Az új típusú ember-gép interakció a tisztatérben

A cobotok beszállnak az elektronikai ipar tisztatérjeibe. A félvezetőgyártásban megbízhatóságukkal és a legmagasabb minőségi szabványokkal tűnnek ki.

Az érzékeny szilíciumlapkákból álló kazettánkénti érték egy középkategóriás autó értékével egyezik meg. / Each cassette full of the sensitive silicon wafers can have the value of a mid-range car.

A tisztaszobai robotok fekete kazettákat szállítanak tele szilíciumlapokkal az egyes feldolgozási lépésekhez.

A KUKA robot milliméter pontossággal helyezi a szilíciumlapokat a kezelőkamrába.

Az Infineon Villachban 17 tisztatéri robot működik, LBR iiwa CR típusúak. / Az Infineonban Villachban, Ausztriában, 17 tisztatéri robot van használatban, LBR iiwa CR típusúak.

A gazdaságos termelés érdekében az Infineon mindig megtalálja a megfelelő egyensúlyt a lehetetlen és az ésszerű között. / A költséghatékony gyártáshoz az Infineon mindig megtalálja a megfelelő arányt a lehetetlen és az ésszerű között.

A érzékeny LBR iiwa CR nem igényel védőkerítést a szilíciumlapka kezelése során.

Lisa Ebner az elejétől fogva részt vett a tisztatéri robotok integrációjában az automatizált gyártási folyamatba.

A Kobotok új szintre emelik az automatizálást a tisztatérben. A mikrométeres vékony chipgyártásban az infineoni villachi telephelyen 17 érzékeny KUKA könnyűszerkezetes robot biztosítja az ember és a gép biztonságos együttműködését, ezáltal növelve a hatékonyságot és a biztonságot a rendkívül értékes és törékeny szilíciumlapkák gyártásában.

Nem, ezek a szilíciumlapkák nem igazán kollaboratív termékek: A legtöbb lapka akár 40 mikrométeres vékonyságú, vékonyabb, mint egy hajszál, ugyanakkor átmérőjük 150-300 milliméter, ami egy pizzával vetekszik. Ez egy rendkívül törékeny dolog, amit nem lehet kézben tartani, még védőtokban sem. Ahhoz, hogy ezekből a sérülékeny ezüstlapokból, amelyek egyenként értéke akár egy középkategóriás autónak is lehet, chip legyen, akár 1200 folyamatlépést kell végrehajtaniuk. És minden lépésnél más automatizált feldolgozóállomásra kell szállítani őket. Ez egyértelmű eset egy robot alkalmazására.

A villachi infineoni telephelyen ilyen teljesítmény- félvezetőket gyártanak, mint amilyenek például autókban, okostelefonokban, hűtőszekrényekben vagy szerverfarmokban és mozdonymotorok hajtásláncaiban kerülnek felhasználásra. 2020-as üzleti évben az Infineon Ausztria, a német Infineon Technologies AG leányvállalata, 8,45 milliárd chipet szállított ki, és 3,1 milliárd euró árbevételt ért el. Ez a jövő technológiája, amit a 498 millió eurós kutatási költség is tükröz, ami az egyik legkutatóképesebb vállalattá teszi Ausztriában.

Tisztább, mint az operációs szalon

A villachi gyár 17. csarnokában az Infineon érzékeny vékonylapkákat gyárt tisztatéri 1. kategóriájú környezetben. Ez azt jelenti, hogy 28 liter levegőben nem lehet több egy részecskénél. Ez jóval kevesebb, mint amit egy műtőben megengednek. Összehasonlításképp: a különösen tisztának számító hegyi levegőben egy ilyen térfogatban kb. 100 000 részecske kering. Ez azt jelenti a dolgozók számára: csak speciális, fehér színű teljes testvédő ruhában, egy speciális levegőzsilip segítségével lehet belépni. A bőr és a haj teljesen fedve kell, hogy legyen, hogy egyetlen pikkely sem kerülhessen ki. Csak egy kis látónyílás marad szabadon. A laptopokat és más technikai eszközöket előzetesen alaposan meg kell tisztítani. Még a tollak és a jegyzetlapok is részecskementes, speciálisan gyártott eszközök.

„Ezekben a rendkívül érzékeny gyártási körülmények között nagyon pontosan kell megterveznünk, milyen szállítási technikát alkalmazunk” – magyarázza Martin Moser, az automatikai csapat vezetője az AMHS (Automated Material Handling System) területén az Infineon Technologies Austria villachi telephelyén. „Mivel a lapka gyártásban különféle mobil egységek és folyamatosan dolgozó emberek is jelen vannak, csak olyan rendszerek jöhetnek szóba a robotok számára, amelyek rendkívül érzékenyek a biztonságos együttműködésre az ember és a gép között. És mindezt védőburkolat nélkül.”

Kéz a kézben a rendszerpartnerekkel

„Az automatikánál keresve figyeltünk fel a KUKA könnyűszerkezetes robotjaira” – meséli a fejlesztőmérnök. Ezek ISO3 szabvány szerint való alkalmassá tétele a tisztatéri különleges követelményekhez rendkívül intenzív tanulási folyamat volt, melyben az infineoni automatizálási szakemberek szorosan együttműködtek rendszerpartnereikkel. A KUKA mellett elsősorban a Mechatronic Systemtechnik GmbH szakemberei vettek részt az összeszerelésben, kábelezésben és a gyártási felállásban, valamint a Micado Automation GmbH programozói az üzemirányításban.

„Nekünk akkor nem volt minta a mobil robotok alkalmazására a félvezetőgyártásban. Együtt finomhangoltuk a rendszereket, pontosan a mi igényeink szerint. Ez valódi úttörőmunka volt, mindkettőnk számára, KUKA-nak és nekünk” – mondja Moser. Ehhez hozzátartozott, hogy a könnyűszerkezetes robotokat tisztatéri alkalmassá tettük. Ez még a KUKA robotok számára is „új terület” volt. „A konstruktív, megoldásközpontú együttműködés minden résztvevő között jelentősen hozzájárult ahhoz, hogy most ideális szállítási megoldásunk van a chipgyártás automatizálásához” – teszi hozzá Moser.

Ma már 17 LBR iiwa robot dolgozik több tisztatéri helyiségben – 24 órában, egész évben. „Rendkívül mozgékonyak, akár 14 kilogramm teherbírással is bírnak, rezgés nélkül dolgoznak, és a fogóikkal milliméterszintű precizitással végeznek munkát még a legszűkebb helyeken is” – magyarázza Moser az „robotok” előnyeit. Különösen a hetedik tengelyük lehetővé teszi, hogy finom érzékeny és szögletes mozgásokat hajtsanak végre, amelyek a „konvencionális” 6-tengelyes robotoknak nem mennek.

Perfekcionizmus milliméterpontossággal

Csendesen suttogva szállítják a fekete, értékes szilíciumlapkákkal teli kazettákat a feldolgozó lépésekhez, milliméterpontosan helyezik be őket a megfelelő kamrákba, majd ismét kiviszik. A mobil töltőrobotok szorosan együttműködnek a Overhead Hoist Transport System, röviden OHT rendszerrel. A szinte öt méter magas mennyezet alatti sínrendszeren lógva a szállítódobozok szinte szellemként vezetődnek a különböző állomásokhoz, ahol a szíjmechanizmussal leeresztik őket. Ott a gyártási algoritmus szerint egy LBR iiwa robot veszi át, és viszi a következő feldolgozási lépéshez.

„Már a kezdetektől fogva egy pontosan illeszkedő megoldást akartunk a villachi gyártásunkhoz. Más nem jöhetett szóba” – mondja Martin Moser. „A rendszerek integrációját saját magunk végeztük. Nagyon fontosnak tartottuk a közvetlen kommunikációt a KUKA fejlesztőivel – különösen arra figyelve, hogyan alakítjuk ki az egész rendszert, és hogyan tanul majd tovább.”

Az elérhető és a szükséges közötti megfelelő egyensúly megtalálása

Martin Moser csapatában Lisa Ebner segítette a robotok integrálását a teljesen automatizált lapka-gyártási folyamatba, már a kezdetektől. Már hét éve tagja a vállalatnak, és a töltőrendszerek szakértője. Lisa Ebner valódi rajongója a mobil robotoknak: „Amikor először láttam a LBR iiwa-t, akkor még operátorként, azonnal lenyűgözött: órákon át néztem volna a lágy, harmonikus mozgásait – ez egy technikai élvezet volt.”

Hosszú órákon át nézni? Szinte hihetetlen. Hiszen az automatizálási szakértő, aki mellette még mechatronikát, rendszermérnökséget és menedzsmentet tanul, szinte túl energikusnak tűnik. Folyamatosan járja a gyártósorokat, ellenőrzi a rendszereket a vezérlőpultnál, és keresi a lehetőségeket a gyártás tökéletesítésére. „Az optimalizálás során meg kell találnunk az egyensúlyt a technikailag és fizikailag lehetséges dolgok, valamint az üzleti céljaink szempontjából értelmes megoldások között. Minél közelebb kerülünk a 100 százalékos tökéletességhez, annál komplexebb lesz a rendszer és a kapcsolódó interfészek száma. Mindig meg kell találnunk a gazdaságilag megfelelő mértéket.”

A tanulási folyamat a félvezető jövőért

A villachi automatizálási csapat nyilván jó úton halad. „Minden, amit most tanulunk, továbbvisz minket – a félvezetőgyártás automatizálásának következő szintjére” – mondja Bernd Steiner, az infineoni gyártási igazgató Villachban.

És az idő sürget Kárpátalján. Hiszen a meglévő gyártócsarnokok mellett már az új, teljesen automatizált chipgyár építése is folyamatban van. Az infineon sokat tervez: 1,6 milliárd eurót fektet be villachi telephelyébe, ezzel a legnagyobb magánberuházást hajtja végre Ausztriában. 2021 végére teljesen automatizáltan fogják gyártani a teljesítmény- félvezetőket. „Célunk, hogy az okos gyárban pontosan oda vigyük a teljesítményt, ahol szükség van rá” – magyarázza Steiner. „Ez a jövő energiahatékony chipjeihez, amelyek számos mindennapi alkalmazásban, például okostelefonokban, háztartási gépekben, autókban, de akár adatközpontokban, orvosi eszközökben, napelemekben és ipari berendezésekben is megtalálhatók. Hogy életünket könnyebbé, biztonságosabbá és környezetbarátabbá tegyék.”