Mikrometergenaué umístění waferů pro PECVD pokovování

Robot s řešením manipulace založeným na zpracování obrazu byl z důvodu omezeného prostoru namontován na stropu nakládací oblasti lakovacího zařízení a má dosah 1 000 milimetrů. (Zdroj obrázku: AZUR SPACE Solar Power) / Kvůli omezenému prostoru byl robot namontován na stropu nakládací oblasti lakovacího systému a má dosah 1 000 milimetrů. (Fotografie: AZUR SPACE Solar Power)

Systém přísavek s plochým vakuem, který je rychle vyměnitelný pro různé velikosti waferů, udržuje při nakládání nosičů součástek stanovenou přesnost polohování +/- 0,1 mm. (Zdroj obrázku: AZUR SPACE Solar Power) / The flat vacuum gripping system, which can be quickly exchanged for the different sized wafers, maintains the specified positioning accuracy of +/- 0.1 mm when loading the workpiece carriers. (Photo: AZUR SPACE Solar Power)

Kamerový systém nad podsvíceným vyrovnávacím stolem rozpoznává přesnou polohu waferu a předává tyto informace softwaru. Na základě toho se vypočítá kompenzace polohy a úhlu, kterou je třeba vložit wafer do nosníku nosiče. (Obrázkový zdroj: AZUR SPACE Solar Power) / The camera system located above the backlit alignment table detects the exact position of the wafer and sends this information to the software. Based on this, the software calculates the position and angle of compensation required to insert the wafer into the carrier nest. (Photo: AZUR SPACE Solar Power)

Pro otáčení solárních článků, které mají být potaženy na obou stranách, je do manipulačního systému integrována otočná stanice. (Zdroj obrázku: AZUR SPACE Solar Power) / For turning the solar cells so that they can be coated on both sides there is a flipping station integrated. (Photo: AZUR SPACE Solar Power)

Než jsou pokovené solární články vloženy zpět do kazet, kamerový systém zkontroluje, zda jsou okraje waferů bez poškození. (Zdroj obrázku: AZUR SPACE Solar Power) / Before the coated solar cells are placed back into the cassettes the camera system checks whether the edges of the wafers are free of damage. (Photo: AZUR SPACE Solar Power)

Pro automatizované nakládání a vykládání součástkového nosiče s různě velkými wafry před povlakem PECVD vyvinula společnost acp systems řešení založené na strojovém vidění a robotice pro předního výrobce kosmických solárních technologií. To zajišťuje dodržení požadované přesnosti polohování v zářezech součástkových nosičů od +/- 0,1 mm a zároveň vyrovnává výrobní tolerance nosičů i jejich smrštění způsobené ochlazováním během nakládky.

Společnost AZUR SPACE Solar Power GmbH se sídlem v Heilbronn patří mezi celosvětově přední firmy v oblasti vývoje a výroby vysoce účinných vícevrstvých solárních článků pro kosmické a pozemní koncentrátory (CPV). Solární články jsou založeny na nejnovější technologii troj- a čtyřnásobných spojů, kde jsou vrstvy naneseny na germanový substrát.

Automatizace procesu nakládky a vykládky s výzvami

Během výrobního procesu procházejí wafry s průměry 4, 6 a 8 palců (100, 150 a 200 mm) mimo jiné PECVD procesem (plazma-zvýšené chemické vaporizace – plazma podporované chemické depozice par), v zařízeních společnosti Singulus Technologies AG. Solární články jsou pro tento účel umístěny v kazetách, vyjímány a umisťovány do speciálních kapes součástkových nosičů z uhlíkových vláken, které jsou o několik stovek mikrometrů větší. V závislosti na velikosti článku mohou nosiče o rozměrech 1000 x 600 mm pojmout čtyři, devět nebo šestnáct waferů. Aby se předešlo pádům, musí být při nakládání součástkových nosičů přesně dodržována poloha s přesností +/- 0,1 mm. Po jednostranném nebo oboustranném povlakování je třeba solární články vrátit zpět do kazet.

AZUR SPACE chtěl tuto dosud časově a nákladově náročnou manuální činnost, prováděnou pomocí sacích pipet, automatizovat. Výzvy představuje poloha solárních waferů s plochami v kazetách s odchylkami od +/- 5 stupňů a +/- 3 mm, stejně jako přesně stanovené pozice pro uchopení. Navíc je třeba vyrovnat výrobní tolerance nosičů i jejich smrštění způsobené ochlazováním. To vzniká při poklesu teploty součástkových nosičů, které vycházejí z povlakovacího procesu při teplotách až do 350 °C a během vykládky a nakládky se ochlazují.

Polohová přesnost zajištěna pomocí osvětleného zarovnávacího stolu a strojového vidění

Pro tento úkol vyvinul specialista na automatizaci acp systems AG inteligentní řešení založené na strojovém vidění s průmyslovým robotem. Tento byl z důvodu úspory místa namontován na stropě nakládacího prostoru povlakovací linky a má dosah 1000 milimetrů. Scara robot je vybaven speciálním plochým vakuovým uchopovacím systémem, který je rychle vyměnitelný podle velikosti waferů.

Robot odebírá wafer z kazety a pokládá jej na podsvícený zarovnávací stůl. Nad ním je umístěn kamerový systém s 12megapixelovou kamerou v pracovním vzdálenosti 680 mm. Ten rozpozná přesnou polohu wafru a předá tyto informace softwaru Cognex Vision Pro. Na základě toho je vypočítána kompenzace polohy a úhlu, kterou je třeba wafer vložit do zářezu nosiče, a tyto údaje jsou předány řízení robotu. Při uvedení do provozu byla případná zkreslení kamerového systému vyrovnána kalibrací pomocí „Checker Plate“.

Pro zvládnutí výrobních tolerancí nosičů a smrštění způsobeného ochlazováním je nejprve součástkový nosič zacentrován tahem proti dorazu a pomocí indexace. To umožňuje reprodukovatelné stanovení nulových souřadnic všech nosičů v řídicím systému. Navíc byly všechny nosiče v chladném stavu přesně změřeny a každý je označen datamatrix kódem pro identifikaci. Pod tímto kódem jsou v řídicím systému uložena data relevantní pro výpočet kompenzace polohových tolerancí zářezu nosiče.

Pro vyrovnání smrštění způsobeného ochlazováním součástkových nosičů byla nejprve umístěna referenční značka v rohu nosiče protilehlém nulovým souřadnicím a tato byla rovněž přesně změřena v chladném stavu. Nad ní je umístěn druhý kamerový systém, který určuje posun referenční značky vůči chladnému stavu. Software na základě těchto informací vypočítá kompenzaci pro přesné umístění wafru. Tento proces se opakuje u každého vloženého wafru.

Fázovací stanice pro otáčení waferů

Pro otáčení solárních článků, které jsou povlakovány oboustranně, integrovala společnost acp systems fázovací stanici. Ta přijímá jednotlivé wafry od robota a uchopí je v definovaných oblastech pomocí vakuových sacích bodů. Po otočení o 180 stupňů robot opět převezme wafer a přemístí jej na zarovnávací stůl.

Integrovaná kontrola kvality

Před tím, než jsou povlakované solární články vráceny do kazet, probíhá na zarovnávacím stole konečná kontrola kvality pomocí kamerového systému. Kontroluje se, zda okraje waferů nejsou poškozené.

Popisované řešení založené na strojovém vidění a robotice zajišťuje vysoce přesné a šetrné zacházení s velmi citlivými solárními wafry. To je zvláště patrné tím, že od uvedení do provozu nedošlo k žádnému poškození wafrů při manipulaci. Celkově náhrada manuální manipulace plně automatickým systémem výrazně zlepšila produktivitu a ekonomickou efektivitu.