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 en toute sécurité et efficacement côte à côte, même dans des zones de salles blanches étroites. (Source : Fabmatics GmbH, Photographe : Sven Claus (FotograFisch))

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

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

Chargement en cours : Le robot mobile recharge son énergie via un panneau de recharge situé devant la station de manutention et continue de fonctionner 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 absolument nécessaire. 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 fabrication de processeurs puissants et de puces mémoire, et sont produits 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 de manière organique sur plusieurs décennies. Conséquence : il existe souvent des infrastructures hétérogènes, difficiles à faire coexister 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 qualifiée ont montré à quel point des processus stables et continus sont cruciaux. L'automatisation n'est donc plus un sujet d'avenir, mais une condition sine qua non pour la compétitivité.

Au cœur du cluster européen de la microélectronique de 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. La société fournit des clients renommés de l'industrie mondiale des semi-conducteurs en Europe, en Asie et aux États-Unis. Déjà en 2009, Fabmatics a commencé à développer son propre robot mobile, initialement équipé de rails. 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 des configurations spécifiques grâce à leur conception modulaire. Un défi initial était cependant l'alimentation électrique – jusqu'à ce que Fabmatics découvre la solution de chargement de Wiferion – a PULS brand.

Sans particules, inductif : la recharge en salle blanche

Comme les robots mobiles doivent en principe être rechargés dans des salles blanches contrôlées et exemptes de poussière, les systèmes de charge classiques atteignent rapidement leurs limites. Écarter les véhicules augmenterait considérablement le risque de contamination et mettrait en danger des lots entiers de wafers sensibles. Mais charger dans la salle blanche elle-même avec une technologie de contact traditionnelle pose aussi problème : les contacts à frottement et les connecteurs génèrent des particules d'usure lors de la mise en marche – un risque inacceptable dans des environnements de production où même de minuscules contaminations peuvent causer des dommages de plusieurs millions. 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 des matériaux alternatifs comme l'acier inoxydable ou l'argent n'ont pas convaincu en pratique. « Nous voulions déjà que nos robots de la première génération, lancée en 2013, soient équipés d'une solution de recharge inductive, mais la quantité d'énergie transférable à l'époque n'était pas suffisante pour nos besoins. Wiferion n'existait pas encore », explique Carsten Grunert, responsable du développement produit chez Fabmatics. « Nous avons donc développé une technologie de recharge par contact intégrée dans le sol. Mais 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 recharge inductive capable de transférer jusqu’à 60 ampères – suffisamment pour faire fonctionner en continu des robots mobiles dans la salle blanche. Ce qui n’était pas possible en 2013 en raison de limites techniques a ainsi été rendu possible.

En collaboration avec le partenaire PohlCon, Fabmatics a conçu des plaques de recharge pouvant être intégrées de manière transparente dans le double-plancher des salles blanches. Il suffit de remplacer une des plaques de sol habituellement présentes dans la salle blanche, évitant ainsi des travaux de reconstruction coûteux. Le transfert d’énergie se fait sans contact via un champ magnétique, ce qui ne génère pas de particules. De plus, le système de recharge sans fil du spécialiste du Wireless Charging présente un avantage en termes de sécurité incendie. Les chaînes de traction ou contacts ouverts, susceptibles de produire des particules d’usure ou des étincelles, deviennent inutiles.

Flexible, sans entretien et à l’épreuve du futur : recharge automatisée en cours de processus

Le principal avantage réside cependant dans le principe de la recharge en cours de processus. Au lieu 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 recharge. Même de petites déviations n’interrompent pas la charge. Une courte pause suffit à maintenir le niveau d’énergie stable. Il n’est pas nécessaire d’avoir des zones de recharge séparées, de longues pauses ou des interventions manuelles. La solution est également très compacte.

Outre une installation minimalement invasive, le système de recharge convainc par sa grande flexibilité : grâce à sa conception modulaire, l’infrastructure de recharge peut être adaptée à des configurations changeantes – un avantage essentiel dans des environnements de production évolutifs, qui sont régulièrement agrandis ou réaménagés. Ainsi, une infrastructure de recharge sans entretien s’intègre dans tout environnement de production existant et offre, en plus de la compatibilité avec les salles blanches, une sécurité à toute épreuve pour l’avenir.

Sans chaînes de traction ni pièges à trébuchements : de nouvelles applications

« La combinaison d’une alimentation sans fil et d’une recharge intégrée au processus est idéale pour nos applications », explique Carsten Grunert. « Nous pouvions déjà assurer un fonctionnement 24/7 auparavant, mais aujourd’hui, c’est beaucoup plus flexible, sans entretien et avec une pureté maximale du processus. Un vrai plus 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 recharge traditionnels. Comme les plaques de recharge peuvent aussi être montées verticalement sur des murs, elles conviennent pour des applications verticales telles que les ascenseurs de stockage. Particulièrement pour le transport de matériaux sur plusieurs étages, cette technologie présente un avantage : sans besoin de connexions mécaniques ou de chaînes de traction, qui utilisent généralement des câbles pour le transfert d’énergie, les risques de trébuchement et d’incendie sont éliminés. De plus, la solution sans fil permet une intégration silencieuse et sans couture 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 pu surmonter un obstacle majeur 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 un véritable saut en avant en termes d’efficacité. La recharge inductive devient ainsi la clé de la prochaine étape de l’automatisation.