Az induktív töltés karbantartásmentessé és biztonságossá teszi a tisztatéri automatizálást a Fabmatics segítségével

A kifinomult biztonsági technológia révén a mobil robotok és a munkatársak biztonságosan és hatékonyan haladnak egymás mellett még szűk tisztatéri területeken is. (Forrás: Fabmatics GmbH, Fotó: Sven Claus (FotográFisch))

A mobil HERO Fab 200 pontosan méterben mérve helyezi el a szilíciumlapkát tartó tartályt egy tisztatéri polcon – példa arra, hogyan biztosítja a megbízható anyagmozgatást a kialakult 200 mm-es gyárakban. (Forrás: Fabmatics GmbH, Fotó: Sven Claus (Fotográfiai))

A Wiferion töltőpanel integrálva van a tisztatéri padlólemezbe – érintés nélküli töltéshez, részecskeképződés nélkül és minimál invazív beépítéssel. (Forrás: Fabmatics GmbH, Fotó: Sven Claus (Fotográfisch))

Töltés folyamat közben: A mobil robot energiát vesz fel egy töltőpanelről a kezelőállomás előtt, és további töltési szünet nélkül folytatja a munkát. (Forrás: Fabmatics GmbH, Fotó: Sven Claus (FotográFisch))

Az egész világon növekszik az autóipar, kommunikáció és ipar területein alkalmazott teljesítmény- és chipek iránti kereslet. Azonban sok gyártóhely egy másik korszakból származik: a 200 mm-es szilíciumlapka-gyárak, amelyek az 1990-es és 2000-es években jöttek létre, még ma is részben manuális anyagáramlással működnek. A modernizálásuk összetett a magas tisztasági követelmények miatt, de sürgősen szükséges. A drezdai automatizálási szakértő Fabmatics több mint 30 éve fejleszt megoldásokat, amelyek a szállítástól a tároláson át a szilíciumlapkák azonosításáig terjednek – támogatva a Wiferion karbantartásmentes töltéstechnológiájával.

A félvezetőiparban két alapvető szilíciumlapka-átmérő van jelentőséggel: 200 mm és 300 mm. A 300 mm-es lapkákat erőteljes processzorok és memóriachipek gyártására használják, és modern, magas automatizáltságú gyártóegységekben készülnek. Ezzel szemben a 200 mm-es gyártóberendezések, amelyek elsősorban teljesítmény- és bizonyos autóipari alkatrészekhez használatosak, általában idővel organikusan nőttek ki, és régebbiek. Ennek eredményeként gyakran heterogén infrastruktúrák jönnek létre, amelyeket nehéz összeegyeztetni az új technológiákkal. Ugyanakkor növekszik a társadalmi és gazdasági nyomás az automatizálás iránt. A beszállítói láncok szűk keresztmetszetei, a növekvő energiaárak és a szakemberhiány megmutatták, milyen fontosak a stabil és zökkenőmentes folyamatok. Az automatizálás a félvezetőgyártásban már nem jövőbeli kérdés, hanem alapfeltétel a versenyképességhez.

A drezdai európai mikroelektronikai klaszter közepette a Fabmatics több mint 300 munkatárssal biztosítja, hogy a 200 mm-es gyárak berendezéseit személyre szabott automatizálási megoldásokkal hatékonyabban és biztonságosabban működtessék. A vállalat neves ügyfeleket szolgál ki az európai, ázsiai és amerikai félvezetőiparban. Már 2009-ben elkezdte saját mobil robot fejlesztését, amely kezdetben sínhez volt kötve. A rendszert később olyan módon fejlesztették tovább, hogy szabadon mozoghat a térben, így maximális rugalmasságot biztosítva az anyagmozgatásban. Ma a HERO Fab szállítórobotok szerves részei a termékcsaládnak. Autonóm módon szállítják a szilíciumkapszulákat, összekötik a gépeket több szinten keresztül, és modularitásuknak köszönhetően ideálisan alkalmazhatók az ügyfélspecifikus elrendezésekhez. Kezdetben azonban a energiaellátás jelentett kihívást – egészen addig, amíg a Wiferion – a PULS márkájú töltőrendszer nem lépett be a képbe.

Partikamentes, induktív töltés: Töltés a tisztatérben

Mivel a mobil robotokat alapvetően a tisztatérben, a kontrollált, pormentes gyártási környezetben kell tölteni, a hagyományos töltőrendszerek gyorsan elérik a határaikat. A járművek kiállítása a töltőhelyekről drasztikusan növelné a szennyezés kockázatát, és veszélyeztetné az érzékeny szilíciumlapkák egész sorát. Emellett a töltés a tisztatérben hagyományos kontakt technikával problémás: a csúszó érintkezők és csatlakozók kopó részecskéket termelnek, ami elfogadhatatlan kockázat a gyártási környezetben, ahol a legkisebb szennyeződések is milliós károkat okozhatnak. A sok helyen használt réz kontaktusok a tisztatérben egyébként is tilosak, mivel károsíthatják a félvezető szubsztrátumok felületét. Az alternatív anyagok, például az acél vagy az ezüst, a gyakorlatban nem bizonyultak megbízhatónak. „Az első generációs robotjainkat, amelyek 2013-ban kerültek piacra, már induktív töltési megoldással szerettük volna ellátni, de akkor a rendszerek átviteli kapacitása nem volt elegendő a céljainkhoz. A Wiferion akkor még nem létezett” – mondja Carsten Grunert, a Fabmatics termékfejlesztési vezetője. „Ezért kifejlesztettünk egy kontakt alapú töltéstechnológiát, amely a padlóba volt integrálva. Ez azonban nagy kopást és karbantartási igényt eredményezett, és kevésbé volt rugalmas.”

Amikor a Fabmatics a második generációs mobil robotokat fejlesztette, a technológiai helyzet alapvetően megváltozott. A Wiferion már akkor piacra lépett, és elsőként kínált induktív töltőrendszert, amely akár 60 amperes átvitelt tesz lehetővé – ez elegendő ahhoz, hogy a mobil robotokat zavarás nélkül működtessék a tisztatérben. Ez lehetővé tette, ami 2013-ban még technikailag nem volt elérhető.

Partnerségével, a PohlCon-nal közösen a Fabmatics töltőpadokat fejlesztett, amelyek zökkenőmentesen beépíthetők a tisztatéri padlók közé. Ehhez csupán az egyik, általában a tisztatérben található padlólemez cseréje szükséges, így nem kell költséges átalakításokat végezni. Az energiaátvitel kontaktus nélkül, mágneses mező segítségével történik, így nem keletkeznek részecskék. Emellett a vezeték nélküli töltőrendszer tűzvédelmi szempontból is előnyös: a kábelkötegek vagy nyitott érintkezők, amelyek részecskeképződést és szikraképződést okozhatnak, elhagyhatók.

Rugalmas, karbantartásmentes és jövőbiztos: automatizált töltés a folyamatban

A legnagyobb előny azonban az ún. In-Process-Charging elvén alapul. Ahelyett, hogy fix töltési időket terveznénk, a Fabmatics robotjai a normál munkájuk során, például a szilíciumkapszulák betöltése és kivétele közben töltődnek. A Wiferion rendszerek magas pozicionálási toleranciájának köszönhetően elegendő, ha a robot rövid ideig a töltőpad felett áll meg. Még kisebb eltérések sem okoznak töltéskimaradást. Minden rövid szünet elegendő ahhoz, hogy az energiaszint stabil maradjon. Külön töltőzónák, hosszú szünetek vagy manuális beavatkozások nem szükségesek. Ez a megoldás különösen helytakarékos.

A minimálisan invazív telepítés mellett a töltőrendszer magas rugalmasságával is lenyűgöz: modularitásának köszönhetően a töltési infrastruktúra könnyen alkalmazkodik a változó elrendezésekhez – ez különösen előnyös a növekvő gyártási környezetekben, ahol rendszeresen bővítenek vagy átalakítanak. Így kialakul egy karbantartásmentes töltési infrastruktúra, amely minden meglévő gyártási környezetbe illeszkedik, és nemcsak tisztatér-kompatibilis, hanem jövőálló is.

Kábelek és botlásveszély nélkül: új alkalmazási területek

„A vezeték nélküli energiaellátás és a folyamatba integrált töltés kombinációja ideális megoldás az alkalmazásaink számára” – magyarázza Carsten Grunert. „Korábban már megvalósítottuk a 24/7-es működést – ma azonban ez sokkal rugalmasabb, karbantartásmentes és a legmagasabb folyamat tisztasággal történik. Ez valódi előrelépés a rendszerjeink számára! A magas rugalmasság lehetővé tette számunkra az új alkalmazási területek feltárását is.”

Így a Fabmatics a Wiferion technológiát további robot sorozatokba is beépítette, amelyek korábban a hagyományos töltőrendszerek korlátai miatt voltak korlátozva. Mivel a töltőlapok függőlegesen is felszerelhetők a falakra, alkalmasak vertikális alkalmazásokhoz, például emeleti liftkocsikhoz. Különösen több szint közötti anyagmozgatás esetén előnyös ez a technológia: mechanikus kapcsolatok vagy kábelkötegek nélkül, amelyek általában az energiaátvitelt szolgálják, kiküszöbölhetők a botlásveszélyek és a tűzvédelmi kockázatok. Emellett a vezeték nélküli megoldás csendes és zökkenőmentes integrációt tesz lehetővé a folyamatos működésbe.

Összegzés: Nagy lépés a félvezetőipari automatizációban

A Wiferion technológia integrálásával a Fabmatics leküzdött egy központi akadályt a tisztatéri folyamatok automatizálásában. Az induktív energiaellátás karbantartásmentes, folyamatba épített működést tesz lehetővé még a legérzékenyebb gyártási környezetekben is. A félvezetőipar számára, különösen a 200 mm-es szilíciumlapka-gyárakban, amelyek történelmileg kialakult struktúrákkal rendelkeznek, ez valódi hatékonyságnövekedést jelent. Az induktív töltés így kulcsfontosságúvá válik a következő automatizálási szinthez.