Precíziós helymeghatározás mikrométeres pontossággal a wafereken a PECVD-bevonat számára

A képalkotás-alapú kezelési megoldás robotját helyhiány miatt a bevonóberendezés betöltőterületének mennyezetére szerelték fel, és 1 000 milliméteres hatótávolsággal rendelkezik. (Kép forrása: AZUR SPACE Solar Power) / A hely szűkössége miatt a robotot a bevonórendszer töltőterületének mennyezetére szerelték fel, és 1 000 milliméteres hatótávolsággal rendelkezik. (Fotó: AZUR SPACE Solar Power)

A lapos vákuumos fogórendszer, amely gyorsan cserélhető a különböző méretű szilíciumlapkák között, stabilan tartja a munkadarab szállítók betöltésekor előírt +/- 0,1 mm-es pozícionálási pontosságot. (Kép forrása: 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)

A hátsó megvilágítású igazítási asztal felett elhelyezkedő kamerarendszer felismeri a szilíciumlapka pontos helyzetét, és ezt az információt továbbítja a szoftvernek. Ennek alapján kiszámítja a helyzet- és szögkompenzációt, amely szükséges ahhoz, hogy a szilíciumlapkát a szállítószembe helyezze. (Kép forrása: 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)

A mindkét oldalán bevonandó napelemek forgatásához egy flipállomás van integrálva a kezelőrendszerbe. (Képforrás: AZUR SPACE Solar Power) / A napelemek mindkét oldalának bevonásához egy flipállomás van beépítve a kezelőrendszerbe. (Fotó: AZUR SPACE Solar Power)

Mielőtt a bevont napelemeket visszahelyeznék a kazettákba, a kamerarendszer ellenőrzi, hogy a szilíciumlapok élei sérülésmentesek-e. (Kép forrása: 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)

Az automatizált munkadarab- és anyagfeltöltés egy munkadarab-tartón különböző méretű lapkák esetén, a PECVD-bevonás előtt, az acp systems által kifejlesztett képfeldolgozáson alapuló robotikai megoldás egy vezető űrtechnológiai napelemgyártó számára. Ez biztosítja, hogy a megadott pozíciópontosság a munkadarab-tartók fészkében +/- 0,1 mm legyen, és kiegyenlítse mind a szállítók gyártási tűréseit, mind a betöltés során fellépő hűtés okozta összehúzódást.

A Heilbronnban székhellyel rendelkező AZUR SPACE Solar Power GmbH a világ egyik vezető vállalata a nagyhatékonyságú többszörös napelemcellák fejlesztésében és gyártásában űrkutatási és földi koncentrátor rendszerekhez (CPV). A napelemcellák a legújabb Triple- és Quadruple-Junction technológián alapulnak, ahol a rétegeket germánium-alapú substráton helyezik el.

Automatizálás a betöltési és kiürítési folyamatban kihívásokkal

A gyártási folyamat során a 4-, 6- és 8 hüvelykes (100, 150 és 200 mm) átmérőjű lapkák többek között PECVD-folyamaton mennek keresztül (Plazma-erősített Kémiai Gőzrétegleválasztás – plasma támogatott kémiai gőzrétegleválasztás) a Singulus Technologies AG berendezéseiben. A napelemcellákat kazettákban helyezik el, veszik ki, és speciális szénszálas munkadarab-tartókban helyezik el, amelyek mérete néhány száz mikrométerrel nagyobb, mint a cellák. A 1000 x 600 mm-es tartók négy, kilenc vagy 16 lapkát képesek befogadni. A balesetek elkerülése érdekében a munkadarab-tartók betöltésekor szigorúan be kell tartani a +/- 0,1 mm-es pozíciópontosságot. A kétoldalas bevonás után a napelemcellákat kazettákba kell helyezni.

Eddig az AZUR SPACE manuálisan, szívócsöves pipettákkal végzett tevékenységet szeretné automatizálni. A kihívásokat a napelemlapkák pozíciója okozza a kazettákban, amelyek +/- 5 fok és +/- 3 mm eltéréseket mutatnak, valamint a pontos fogási pozíciók. Emellett a gyártási tűréseket, valamint a hűtés során fellépő összehúzódást is ki kell egyenlíteni. Ez utóbbi a munkadarab-tartók hőmérsékletének csökkenése miatt alakul ki, amelyek akár 350 °C-ról hűlnek le a bevonási folyamat után, és a betöltés és kiürítés során is lehűlnek.

A pozíciópontosság biztosítása fénykibocsátó irányítóasztallal és képfeldolgozással

Az automatizálási szakértő, az acp systems AG egy intelligens, képfeldolgozáson alapuló kezelőrendszert fejlesztett ki egy ipari robot segítségével. Ez a robot a helyszűke miatt a bevonóberendezés betöltő területének mennyezetén lett felszerelve, és 1000 milliméteres hatótávolsággal rendelkezik. A Scara robot speciális lapka-vákumos fogórendszerrel van felszerelve, amely gyorsan cserélhető a különböző méretű lapkákhoz.

A robot kivételezi a lapkát a kazettából, és egy háttérvilágított irányítóasztalra helyezi. Felette egy 12 megapixeles kamerarendszer található, amely 680 mm-es munkavégzési távolságban működik. Ez felismeri a lapka pontos helyzetét, és továbbítja az információt a Cognex Vision Pro szoftvernek. Ennek alapján kiszámítja a helyzet- és szögkorrekciót, amelyet a lapka elhelyezéséhez a tartó fészkébe kell illeszteni, és ezt az adatot továbbítja a robotirányításnak. A kamerarendszer esetleges torzulásait a rendszer üzembe helyezésekor kalibrációval, egy „Checker Plate” segítségével kompenzálták.

Az gyártási tűrések és a hűtés során fellépő összehúzódás kezeléséhez a munkadarab-tartót először egy eltolással a határálláshoz igazítják és indexelik. Ez lehetővé teszi, hogy minden tartó koordinátarendszerének nullpontja reprodukálhatóan rögzüljön. Emellett a gyártási tűréseket a hideg állapotban pontosan lemérték, és minden tartót egyedi DataMatrix-kóddal láttak el azonosításra. Ez a kód tartalmazza azokat az adatokat, amelyek a tartó fészkének helyzetének kompenzációjához szükségesek a vezérlőrendszerben.

A munkadarab-tartók hűtés közbeni összehúzódásának kompenzálására egy pozíciójelzőt helyeztek el a tartónak a koordináta-nullponttal szemben lévő sarkában, amelyet szintén pontosan lemértek hideg állapotban. E fölött egy második kamerarendszer található, amely a pozícióeltolódást méri a referencia jelzőhöz képest. A szoftver ezek alapján számítja ki a lapka pontos pozíciójának kompenzációját. Ezt a folyamatot minden egyes lapka behelyezésekor megismétlik.

Flip állomás a lapkák forgatásához

A napelemcellák mindkét oldalának bevonásához az acp systems egy flip állomást integrált. Ez a rendszer külön-külön veszi át a lapkákat a robottól, és vákuumos szívópontokkal fogja meg őket meghatározott területeken. A 180 fokos forgatás után a robot fogója ismét átveszi a lapkát, és a pozícionálóasztalhoz szállítja.

Integrált minőségellenőrzés

Mielőtt a bevont napelemcellákat újra kazettákba helyeznék, a kamerarendszer a pozícionálóasztalon végzi el a végső minőségellenőrzést. Ellenőrzi, hogy a lapka élei sérülésmentesek-e.

A fent leírt, képfeldolgozáson alapuló robotikai megoldás magas precizitású és kíméletes kezelést biztosít a rendkívül érzékeny napelemlapkák számára. Ez különösen abból látszik, hogy üzembe helyezése óta nem történt lapka sérülés kezelési hiba miatt. Az automatikus rendszerre való átállás összességében jelentősen javítja a termelékenységet és a gazdaságosságot.