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

Grazie a tecnologie di sicurezza avanzate, i robot mobili e i 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 200 mobile posiziona un contenitore di wafer con precisione millimetrica in una scaffalatura in un ambiente sterile – un esempio di movimentazione affidabile dei materiali nelle fabbriche di 200 mm consolidate. (Fonte: Fabmatics GmbH, Fotografo: Sven Claus (FotograFisch))

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

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

La domanda globale di elettronica di potenza e chip per applicazioni nei settori Automotive, Comunicazione e Industria cresce inarrestabile. Tuttavia, molte delle sedi di produzione risalgono ad un'altra epoca: fabbriche di wafer da 200 mm, nate negli anni '90 e 2000, che ancora oggi operano con flussi di materiale parzialmente 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 spaziano dal trasporto allo stoccaggio fino all'identificazione dei wafer – supportato dalla tecnologia di carico senza manutenzione di Wiferion.

Nel settore dei semiconduttori sono di importanza due diametri fondamentali di wafer: 200 mm e 300 mm. I wafer da 300 mm sono utilizzati per la produzione di processori potenti e chip di memoria e vengono prodotti in impianti moderni altamente automatizzati. Al contrario, gli impianti di produzione per wafer da 200 mm, impiegati principalmente per elettronica di potenza e alcune componenti automobilistiche, sono generalmente più datati e sono cresciuti organicamente nel corso dei decenni. La conseguenza: spesso esistono infrastrutture eterogenee, difficili da integrare con nuove tecnologie. Contemporaneamente, aumenta la pressione sociale ed economica per automatizzare i processi. La congestione delle catene di approvvigionamento, l'aumento dei costi energetici e la carenza di personale qualificato hanno dimostrato quanto siano importanti processi stabili e continui. L'automazione nel settore dei semiconduttori 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, garantisce che le fabbriche da 200 mm possano gestire i propri impianti 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 a binari. Il sistema è stato successivamente evoluto in modo che possa muoversi liberamente nello spazio, offrendo massima flessibilità nel trasporto dei materiali. Oggi, i robot di trasporto come HERO Fab sono parte integrante della famiglia di prodotti. Trasportano autonomamente cassette di wafer, collegano macchine su più livelli e, grazie alla loro struttura modulare, si adattano ottimamente a layout personalizzati. Una prima sfida era rappresentata dall'alimentazione energetica – fino a quando Fabmatics non adottò la soluzione di ricarica di Wiferion – a PULS brand.

Particelle zero, 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. Spostare i veicoli fuori dall'ambiente 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 tradizionali presenta problemi: contatti a spazzola e connettori creano particelle di usura durante l'avviamento – un rischio inaccettabile in ambienti di produzione dove anche le più piccole impurità possono causare danni da milioni. Il rame, utilizzato in molte soluzioni di contatto, è vietato in ambiente sterile poiché può danneggiare le superfici dei substrati di semiconduttori. Anche materiali alternativi come acciaio inossidabile o argento si sono dimostrati poco efficaci in pratica. "Volevamo già offrire i nostri robot con una soluzione di ricarica induttiva fin dalla prima generazione, lanciata nel 2013, ma la quantità di energia trasferibile all'epoca non era sufficiente per i nostri scopi. Wiferion allora non esisteva ancora", spiega Carsten Grunert, responsabile dello sviluppo prodotto di Fabmatics. "Per questo abbiamo sviluppato una tecnologia di ricarica a contatto, integrata nel pavimento. Tuttavia, questa comportava un alto usura e manutenzione, ed era poco flessibile."

Quando Fabmatics ha sviluppato la seconda generazione dei propri robot mobili, la situazione tecnologica era cambiata radicalmente. Wiferion era ormai presente sul mercato e, come primo fornitore, offriva una soluzione di ricarica induttiva capace di trasmettere fino a 60 Ampere – sufficiente per alimentare senza interruzioni robot mobili in ambiente sterile. Così si è potuto superare ciò che nel 2013 sembrava impossibile dal punto di vista tecnico.

In collaborazione con il partner PohlCon, Fabmatics ha sviluppato pad di ricarica integrabili senza soluzione di continuità nel doppio pavimento delle camere bianche. Basta sostituire una delle piastre di pavimento normalmente presenti in ambiente sterile, senza dover effettuare costosi lavori di modifica. La trasmissione di energia avviene senza contatto tramite un campo magnetico, eliminando la generazione 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 generare particelle di usura o scintille, sono superflui.

Flessibile, senza manutenzione e a prova di futuro: ricarica automatizzata nel processo

Il principale vantaggio risiede però nel principio di ricarica in-process. Invece di pianificare tempi di ricarica fissi, i robot Fabmatics si ricaricano durante il normale lavoro, ad esempio durante il carico e scarico delle cassette di wafer. Grazie all'alto margine di tolleranza di posizionamento dei sistemi Wiferion, basta che il robot si fermi brevemente sopra il pad di ricarica. Anche deviazioni minori non interrompono la ricarica. Ogni breve pausa è sufficiente a mantenere stabile il livello di energia. Non sono necessari zone di ricarica dedicate, pause prolungate o interventi manuali. La soluzione è anche particolarmente 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, soggetti a frequenti ampliamenti o ristrutturazioni. Si crea così un'infrastruttura di ricarica senza manutenzione, integrabile in qualsiasi ambiente di produzione esistente, che garantisce pure compatibilità con ambienti sterili e sicurezza futura.

Senza catene portacavi e ostacoli: nuove aree di applicazione

"La combinazione di alimentazione wireless e ricarica integrata nel processo è ideale per le nostre applicazioni", afferma Carsten Grunert. "Abbiamo già potuto realizzare un funzionamento 24/7 – oggi, però, è molto più flessibile, senza manutenzione e con la massima purezza di processo. Un vero vantaggio per i nostri sistemi! Questa elevata 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 ad 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 contengono cavi di alimentazione, si eliminano potenziali ostacoli e rischi di incendio. Inoltre, la soluzione wireless permette un'integrazione silenziosa e senza soluzione di continuità nel funzionamento in corso.

Conclusione: un grande vantaggio per l'automazione nell'industria dei semiconduttori

Grazie all'integrazione della tecnologia Wiferion, Fabmatics ha superato un ostacolo centrale nell'automazione dei processi in ambiente sterile. 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 la prossima fase di automazione.