Induktives Laden macht Reinraumautomatisierung durch Fabmatics wartungsfrei und sicher

Dank ausgereifter Sicherheitstechnik bewegen sich mobile Roboter und Mitarbeitende selbst in engen Reinraumbereichen sicher und effizient nebeneinander. (Quelle: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Mobilny HERO Fab 200 precyzyjnie ustawia pojemnik na wafle w regale w czystej komorze – przykład niezawodnego przenoszenia materiałów w rozbudowanych fabrykach o rozmiarze 200 mm. (Źródło: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Das Wiferion-Ladepanel ist bündig in die Reinraum-Bodenplatte integriert – für kontaktloses Laden ohne Partikelbildung und minimalinvasiven Einbau. (Quelle: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Ładowanie w trakcie procesu: Mobilny robot pobiera energię z panelu ładowania przed stacją obsługi i kontynuuje pracę bez konieczności osobnych przerw na ładowanie. (Źródło: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Globalne zapotrzebowanie na elektronikę mocy i układy scalone do zastosowań w branżach motoryzacyjnej, komunikacyjnej i przemysłowej rośnie niepowstrzymanie. Jednak wiele zakładów produkcyjnych pochodzi z innej epoki: fabryki wafli o średnicy 200 mm, które powstały w latach 90. i 2000., nadal pracują częściowo z ręcznym przepływem materiałów. Ich modernizacja jest skomplikowana ze względu na wysokie wymagania dotyczące czystości, ale jest to konieczne. Dresdner specjalista ds. automatyzacji Fabmatics od ponad 30 lat opracowuje rozwiązania obejmujące transport, magazynowanie i identyfikację wafli – wspierane przez bezobsługową technologię ładowania Wiferion.

W przemyśle półprzewodnikowym istotne są dwa podstawowe średnice wafli: 200 mm i 300 mm. Wafle 300-mm służą do produkcji wydajnych procesorów i układów pamięciowych i są produkowane w nowoczesnych, wysoko zautomatyzowanych zakładach. W przeciwieństwie do tego, urządzenia do produkcji wafli 200 mm, które głównie wykorzystywane są w elektronice mocy i niektórych komponentach motoryzacyjnych, są zazwyczaj starsze i rozwijały się organicznie przez dziesięciolecia. Skutkiem tego jest często występowanie heterogenicznych infrastruktur, które trudno pogodzić z nowymi technologiami. Jednocześnie rośnie presja społeczna i gospodarcza na automatyzację procesów. Niedobory łańcuchów dostaw, rosnące koszty energii i brak wykwalifikowanej kadry pokazały, jak ważne są stabilne i ciągłe procesy. Automatyzacja w produkcji półprzewodników to więc nie jest już temat przyszłości, lecz warunek konkurencyjności.

W centrum europejskiego klastra mikroelektroniki w Dreźnie Fabmatics, zatrudniający ponad 300 pracowników, zapewnia, że zakłady o średnicy wafli 200 mm mogą efektywniej i bezpieczniej obsługiwać swoje urządzenia dzięki dostosowanym rozwiązaniom automatyzacyjnym. Firma dostarcza znanym klientom z międzynarodowego przemysłu półprzewodnikowego w Europie, Azji i USA. Już w 2009 roku Fabmatics rozpoczął rozwój własnego mobilnego robota, początkowo z napędem szynowym. System ten został później rozwinięty tak, aby mógł swobodnie poruszać się w przestrzeni, zapewniając maksymalną elastyczność w transporcie materiałów. Obecnie roboty transportowe, takie jak HERO Fab, są stałym elementem oferty produktowej. Autonomicznie przewożą kosze wafli, łączą maszyny na różnych poziomach i dzięki modułowej konstrukcji można je optymalnie dostosować do specyficznych układów przestrzennych klienta. Początkowym wyzwaniem była jednak zasilanie – aż do momentu, gdy Fabmatics sięgnął po rozwiązanie ładowania od Wiferion – marki PULS.

Bezpyłowe ładowanie indukcyjne: ładowanie w środowisku czystym

Ponieważ mobilne roboty w środowiskach czystych muszą być ładowane w kontrolowanym, wolnym od pyłów środowisku produkcyjnym, klasyczne systemy ładowania szybko się wyczerpują. Wyłączanie pojazdów zwiększałoby ryzyko skażenia i zagrażało całym partiom wrażliwych wafli. Jednak ładowanie w samym środowisku czystym za pomocą tradycyjnej techniki kontaktowej jest problematyczne: styki ścierne i złącza wtykowe generują podczas kontaktu cząstki ścierne – co jest nie do przyjęcia w środowiskach produkcyjnych, gdzie nawet najmniejsze zanieczyszczenia mogą powodować szkody o wartości milionów. Miedź, często stosowana w kontaktach, jest w środowiskach czystych zakazana, ponieważ może uszkadzać powierzchnie podłoży półprzewodnikowych. Również alternatywne materiały, takie jak stal nierdzewna czy srebro, nie sprawdziły się w praktyce. „Chcieliśmy już w pierwszej generacji naszych robotów, które pojawiły się na rynku w 2013 roku, zaoferować rozwiązanie ładowania indukcyjnego, ale ówczesne systemy nie zapewniały wystarczającej ilości przesyłanej energii. Wiferion wtedy jeszcze nie istniał”, mówi Carsten Grunert, kierownik działu rozwoju produktu w Fabmatics. „Dlatego opracowaliśmy technologię ładowania kontaktowego, zintegrowaną z podłożem. Jednak powodowała ona duży zużycie i wymagała częstych napraw, była mało elastyczna.”

Gdy Fabmatics rozwijał drugą generację swoich mobilnych robotów, sytuacja technologiczna uległa zasadniczej zmianie. Wiferion pojawił się na rynku i jako pierwszy dostawca zaoferował rozwiązanie ładowania indukcyjnego, które przesyła do 60 amperów – wystarczająco, aby bez przerwy obsługiwać roboty w środowisku czystym. To umożliwiło to, co w 2013 roku było technicznym wyzwaniem.

We współpracy z partnerem PohlCon Fabmatics opracował płyty ładowania, które można bezproblemowo zintegrować z podłogą podwójnego dna w środowiskach czystych. Wystarczy wymienić jedną z typowych w środowiskach czystych płyt podłogowych, co eliminuje konieczność kosztownych przebudów. Przesył energii odbywa się bezkontaktowo za pomocą pola magnetycznego, co zapobiega powstawaniu cząstek. Ponadto bezprzewodowy system ładowania od specjalisty od ładowania bezprzewodowego ma również zalety pod względem ochrony przeciwpożarowej. Szyny odciągowe czy otwarte styki, które sprzyjają ścieraniu się cząstek i iskrzeniu, stają się zbędne.

Elastyczne, bezobsługowe i przyszłościowe: automatyczne ładowanie w trakcie procesu

Największą zaletą jest jednak zasada ładowania w trakcie pracy. Zamiast planować stałe czasy ładowania, roboty Fabmatics ładują się podczas normalnej pracy, np. podczas załadunku i rozładunku koszy wafli. Dzięki wysokiej tolerancji pozycjonowania systemów Wiferion wystarczy, aby robot zatrzymał się na chwilę nad płytą ładowania. Nawet drobne odchylenia nie powodują przerw w ładowaniu. Każda krótka przerwa wystarczy, aby utrzymać poziom energii na stałym poziomie. Nie są potrzebne osobne strefy ładowania, długie przerwy ani ręczne interwencje. To rozwiązanie jest również bardzo oszczędne w przestrzeni.

Oprócz minimalnie inwazyjnej instalacji, system ładowania wyróżnia się wysoką elastycznością: dzięki modułowej konstrukcji infrastruktura ładowania może być dostosowana do zmieniających się układów przestrzennych – co jest dużą zaletą w rozwiniętych środowiskach produkcyjnych, które są regularnie rozbudowywane lub przebudowywane. Powstaje więc bezobsługowa infrastruktura ładowania, która wpisuje się w każdą istniejącą przestrzeń produkcyjną i oprócz czystości w środowisku czystym, zapewnia również przyszłościową niezawodność.

Bez szyn odciągowych i przeszkód do potknięcia: nowe obszary zastosowań

„Połączenie bezprzewodowego zasilania i procesowo zintegrowanego ładowania jest idealne dla naszych zastosowań”, wyjaśnia Carsten Grunert. „Wcześniej mogliśmy już realizować pracę 24/7 – dziś jest to możliwe znacznie bardziej elastycznie, bezobsługowo i z najwyższą czystością procesu. To prawdziwa korzyść dla naszych systemów! Wysoka elastyczność umożliwiła nam także wejście w nowe obszary zastosowań.”

W ten sposób Fabmatics zintegrował technologię Wiferion w kolejne serie robotów, które wcześniej były ograniczone przez wady tradycyjnych systemów ładowania. Ponieważ płyty ładowania można również montować pionowo na ścianach, nadają się one do zastosowań pionowych, takich jak windy piętrowe. Szczególnie przy transporcie materiałów na kilku piętrach technologia ta jest korzystna: bez konieczności stosowania mechanicznych połączeń czy szyn odciągowych, które zwykle prowadzą kable do zasilania, eliminowane są potencjalne przeszkody do potknięcia i ryzyko pożaru. Ponadto bezprzewodowe rozwiązanie umożliwia ciche i bezproblemowe zintegrowanie z bieżącą pracą.

Podsumowanie: duży krok naprzód w automatyzacji przemysłu półprzewodnikowego

Dzięki integracji technologii Wiferion Fabmatics pokonał kluczową barierę w automatyzacji procesów w środowiskach czystych. Indukcyjne zasilanie umożliwia bezobsługową, procesowo zintegrowaną pracę mobilnych robotów nawet w najbardziej wrażliwych środowiskach produkcyjnych. Dla przemysłu półprzewodnikowego, zwłaszcza dla fabryk wafli 200 mm z ich historycznie ukształtowanymi strukturami, oznacza to prawdziwy skok wydajności. Ładowanie indukcyjne staje się więc kluczem do kolejnego etapu automatyzacji.