La recharge sans fil rend l'automatisation des salles blanches par Fabmatics sans entretien et sûre

Grâce à une technologie de sécurité avancée, les robots mobiles et les employés se déplacent côte à côte en toute sécurité et efficacité, même dans des zones de salles blanches étroites. (Source : Fabmatics GmbH, Photographe : Sven Claus (FotograFisch))

Le HERO Fab 200 mobile positionne un porte-wafers avec une précision millimétrique dans une armoire de salle blanche – un exemple de manutention fiable du matériel dans des usines de 200 mm établies. (Source : Fabmatics GmbH, Photographe : Sven Claus (FotograFisch))

Le panneau de charge Wiferion est intégré de manière compacte dans la dalle de sol du salle blanche – pour une charge sans contact, sans génération de particules et une installation minimalement invasive. (Source : Fabmatics GmbH, Photographe : Sven Claus (FotograFisch))

Chargement en cours : Le robot mobile recharge son énergie via un panneau de charge situé devant la station de manutention et continue de travailler sans pauses de recharge séparées. (Source : Fabmatics GmbH, Photographe : Sven Claus (FotograFisch))

La demande mondiale en électronique de puissance et en puces pour les applications dans les domaines de l'automobile, de la communication et de l'industrie ne cesse de croître. Cependant, bon nombre des sites de production datent d'une autre époque : les usines de wafers de 200 mm, créées dans les années 1990 et 2000, fonctionnent encore aujourd'hui avec des flux de matériaux parfois manuels. Leur modernisation est complexe en raison des exigences élevées en matière de pureté, mais elle est urgente. Le spécialiste de l'automatisation de Dresde, Fabmatics, développe depuis plus de 30 ans des solutions allant du transport au stockage en passant par l'identification des wafers – soutenu par la technologie de chargement sans maintenance de Wiferion.

Dans l'industrie des semi-conducteurs, deux diamètres fondamentaux de wafers sont importants : 200 mm et 300 mm. Les wafers de 300 mm sont utilisés pour la production de processeurs puissants et de puces mémoire, et sont fabriqués dans des usines modernes hautement automatisées. En revanche, les équipements de production pour wafers de 200 mm, principalement utilisés pour l'électronique de puissance et certains composants automobiles, sont généralement plus anciens et ont évolué organiquement sur plusieurs décennies. Conséquence : il existe souvent des infrastructures hétérogènes, difficiles à faire évoluer avec de nouvelles technologies. Parallèlement, la pression sociale et économique pour automatiser les processus ne cesse de croître. Les pénuries dans les chaînes d'approvisionnement, la hausse des coûts énergétiques et la pénurie de main-d'œuvre ont montré à quel point des processus stables et continus sont essentiels. L'automatisation n'est donc plus une thématique d'avenir dans la fabrication de semi-conducteurs, mais une condition sine qua non pour rester compétitif.

Au cœur du cluster européen de la microélectronique à Dresde, Fabmatics, avec plus de 300 employés, veille à ce que les usines de 200 mm puissent exploiter leurs équipements de manière plus efficace et plus sûre grâce à des solutions d'automatisation sur mesure. L'entreprise fournit des clients renommés de l'industrie mondiale des semi-conducteurs en Europe, en Asie et aux États-Unis. Dès 2009, Fabmatics a commencé à développer son propre robot mobile, initialement relié à une voie ferrée. Le système a ensuite été amélioré pour pouvoir se déplacer librement dans l'espace, offrant ainsi une flexibilité maximale pour le transport de matériaux. Aujourd'hui, des robots de transport comme le HERO Fab font partie intégrante de la gamme de produits. Ils transportent de manière autonome des cassettes de wafers, relient des machines sur plusieurs niveaux et peuvent être optimisés pour s'adapter aux configurations spécifiques des clients grâce à leur conception modulaire. Un défi initial était l'alimentation en énergie – jusqu'à ce que Fabmatics adopte la solution de charge de Wiferion – une technologie PULS de marque.

Sans particules, inductif : la recharge en salle blanche

Comme les robots mobiles doivent en principe être rechargés dans des salles blanches, c'est-à-dire dans un environnement de production contrôlé et sans poussière, les systèmes de charge classiques atteignent rapidement leurs limites. Déplacer les véhicules augmenterait considérablement le risque de contamination et mettrait en danger des lots entiers de wafers sensibles. Cependant, la recharge dans la salle blanche elle-même pose aussi problème avec la technologie de contact traditionnelle : les contacts à frottement et les connexions à fiches génèrent des particules d'usure lors de la mise en marche – un risque inacceptable dans des environnements de production où même les plus petites contaminations peuvent causer des dommages de plusieurs millions d'euros. Le cuivre, utilisé dans de nombreuses solutions de contact, est en outre interdit dans la salle blanche, car il pourrait endommager les surfaces des substrats de semi-conducteurs. Même les matériaux alternatifs comme l'acier inoxydable ou l'argent n'ont pas convaincu en pratique. « Nous voulions déjà dans la première génération de robots, lancée en 2013, proposer une solution de charge inductive, mais la quantité d'énergie transférée par les systèmes de l'époque n'était pas suffisante pour nos besoins. Wiferion n'existait pas encore à l'époque », explique Carsten Grunert, responsable du développement produit chez Fabmatics. « C'est pourquoi nous avons développé une technologie de charge par contact intégrée dans le sol. Cependant, cela entraînait une usure élevée et un entretien fréquent, tout en étant peu flexible. »

Lorsque Fabmatics a développé la deuxième génération de ses robots mobiles, la situation technologique avait considérablement évolué. Wiferion était désormais sur le marché et proposait en tant que premier fournisseur une solution de charge inductive capable de transmettre jusqu'à 60 ampères – suffisamment pour faire fonctionner en continu des robots mobiles en salle blanche. Cela a permis de dépasser les limites techniques de 2013.

En collaboration avec le partenaire PohlCon, Fabmatics a développé des plaques de charge intégrées de manière transparente dans le double plancher des salles blanches. Il suffit de remplacer une des plaques de sol généralement présentes dans la salle blanche, sans nécessiter de travaux coûteux. La transmission d'énergie se fait sans contact via un champ magnétique, ce qui évite la production de particules. De plus, le système de charge sans fil du spécialiste du Wireless Charging présente un avantage en matière de sécurité incendie. Les chaînes porte-câbles ou contacts ouverts, qui pourraient générer des particules d'usure ou des étincelles, deviennent superflus.

Flexible, sans entretien et prêt pour l'avenir : charge automatisée dans le processus

Le principal avantage réside cependant dans le principe de la charge en cours de processus. Plutôt que de prévoir des temps de charge fixes, les robots de Fabmatics se rechargent pendant leur activité normale, par exemple lors du chargement et du déchargement des cassettes de wafers. Grâce à la grande tolérance de positionnement des systèmes Wiferion, il suffit que le robot s'arrête brièvement au-dessus de la plaque de charge. Même de petites déviations ne provoquent pas d'interruption de la charge. Chaque courte pause suffit à maintenir le niveau d'énergie stable. Il n'est pas nécessaire d'avoir des zones de charge séparées, de longues pauses ou des interventions manuelles. La solution est également très peu encombrante.

En plus de l'installation minimalement invasive, le système de charge se distingue par sa grande flexibilité : grâce à sa conception modulaire, l'infrastructure de charge peut être adaptée à des configurations changeantes – un avantage essentiel dans des environnements de production évolutifs, qui sont régulièrement agrandis ou remaniés. Il en résulte une infrastructure de charge sans entretien, intégrée dans tout environnement de production existant, offrant à la fois compatibilité avec les salles blanches et sécurité pour l'avenir.

Sans chaînes porte-câbles ni pièges à pied : de nouveaux domaines d'application

« La combinaison d'une alimentation électrique sans fil et d'une recharge intégrée au processus est idéale pour nos applications », explique Carsten Grunert. « Nous avons déjà pu réaliser un fonctionnement 24/7 auparavant, mais aujourd'hui, c'est beaucoup plus flexible, sans entretien et avec une pureté de processus maximale. Un vrai atout pour nos systèmes ! La grande flexibilité nous a également permis d'explorer de nouveaux domaines d'application. »

Fabmatics a ainsi intégré la technologie Wiferion dans d'autres séries de robots, auparavant limitées par les contraintes des systèmes de charge traditionnels. Étant donné que les plaques de charge peuvent également être montées verticalement sur des murs, elles conviennent pour des applications verticales telles que les monte-charges. Particulièrement lors du transport de matériaux sur plusieurs étages, la technologie présente un avantage : sans besoin de connexions mécaniques ou de chaînes porte-câbles, qui utilisent généralement des câbles pour la transmission d'énergie, les risques de trébuchement et d'incendie sont éliminés. De plus, la solution sans fil permet une intégration silencieuse et transparente dans le fonctionnement en cours.

Conclusion : un grand progrès pour l'automatisation dans l'industrie des semi-conducteurs

Grâce à l'intégration de la technologie Wiferion, Fabmatics a surmonté une étape clé dans l'automatisation des processus en salle blanche. L'alimentation inductive permet un fonctionnement sans entretien et intégré au processus pour les robots mobiles, même dans des environnements de production hautement sensibles. Pour l'industrie des semi-conducteurs, en particulier pour les usines de wafers de 200 mm avec leurs structures historiquement évolutives, cela représente une avancée significative en termes d'efficacité. La recharge inductive devient ainsi la clé pour la prochaine étape de l'automatisation.