezpečně a efektivně i v úzkých čistých prostorách. (Zdroj: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Mobilní HERO Fab 200 přesně umístí waferový zásobník v milimetrech do regálu v čisté místnosti – příklad spolehlivého manipulace s materiálem ve vyspělých továrnách na 200 mm. (Zdroj: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (Fotografisch))

Wiferion nabíjecí panel je integrován přímo do podlahy čistého prostoru – pro bezkontaktní nabíjení bez tvorby částic a minimálně invazivní instalaci. (Zdroj: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Nabíjení během procesu: Mobilní robot přijímá energii prostřednictvím nabíjecího panelu před manipulační stanicí a pokračuje v práci bez samostatných dobíjecích přestávek. (Zdroj: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Celosvětová poptávka po výkonové elektronice a čipech pro aplikace v oblasti automotive, komunikací a průmyslu roste bez omezení. Mnoho výrobních závodů však pochází z jiné doby: 200mm waferové továrny, které vznikly v 90. a 2000. letech, stále pracují s částečně manuálními materiálovými toky. Jejich modernizace je díky vysokým požadavkům na čistotu složitá, ale naléhavá. Dresdenský specialista na automatizaci Fabmatics vyvíjí již více než 30 let řešení, která sahají od přepravy přes skladování až po identifikaci waferů – podpořená bezúdržbovou nabíjecí technologií od Wiferion.

Ve výrobě polovodičů jsou důležité dva základní průměry waferů: 200 mm a 300 mm. 300mm wafery se používají k výrobě výkonných procesorů a paměťových čipů a jsou vyráběny v moderních, vysoce automatizovaných výrobních závodech. Naopak výrobní zařízení pro 200mm wafery, které se především používají pro výkonovou elektroniku a určité automobilové komponenty, jsou obvykle starší a organicky rostly po desetiletí. Následkem toho často existují heterogenní infrastruktury, které je těžké sladit s novými technologiemi. Současně roste společenský a ekonomický tlak na automatizaci procesů. Nedostatky v dodavatelských řetězcích, rostoucí náklady na energie a nedostatek kvalifikovaných pracovníků ukázaly, jak je důležitá stabilní a plynulá výroba. Automatizace v výrobě polovodičů již není otázkou budoucnosti, ale podmínkou konkurenceschopnosti.

Uprostřed evropského mikroelektronického klastru Dresden zajišťuje Fabmatics s více než 300 zaměstnanci, že 200mm továrny mohou své zařízení provozovat efektivněji a bezpečněji díky na míru šitým automatizačním řešením. Společnost dodává renomovaným zákazníkům mezinárodního trhu s polovodiči v Evropě, Asii a USA. Již v roce 2009 začala Fabmatics s vývojem vlastního mobilního robota, který byl zpočátku vázán na kolejnice. Později byl systém tak dále vyvinut, že se může volně pohybovat v prostoru a tím nabízí maximální flexibilitu pro přepravu materiálu. Dnes jsou přepravní roboti jako HERO Fab pevnou součástí produktové řady. Autonomně dopravují waferové kazety, propojují stroje přes více úrovní a díky modulární konstrukci je možné je optimálně přizpůsobit zákaznickým rozložení. Výzvou byla zpočátku napájení – až do doby, kdy Fabmatics zvolil nabíjecí řešení od Wiferion – a PULS brand.

Bezdotykově a čistě: nabíjení v čistém prostředí

Protože mobilní roboti v čistých prostorách musí být obecně nabíjeni v kontrolovaném, prachotěsném výrobním prostředí, rychle narazí na hranice klasických nabíjecích systémů. Vyvedení vozidel by výrazně zvýšilo riziko kontaminace a ohrozilo celé várky citlivých waferů. Nabíjení přímo v čistém prostředí je však s tradiční kontaktovou technologií problematické: Brzdové kontakty a zásuvky při zapojení produkují opotřební částice – což je v produkčním prostředí, kde i nejmenší nečistoty mohou způsobit škody v řádech milionů, nepřijatelné. Měď, která se v mnoha kontaktních řešeních používá, je v čistém prostředí rovněž tabu, protože může poškodit povrchy polovodičových substrátů. Alternativní materiály jako nerezová ocel nebo stříbro v praxi neosvědčily. „Chtěli jsme již u první generace našich robotů, která byla uvedena na trh v roce 2013, nabídnout induktivní nabíjení, ale přenosová kapacita tehdejších systémů nebyla dostatečná pro naše potřeby. Wiferion tehdy ještě neexistoval,“ říká Carsten Grunert, vedoucí vývoje produktů ve společnosti Fabmatics. „Proto jsme vyvinuli kontaktovou nabíjecí technologii integrovanou do podlahy. Ta však vedla k vysokému opotřebení a údržbě a byla málo flexibilní.“

Jakmile Fabmatics vyvíjel druhou generaci svých mobilních robotů, došlo ke zásadní změně v technologii. Wiferion již na trhu působil a nabízel jako první induktivní nabíjecí řešení, které přenáší až 60 ampér – dost na to, aby mohli mobilní roboti v čistém prostředí pracovat nepřerušovaně. Tím bylo umožněno to, co v roce 2013 technicky ještě nebylo možné.

Ve spolupráci s partnerem PohlCon vyvinula Fabmatics nabíjecí podložky, které lze bezproblémově integrovat do dvojité podlahy čistých prostor. Stačí vyměnit jednu z běžně používaných podlahových desek v čistém prostředí, což nevyžaduje složité stavební úpravy. Přenos energie probíhá bezkontaktně přes magnetické pole, což nevytváří žádné částice. Navíc je bezdrátový systém nabíjení od specialisty na bezdrátové nabíjení i z hlediska požární bezpečnosti výhodný. Řetězové dopravníky nebo otevřené kontakty, které by mohly podporovat uvolňování částic nebo jiskření, jsou zbytečné.

Flexibilní, bezúdržbové a budoucí odolné: automatické nabíjení v procesu

Největší výhodou však zůstává princip nabíjení během procesu. Místo pevně stanovených dob nabíjení se roboti Fabmatics nabíjejí během své běžné práce, například při nakládce a vykládce waferových kazet. Díky vysoké toleranci polohování systémů Wiferion stačí, když robot krátce zastaví nad nabíjecí podložkou. I menší odchylky nezpůsobí přerušení nabíjení. Každá krátká pauza je dostačující k udržení stavu nabití na stabilní úrovni. Samostatné nabíjecí zóny, dlouhé přestávky nebo manuální zásahy nejsou nutné. To činí řešení zvlášť úsporným místem.

Kromě minimálně invazivní instalace přesvědčuje nabíjecí systém také vysokou flexibilitou: díky modulárnímu designu lze nabíjecí infrastrukturu přizpůsobit měnícím se rozložení – což je zásadní výhodou ve výrobních prostředích, která se často rozšiřují nebo přestavují. Výsledkem je bezúdržbová nabíjecí infrastruktura, která se hodí do každého stávajícího výrobního prostředí a kromě čistého prostředí nabízí i budoucí odolnost.

Bez řetězových dopravníků a zakopnutí: nové možnosti využití

„Kombinace bezdrátového napájení a procesně integrovaného nabíjení je ideální pro naše aplikace,“ vysvětluje Carsten Grunert. „Dříve jsme již mohli realizovat provoz 24/7 – dnes je to však mnohem flexibilnější, bezúdržbové a s nejvyšší čistotou procesu. To je skutečný přínos pro naše systémy! Vyšší flexibilita nám také umožnila proniknout do nových oblastí použití.“

Fabmatics tak již začlenil technologii Wiferion do dalších sérií robotů, které dříve byly omezeny technickými omezeními tradičních nabíjecích systémů. Protože lze nabíjecí desky také instalovat svisle na stěny, jsou vhodné pro vertikální aplikace, například pro patrové výtahy. Zejména při přepravě materiálu přes více pater je technologie výhodná: bez nutnosti mechanických spojení nebo řetězových dopravníků, které obvykle vedou kabely pro přenos energie, odpadá riziko zakopnutí a požárních nebezpečí. Navíc bezdrátové řešení umožňuje tichý a plynulý provoz bez přerušení.“

Závěr: Velký přínos pro automatizaci v průmyslu polovodičů

Integrací technologie Wiferion dokázal Fabmatics překonat klíčovou bariéru v automatizaci procesů v čistých prostorách. Induktivní napájení umožňuje bezúdržbový, procesně integrovaný provoz mobilních robotů i v nejcitlivějších výrobních prostředích. Pro průmysl polovodičů, zejména pro 200mm waferové továrny s jejich historicky vzniklými strukturami, představuje toto řešení skutečný krok vpřed v efektivitě. Induktivní nabíjení se tak stává klíčem k další fázi automatizace.