La ricarica induttiva rende l'automazione delle camere bianche tramite Fabmatics senza manutenzione e sicura

Grazie a tecnologie di sicurezza avanzate, robot mobili e dipendenti si muovono in modo sicuro ed efficiente fianco a fianco anche in ambienti di camere bianche ristretti. (Fonte: Fabmatics GmbH, Fotografo: Sven Claus (FotograFisch))

Il HERO Fab mobile 200 posiziona un contenitore di wafer con precisione millimetrica in una scaffalatura di ambiente sterile – un esempio di gestione affidabile dei materiali nelle fabbriche di 200 mm consolidate. (Fonte: Fabmatics GmbH, Fotografo: Sven Claus (FotograFisch))

Il pannello di ricarica Wiferion è integrato a filo nel pavimento della camera bianca – per la ricarica senza contatto senza formazione di particelle e con un'installazione minimamente invasiva. (Fonte: Fabmatics GmbH, Fotografo: Sven Claus (FotograFisch))

Caricamento in corso: Il robot mobile assorbe energia tramite un pannello di ricarica davanti alla stazione di movimentazione e continua a lavorare senza pause di ricarica separate. (Fonte: Fabmatics GmbH, Fotografo: Sven Claus (FotograFisch))

La domanda mondiale di elettronica di potenza e chip per applicazioni nei settori Automotive, Comunicazione e Industria cresce senza sosta. Tuttavia, molte delle strutture di produzione risalgono a un'altra epoca: fabbriche di wafer da 200 mm, nate negli anni '90 e 2000, che ancora oggi operano con flussi di materiali in parte manuali. La loro modernizzazione è complessa a causa delle elevate esigenze di purezza, ma è urgentemente necessaria. Il specialista di automazione di Dresda Fabmatics sviluppa da oltre 30 anni soluzioni che vanno dal trasporto allo stoccaggio fino all'identificazione dei wafer – supportato dalla tecnologia di carica senza manutenzione di Wiferion.

Nel settore dei semiconduttori sono importanti due diametri fondamentali di wafer: 200 mm e 300 mm. I wafer da 300 mm sono utilizzati per la produzione di processori e chip di memoria ad alte prestazioni e vengono prodotti in impianti moderni e altamente automatizzati. Al contrario, le linee di produzione per wafer da 200 mm, impiegate principalmente per elettronica di potenza e componenti automobilistici specifici, sono generalmente più vecchie e sono cresciute organicamente nel corso di decenni. La conseguenza: spesso esistono infrastrutture eterogenee, difficili da integrare con le nuove tecnologie. Contemporaneamente, aumenta la pressione sociale ed economica per automatizzare i processi. Le carenze nelle catene di approvvigionamento, i costi energetici crescenti e la mancanza di personale qualificato hanno dimostrato quanto siano importanti processi stabili e continui. L'automazione non è più un tema futuro, ma una condizione essenziale per la competitività.

Nel cuore del cluster europeo di microelettronica di Dresda, Fabmatics, con oltre 300 dipendenti, assicura che le fabbriche da 200 mm possano gestire le proprie apparecchiature in modo più efficiente e sicuro grazie a soluzioni di automazione su misura. L'azienda fornisce clienti di rilievo dell'industria dei semiconduttori in Europa, Asia e USA. Già nel 2009, Fabmatics iniziò a sviluppare un proprio robot mobile, inizialmente vincolato ai binari. Il sistema è stato successivamente evoluto per poter muoversi liberamente nello spazio, offrendo la massima flessibilità nel trasporto dei materiali. Oggi, robot di trasporto come HERO Fab sono parte integrante della famiglia di prodotti. Trasportano autonomamente cassette di wafer, collegano macchinari su più livelli e, grazie alla loro costruzione modulare, si adattano perfettamente a layout personalizzati. Una sfida iniziale era rappresentata dall'alimentazione energetica – finché Fabmatics non ha incontrato la soluzione di ricarica di Wiferion – a PULS brand.

Privo di particelle, induttivo: ricarica in ambiente sterile

Poiché i robot mobili devono essere caricati all’interno di ambienti di produzione controllati e privi di polvere, i sistemi di ricarica tradizionali raggiungono rapidamente i loro limiti. Espellere i veicoli aumenterebbe drasticamente il rischio di contaminazione e metterebbe a rischio interi lotti di wafer sensibili. Tuttavia, anche la ricarica all’interno dell’ambiente sterile con tecnologie di contatto convenzionali presenta problemi: contatti a sfioramento e connessioni plug-in generano abrasione di particelle durante l’avvio – un rischio inaccettabile in ambienti di produzione dove anche le più piccole impurità possono causare danni milionari. Il rame, utilizzato in molte soluzioni di contatto, è di per sé vietato in ambiente sterile, poiché può danneggiare le superfici dei substrati di semiconduttori. Anche materiali alternativi come acciaio inossidabile o argento non si sono dimostrati efficaci in pratica. “Volevamo offrire ai nostri robot, già nella prima generazione lanciata nel 2013, una soluzione di ricarica induttiva, ma la quantità di energia trasferibile dai sistemi dell’epoca non era sufficiente per i nostri scopi. Wiferion allora non esisteva ancora”, afferma Carsten Grunert, responsabile sviluppo prodotto di Fabmatics. “Per questo abbiamo sviluppato una tecnologia di ricarica a contatto, integrata nel pavimento. Tuttavia, questa comportava un’usura elevata e un alto fabbisogno di manutenzione, oltre a essere poco flessibile.”

Quando Fabmatics ha sviluppato la seconda generazione dei suoi robot mobili, la situazione tecnologica era cambiata radicalmente. Wiferion era ormai presente sul mercato e offriva come primo fornitore una soluzione di ricarica induttiva in grado di trasferire fino a 60 ampere – abbastanza per far funzionare senza interruzioni i robot nel ambiente sterile. Così si è potuto superare il limite tecnico del 2013.

In collaborazione con il partner PohlCon, Fabmatics ha sviluppato pad di ricarica che possono essere integrati senza soluzione di continuità nel doppio pavimento degli ambienti sterili. Basta sostituire una delle piastre di pavimento normalmente presenti in ambiente sterile, senza bisogno di costosi lavori di ristrutturazione. Il trasferimento di energia avviene senza contatto tramite un campo magnetico, eliminando la produzione di particelle. Inoltre, il sistema di ricarica wireless di Wiferion offre vantaggi anche in termini di sicurezza antincendio. Catene portacavi o contatti aperti, che potrebbero favorire l’abrasione di particelle e la formazione di scintille, diventano superflui.

Flessibile, senza manutenzione e sicuro per il futuro: ricarica automatizzata nel processo

Il principale vantaggio risiede nel principio di ricarica in-process. Invece di pianificare tempi di ricarica fissi, i robot di Fabmatics si ricaricano durante il normale lavoro, ad esempio durante il carico e scarico delle cassette di wafer. Grazie all’elevata tolleranza di posizionamento dei sistemi Wiferion, basta che il robot si fermi brevemente sopra il pad di ricarica. Anche deviazioni minime non interrompono la ricarica. Ogni breve pausa è sufficiente a mantenere stabile il livello di energia. Non sono necessari zone di ricarica dedicate, pause lunghe o interventi manuali. La soluzione è anche molto compatta in termini di spazio.

Oltre all’installazione minimamente invasiva, il sistema di ricarica si distingue per la sua elevata flessibilità: grazie al design modulare, l’infrastruttura di ricarica può essere adattata a layout variabili – un vantaggio fondamentale in ambienti di produzione consolidati, che vengono regolarmente ampliati o riorganizzati. Si ottiene così un’infrastruttura di ricarica senza manutenzione, integrabile in qualsiasi ambiente di produzione esistente e che garantisce pure compatibilità con ambienti sterili e con il futuro.

Senza catene portacavi e ostacoli: nuove aree di applicazione

“La combinazione di alimentazione senza fili e ricarica integrata nel processo è ideale per le nostre applicazioni”, spiega Carsten Grunert. “In passato, abbiamo già realizzato un funzionamento 24/7 – oggi, questo avviene in modo molto più flessibile, senza manutenzione e con la massima purezza di processo. Un vero vantaggio per i nostri sistemi! La grande flessibilità ci ha anche permesso di esplorare nuove aree di applicazione.”

Fabmatics ha quindi integrato la tecnologia Wiferion in ulteriori serie di robot, precedentemente limitate dalle restrizioni dei sistemi di ricarica tradizionali. Poiché le piastre di ricarica possono essere montate anche verticalmente su pareti, sono adatte per applicazioni verticali come ascensori di piani. In particolare, per il trasporto di materiali tra più piani, questa tecnologia è vantaggiosa: senza la necessità di collegamenti meccanici o catene portacavi, che di solito portano cavi per l’alimentazione, si eliminano potenziali ostacoli e rischi di incendio. Inoltre, la soluzione senza fili permette un’integrazione silenziosa e senza interruzioni nel normale funzionamento.

Conclusione: un grande passo avanti per l’automazione nell’industria dei semiconduttori

Grazie all’integrazione della tecnologia Wiferion, Fabmatics ha superato un ostacolo centrale nell’automazione dei processi in ambienti sterili. L’alimentazione induttiva consente un funzionamento senza manutenzione e integrato nel processo dei robot mobili, anche in ambienti di produzione altamente sensibili. Per l’industria dei semiconduttori, in particolare per le fabbriche di wafer da 200 mm con le loro strutture storiche, ciò rappresenta un vero salto di efficienza. La ricarica induttiva diventa così la chiave per il prossimo livello di automazione.