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 kontejner v čistírně – příklad spolehlivého manipulace s materiálem ve vyspělých továrnách na 200 mm. (Zdroj: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Wiferion nabíjecí panel je zapuštěn 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 oblastech automobilového průmyslu, komunikace a průmyslu roste neustále. Mnoho výrobních zařízení však pochází z jiné doby: 200mm waferové továrny, které vznikly v 90. a 2000. letech, stále pracují s částečně manuálními toků materiálu. Jejich modernizace je složitá kvůli vysokým požadavkům na čistotu, ale je to naléhavě nutné. Dresdenský specialista na automatizaci Fabmatics vyvíjí již více než 30 let řešení, která sahají od přepravy přes skladování až po identifikaci waferů – podporována bezúdržbovou technologií nabíjení od Wiferion.

V polovodičovém průmyslu 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 vyrostly po desetiletí. Následkem toho často existují heterogenní infrastruktury, které je těžké sladit s novými technologiemi. Současně roste tlak společnosti a ekonomiky na automatizaci procesů. Nedostatky v dodavatelských řetězcích, rostoucí náklady na energii a nedostatek kvalifikovaných pracovníků ukázaly, jak důležité jsou stabilní a průběžné procesy. Automatizace v polovodičovém výrobě již není otázkou budoucnosti, ale podmínkou konkurenceschopnosti.

Uprostřed evropského mikroelektronického clusteru Dresden zajišťuje Fabmatics s více než 300 zaměstnanci, že 200mm továrny mohou své zařízení provozovat efektivněji a bezpečněji pomocí na míru šitých řešení automatizace. Společnost dodává renomovaným zákazníkům mezinárodního polovodičového průmyslu v Evropě, Asii a USA. Již v roce 2009 začal Fabmatics vyvíjet svůj vlastní mobilní robot, který byl zpočátku vázán na kolejnice. Později byl systém dále rozvinut tak, aby se mohl volně pohybovat v prostoru a nabízet tak maximální flexibilitu pro přepravu materiálu. Dnes jsou přepravní roboti jako HERO Fab pevnou součástí produktové řady. Autonomně přepravují waferové kazety, propojují stroje přes několik úrovní a díky modulární konstrukci je lze optimálně přizpůsobit specifickým rozvržením. Výzvou byla zpočátku energetická dodávka – až do chvíle, kdy Fabmatics narazil na nabíjecí řešení od Wiferion – a PULS brand.

Bezpečné pro částice: induktivní nabíjení v čistém prostředí

Protože mobilní roboti v čistých prostorách musí být nabíjeni v rámci kontrolovaného, prachotěsného výrobního prostředí, rychle narazí na hranice klasických nabíjecích systémů. Vyřazení vozidel by výrazně zvýšilo riziko kontaminace a ohrozilo celé série citlivých waferů. Nabíjení v čistém prostředí pomocí konvenční kontaktové techniky je rovněž problematické: Brzdové kontakty a zásuvky při zapojení produkují opotřebené částice – což je v produkčním prostředí, kde i nejmenší nečistoty mohou způsobit škody v řádu milionů, nepřijatelné. Měď, která se v mnoha kontaktních řešeních používá, je v čistém prostředí tabu, protože může poškodit povrchy polovodičových substrátů. Alternativní materiály jako nerezová ocel nebo stříbro v praxi neuspěly. „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. Wiferion tehdy ještě neexistoval,“ říká Carsten Grunert, vedoucí vývoje produktů ve Fabmatics. „Proto jsme vyvinuli kontaktovanou nabíjecí technologii, která byla integrována do podlahy. To však vedlo k vysokému opotřebení a údržbě a bylo málo flexibilní.“

Když Fabmatics vyvíjel druhou generaci svých mobilních robotů, došlo ke zásadní změně v technologickém prostředí. Wiferion se mezitím objevil na trhu a jako první poskytovatel nabídl induktivní nabíjecí řešení, které přenáší až 60 ampér – dost na to, aby mohly mobilní roboti v čistém prostředí fungovat nepřerušovaně. To umožnilo překonat technické hranice, které v roce 2013 ještě bránily realizaci.

Ve spolupráci s partnerem PohlCon vyvinulo Fabmatics nabíjecí podložky, které lze bez problémů vložit do dvojité podlahy čistých prostor. Stačí vyměnit pouze jednu z obvyklých podlahových desek v čistém prostředí, což nevyžaduje složité stavební úpravy. Přenos energie probíhá bezkontaktně pomocí magnetického pole, čímž se nevytvářejí žádné částice. Navíc je bezdrátový systém nabíjení od specialisty na bezdrátové nabíjení výhodný i z hlediska požární bezpečnosti. Ocelové řetězy nebo otevřené kontakty, které by mohly podporovat uvolňování částic nebo vznik jisker, jsou zbytečné.

Flexibilní, bezúdržbové a do budoucna připravené: automatické nabíjení v procesu

Největší výhodou je však princip nabíjení přímo v procesu. Místo plánování 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 nevedou k přerušení nabíjení. Stačí krátká pauza k udržení stavu nabití. Není třeba samostatných nabíjecích zón, dlouhých přestávek nebo manuálních zásahů. To činí řešení obzvlášť úsporným pro prostor.

Kromě minimálně invazivní instalace přesvědčuje nabíjecí systém také svou vysokou flexibilitou: díky modulárnímu designu lze nabíjecí infrastrukturu přizpůsobit měnícím se rozvržením – což je zásadní výhoda v rozrůstajících se výrobních prostředích, která jsou pravidelně rozšiřována nebo přestavována. Výsledkem je bezúdržbová nabíjecí infrastruktura, která se hodí do každého stávajícího výrobního prostředí a kromě čistého prostředí nabízí i záruku budoucí kompatibility.

Bez řetězů a zakopnutí: nové možnosti použití

„Kombinace bezdrátového napájení a procesně integrovaného nabíjení je ideální pro naše aplikace,“ vysvětluje Carsten Grunert. „Už dříve jsme mohli realizovat provoz 24/7 – dnes je to však mnohem flexibilnější, bezúdržbové a s nejvyšší procesní čistotou. To je skutečný přínos pro naše systémy! Vyšší flexibilita nám navíc umožnila rozšířit možnosti použití.“

Fabmatics tak nyní integruje technologii Wiferion do dalších sérií robotů, které byly dříve omezeny kvůli nedostatkům tradičních nabíjecích systémů. Protože lze nabíjecí desky instalovat i na svislé stěny, jsou vhodné pro vertikální aplikace, například výtahy mezi patry. Zejména při přepravě materiálu přes více podlaží je technologie výhodná: bez nutnosti mechanických spojení nebo řetězů, které obvykle vedou kabely pro přenos energie, odpadají potenciální zakopnutí a požární rizika. Navíc bezdrátové řešení umožňuje tichou a plynulou integraci do běžícího provozu.

Závěr: Velký krok kupředu v automatizaci polovodičového průmyslu

Integrací technologie Wiferion dokázal Fabmatics překonat klíčovou překážku při automatizaci procesů v čistých prostorách. Induktivní napájení umožňuje bezúdržbový, procesně integrovaný provoz mobilních robotů i v nejcitlivějších výrobních prostředích. Pro polovodičový průmysl, zejména pro 200mm waferové továrny s jejich historicky vybudovanou strukturou, znamená toto skutečný skok v efektivitě. Induktivní nabíjení se tak stává klíčem k další fázi automatizace.