Volautomatische FOSB-verpakking met cleanroomrobots

Het uitzicht van boven op de installatie benadrukt de ruimtebesparende indeling. (Copyright: Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics)

Twee Stäubli zesassige robots van het type TX2-160 nemen alle handlingprocessen over bij de FOSB-verpakking. (Copyright: Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics)

De robot presenteert de verpakte doos aan een beeldverwerkingssysteem voor kwaliteitscontrole. (Copyright: Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics)

De ABT-systemen voor volledig automatische FOSB-verpakking zijn wereldwijd zeer populair. (Copyright: Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics)

De robots zijn uitgerust met speciale grijpers waarmee een verscheidenheid aan FOSB-formaten zonder ombouw kunnen worden verwerkt. (Copyright: Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics)

Het verpakken van wafers in zogenaamde FOSB, de afkorting staat voor Front Opening Shipping Boxen, is een complex proces dat onder cleanroomomstandigheden moet plaatsvinden. Om menselijke ingrepen volledig te voorkomen, heeft een Beiers bedrijf een volledig automatische oplossing ontwikkeld die zijn gelijke niet kent. Twee Stäubli cleanroomrobots nemen daarbij de volledige handling van de dozen over.

In het uiterste zuiden van Beieren, in het schilderachtige dorp Burgkirchen, heeft in 2006 een kleine maar fijne hightech-specialistenbouwer zich gevestigd, wiens innovatieve automatiseringsoplossingen snel internationale aandacht kregen. Met doordachte installaties slaagde het jonge cts GmbH er zelfs in om in de meest veeleisende sectoren, waaronder automotive, elektronica, halfgeleiders, life science en meer, voet aan de grond te krijgen en de bijbehorende expertise op te bouwen. Na krachtig groei telt cts tegenwoordig meer dan 350 medewerkers op meerdere locaties – gebleven is de innovatiedrang die zich keer op keer bewijst met de AutoBaggingTool, kortweg ABT.

Wat het met de ABT op zich heeft, brengt Alfred Pammer, procurist bij cts, treffend onder woorden: "Bij de ABT gaat het om een complexe robotcel met twee cleanroomgeschikte Stäubli zesassige robots, die volledig automatisch de volledige bag-in-bag-verpakking van de FOSB-behuizingen met wafers overneemt. Deze baanbrekende oplossing vervangt het deels nog handmatige verpakkingsproces en biedt daarbij een belangrijke plus aan proceszekerheid, efficiëntie en kwaliteit." Om aan de voortdurend toenemende vraag naar deze oplossing te kunnen voldoen, heeft cts onlangs een volledig nieuwe, hoogmoderne productie opgezet.

In tegenstelling daarmee behoort de handmatige verpakking van de tot tien kilogram zware FOSB tot de lichamelijk zeer belastende werkzaamheden. De medewerkers moeten eerst controleren of de wafers correct in de doos zitten, daarna verifiëren of de diverse bevestigingsonderdelen aan de FOSB correct zijn gemonteerd en tot slot de moeilijke verpakking met binnen- en buitenzak uitvoeren – alles onder cleanroomomstandigheden en in cleanroomkleding.

Volautomatisch in plaats van handmatig

Hoe snel, eenvoudig en efficiënt de volledig automatische verpakking met de twee Stäubli cleanroomrobots van het type TX2-160 verloopt, blijkt uit de blik op de compacte complete cel van cts, waarin alle componenten zoals verpakkingsstations, testkamers, robots, vision-systemen, printers en dergelijke meer geïntegreerd zijn. Voordat de meestal met 25 wafers gevulde FOSB hun reis door de in totaal 15 stations van de installatie beginnen, worden ze – zoals gebruikelijk in de halfgeleiderindustrie – via RFID geïdentificeerd. De benodigde parameters worden opgevraagd door het host-systeem via de SECS/GEM-interface. Op basis van de ontvangen informatie worden vervolgens alle noodzakelijke processtappen uitgevoerd.

Allereerst worden de met wafers gevulde behuizingen door een overhead hoist transportsysteem, kortweg OHT, klaargezet en via een invoerband naar de installatie gebracht. In de eerste stap wordt bij een teststation de zogenaamde Cross Slot Check uitgevoerd, waarbij de juiste positie van alle wafers in de doos wordt gecontroleerd.

Daarna neemt de eerste Stäubli zesassige robot de FOSB op en presenteert deze aan een vision-systeem, dat de juiste positie van de bevestigingsonderdelen aan de doos controleert. Vervolgens gaat het naar het labelen en de daaropvolgende kwaliteitscontrole van het label. Beide processtappen worden door de TX2-160 uitgevoerd door de behuizing veilig in de hand te houden en klaar te maken voor de labeling- en BV-station. Om de cyclustijden kort te houden, voert de TX2-160 alle bewegingen met hoge dynamiek en precisie uit.

Een complex proces: de bag-in-bag-verpakking

Nu staat de eerste verpakkingsstap met de binnenzak op het programma. Daartoe legt de zesassige robot de behuizing neer bij een volledig automatische station, waar de verpakking en het verzegelen van de binnenzak plaatsvinden. Als volgende processtappen volgen het vouwen en lijmen van de overschot en een lekdichtheidstest van de vacuümverpakking.

Deze teststation vormt tegelijkertijd de overdrachtspositie van de FOSB van robot één naar robot twee. Terwijl de eerste TX2-160 de doos daar voor controle neerlegt, haalt de tweede zesassige robot deze na de test op. Vervolgens neemt robot twee de volledige handling voor de verpakking met de buitenzak over, waarbij dezelfde werkzaamheden worden uitgevoerd als bij het verpakkingsproces van de binnenzak, inclusief verdere labeling en kwaliteitscontrole van het label. Tot slot legt de robot de volledig verpakte en gecontroleerde FOSB op de afvoerband.

"De installatie garandeert niet alleen een significante kwaliteitsverbetering en een verhoging van de proceszekerheid, maar staat ook voor een duidelijk hogere output. Per maand kan het AutoBaggingTool ABT een doorvoer van tot wel 8.000 FOSB bereiken," aldus Alfred Pammer. Een ander groot voordeel van de installatie is dat ze een breed scala aan FOSB-formaten met verschillende bevestigingsonderdelen kan verwerken. Dankzij de flexibiliteit van de Stäubli-robots en de door cts zelf ontwikkelde grijptechniek kan ABT vrijwel alle varianten zonder ombouw verpakken. Een uniek kenmerk dat klanten wereldwijd waarderen.

Ook de vereiste cleanroomclassificatie ISO 6 vormt geen uitdaging voor de twee Stäubli-robots. Ze behalen deze classificatie al in de standaarduitvoering. "Wij zetten bij onze halfgeleiderinstallaties in principe in op Stäubli-robots, omdat ze gelden als referentie in de cleanroom en tegelijkertijd uiterst precies en betrouwbaar zijn. Deze installaties draaien vooral in Azië en elders wereldwijd 24/7, dus kunnen we ons geen storingen of uitval veroorloven," benadrukt Alfred Pammer.