KUKA-Cobot maakt 24/7-productie mogelijk dankzij inductieve ladetechnologie

De KMR iiwa CR is een automatiseringsoplossing die de productiviteit verhoogt voor het transport van uiterst gevoelige wafers.

Deeltjesafschilfering uitgesloten – contactloze energievoorziening maakt het gebruik van de cobot mogelijk in de cleanroomklasse ISO 3. / Nooit meer deeltjesafschilfering – contactloze energievoorziening maakt het gebruik van de cobot in cleanroomklasse ISO 3 mogelijk.

De wereldwijde vraag naar microchips neemt snel toe. Om aan de hoge vraag te voldoen, moeten producenten hun fabrieken verder automatiseren. Met de KMR iiwa CR, bestaande uit een collaboratieve robot en een mobiele platform, biedt KUKA een veilige en productiviteitsverhogende automatiseringsoplossing voor het transport van uiterst gevoelige halfgeleidersubstraten (wafers). Dankzij de geïntegreerde inductieve oplaadtechnologie van Wiferion voldoet het systeem aan de hoogste eisen op het gebied van reinheid, productiviteit en veiligheid.

Automatisering in de halfgeleiderproductie

De halfgeleiderindustrie floreert. Megatrends zoals thuiswerken, de groei van kunstmatige intelligentie en de toenemende vraag naar elektrische auto's zorgen ervoor dat de vraag naar halfgeleiders verder sterk toeneemt. Volgens het adviesbureau McKinsey & Company groeide de sector alleen al in 2021 met 20%. De consultants voorspellen dat de wereldwijde halfgeleiderindustrie jaarlijks met 6–8 % zal groeien en tegen 2030 een biljoen dollar-omvattende sector zal zijn. Om te voldoen aan de enorme behoefte aan krachtige processors investeren chipfabrikanten in nieuwe productielocaties.

Wafertransport is foutgevoelig

Voor een moderne chipfabriek zijn investeringskosten van meerdere miljarden dollars geen uitzondering. Dienovereenkomstig zijn de verwachtingen hoog wat betreft betrouwbaarheid en efficiëntie van slimme fabrieken.

Voordat een ruwe wafer een microchip wordt, zijn vaak meerdere duizenden stappen nodig in een zorgvuldig beveiligde cleanroom-omgeving. Afhankelijk van het onderdeel duurt het ongeveer drie maanden voordat de wafer de 24/7-getimede productie verlaat. Daarom spelen transportsystemen en de besturing van de installatie en processen een cruciale rol voor het succes van dergelijke megafabrieken. Sommige productie stappen zijn al zeer goed en op een hoog kwaliteitsniveau geautomatiseerd.

Draadloos opladen voor hoogste reinheidseisen

Tot nu toe vormde het transport van halfgeleidersubstraten van de ene werkplek naar de andere een uitzondering. Vooral in oudere productiefaciliteiten worden wafers voornamelijk handmatig door een medewerker uit een bewerkingsmachine gehaald en met een wagen naar de volgende processtap gebracht. Dit proces is foutgevoelig. Als een medewerker een breekgevoelige wafer laat vallen of per ongeluk de verkeerde cassette in een bewerkingsmachine plaatst, kunnen snel vijfcijferige bedragen verloren gaan. Automatisering van de handling- en transportprocessen met mobiele manipulatorrobots vermindert het risico op schade tot een minimum. Met de KMR iiwa CR heeft KUKA een mobiele cobot in het portfolio voor de veilige handling van gevoelige onderdelen zoals wafers, die vanwege zijn inductieve oplaadtechnologie ook aan de hoogste reinheidseisen voldoet.

Mobiele cobot van KUKA voor de cleanroom met inductief laden

De KMR iiwa CR is een combinatie van een cleanroom-cobot en een mobiel robotplatform. De gepatenteerde grijper van de robot is speciaal ontworpen voor handlingapplicaties in cleanroomomgevingen. Dankzij innovatieve navigatiesoftware opereert de KMR iiwa CR autonoom in de ruimte, laadt en lost de wafer-cassettes zelfstandig en brengt ze naar de volgende werkplek. En dat onder strikte naleving van de ISO 3-cleanroomnormen. De mobiele industriële robots van KUKA zijn ontworpen om in omgevingen die schoner moeten zijn dan een operatiekamer, betrouwbaar hun werk en mechanische bewegingen uit te voeren.

Minimale partikelformatie bij maximale productiviteit

Voor het naleven van de ISO-klasse 3 is onder andere de energievoorziening van de KMR iiwa CR een kernelement. "Voor een veeleisende cleanroomomgeving zijn conventionele batterijlaadsystemen met schuifcontacten niet geschikt," legt Jakob Brandl, Portfolio Manager Mobility bij KUKA, uit. "Bij elke laadbeurt ontstaat koperabrasie. Deeltjes verspreiden zich in de productieomgeving en kunnen in het uiterste geval de waardevolle wafers beschadigen." Daarom gebruikt KUKA het inductieve batterijladesysteem etaLINK 3000 van Wiferion. De energieoverdracht in de cleanroom gebeurt contactloos en draadloos. Zo garandeert KUKA een laadproces met minimale partikelformatie.

Oud proces zeer foutgevoelig

Bovendien maakt de ladetechnologie het mogelijk om de productie ononderbroken voort te zetten tijdens het opladen van de batterij. "We laden onze cobot via 'In-Process-Charging'. Daarbij rijdt de robot tijdens het pick-and-place-proces over een laadstation en wordt tijdens het proces geladen – zonder tijdverlies," legt Pascal Caprano, Head of Industry Management Concept Engineering bij KUKA, uit. De laadpunten kunnen bijvoorbeeld vóór de bewerkingsmachines worden geplaatst. De energievoorziening start automatisch wanneer de KMR iiwa CR de wafer-cassettes plaatst en verwijdert.

KUKA verhoogt procesveiligheid

Ook op het gebied van veiligheid stelt de cobot nieuwe maatstaven dankzij de inductieve stroomoverdracht. Terwijl conventionele contactlaadplaten enkele centimeters boven de vloer hangen om de energievoorziening ondanks de vrije ruimte onder een robot te laten functioneren, zijn de laadplaten van Wiferion zeer plat en kunnen ze vlak in de vloer worden ingebouwd. "Hiermee elimineren we struikelgevaar voor medewerkers in de cleanroom," benadrukt Jakob Brandl de voordelen van het systeem. Daarnaast vervalt het onderhoud vanwege gebroken of vervuilde contacten. "Als resultaat verhogen we daarmee de procesveiligheid van de gehele productie."