Induktives Laden macht Reinraumautomatisierung durch Fabmatics wartungsfrei und sicher

Dzięki zaawansowanej technologii bezpieczeństwa mobilne roboty i pracownicy poruszają się obok siebie w wąskich obszarach czystych pomieszczeń, zapewniając bezpieczeństwo i wydajność. (Źródło: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Mobilny HERO Fab 200 precyzyjnie pozycjonuje pojemnik na wafle w regale w pomieszczeniu czystym — przykład niezawodnego transportu materiałów w rozwiniętych fabrykach 200-mm. (Źródło: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Panel ładowania Wiferion jest zintegrowany z płytą podłogową w pomieszczeniu czystym – do bezkontaktowego ładowania bez powstawania cząstek i minimalnie inwazyjnego montażu. (Źródło: 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 ładowania. (Źródło: Fabmatics GmbH, Fotograf: Sven Claus (FotograFisch))

Globalne zapotrzebowanie na elektronikę mocy i układy scalone do zastosowań w branżach motoryzacyjnej, komunikacyjnej i przemysłowej rośnie nieprzerwanie. Jednak wiele zakładów produkcyjnych pochodzi z innej epoki: fabryki wafli o średnicy 200 mm, które powstały w latach 90. i 2000., nadal pracują z częściowo 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 rozwija rozwiązania obejmujące transport, magazynowanie i identyfikację wafli – wspierane przez bezobsługową technologię ładowania firmy Wiferion.

W branży półprzewodników istotne są dwa podstawowe rozmiary wafli: 200 mm i 300 mm. Wafle 300-mmowe są używane do produkcji wydajnych procesorów i układów pamięci, i są produkowane w nowoczesnych, wysokoautomatyzowanych zakładach. W przeciwieństwie do tego, linie produkcyjne dla wafli 200-mmowych, które głównie służą do elektroniki mocy i niektórych komponentów motoryzacyjnych, są zazwyczaj starsze i rozwijały się organicznie przez dziesięciolecia. W efekcie często istnieją tam heterogeniczne infrastruktury, które trudno zintegrować z nowymi technologiami. Jednocześnie rośnie presja społeczna i gospodarcza na automatyzację procesów. Zatory w łańcuchach dostaw, rosnące koszty energii i brak wykwalifikowanej siły roboczej pokazały, jak ważne są stabilne i spójne procesy. Automatyzacja w produkcji półprzewodników to więc nie jest już temat przyszłości, lecz konieczność konkurencyjności.

W ramach europejskiego klastra mikroelektronicznego w Dreźnie Fabmatics z ponad 300 pracownikami zapewnia, że fabryki wafli 200 mm mogą efektywniej i bezpieczniej obsługiwać swoje urządzenia dzięki dostosowanym rozwiązaniom automatyzacyjnym. Firma obsługuje renomowanych klientów z międzynarodowego przemysłu półprzewodników w Europie, Azji i USA. Już w 2009 roku Fabmatics rozpoczęło rozwój własnego mobilnego robota, początkowo z napędem szynowym. System ten został później tak rozwinięty, że mógł się swobodnie poruszać w przestrzeni, zapewniając maksymalną elastyczność w transporcie materiałów. Obecnie roboty transportowe, takie jak HERO Fab, są stałym elementem oferty. Autonomicznie przemieszczają tace wafli, łączą maszyny na różnych poziomach i dzięki modularnej konstrukcji można je optymalnie dostosować do specyficznych układów produkcyjnych. Początkowym wyzwaniem była jednak energia – aż do momentu, gdy Fabmatics sięgnęło po rozwiązanie ładowania od Wiferion – a PULS brand.

Bezwonne i indukcyjne: ładowanie w czystym pomieszczeniu

Ponieważ mobilne roboty w pomieszczeniach czystych muszą być ładowane w kontrolowanym, wolnym od pyłu środowisku produkcyjnym, tradycyjne systemy ładowania szybko się wyczerpują. Wyprowadzenie pojazdów na zewnątrz zwiększa ryzyko zanieczyszczenia i zagraża całym partiom wrażliwych wafli. Jednak ładowanie w samym pomieszczeniu czystym jest problematyczne przy użyciu tradycyjnej techniki kontaktowej: styki ścierne i złącza wtykowe generują podczas kontaktu pył i zanieczyszczenia – co jest niedopuszczalne w środowiskach produkcyjnych, gdzie nawet najmniejsze zanieczyszczenia mogą powodować straty liczone w milionach. Miedź, często stosowana w kontaktach, jest w pomieszczeniach czystych zakazana, ponieważ może uszkodzić 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 indukcyjne, ale ówczesne systemy nie zapewniały wystarczającej ilości energii do naszych potrzeb. Wiferion jeszcze wtedy nie istniał,” mówi Carsten Grunert, kierownik działu rozwoju produktu w Fabmatics. „Dlatego opracowaliśmy technologię ładowania kontaktowego, zintegrowaną z podłożem. Jednak powodowało to duże zużycie i konieczność częstych konserwacji, a także było mało elastyczne.”

Gdy Fabmatics rozwijało drugą generację swoich mobilnych robotów, sytuacja technologiczna znacznie się zmieniła. Wiferion pojawił się na rynku i jako pierwszy oferował indukcyjne rozwiązanie ładowania, które przesyłało do 60 amperów – wystarczająco, by nieprzerwanie obsługiwać roboty w pomieszczeniach czystych. Dzięki temu możliwe było to, co w 2013 roku było technicznie niemożliwe.

We współpracy z partnerem PohlCon firma Fabmatics opracowała płyty ładowania, które można bezproblemowo wbudować w podwójne podłoże pomieszczeń czystych. Wystarczy wymienić jedną z typowych w pomieszczeniach czystych płyt podłogowych, co wyklucza konieczność kosztownych przebudów. Przesył energii odbywa się bezkontaktowo za pomocą pola magnetycznego, co eliminuje powstawanie pyłu. Ponadto, bezprzewodowy system ładowania od specjalisty od ładowania bezprzewodowego jest korzystny również pod względem bezpieczeństwa pożarowego. Szyny odciągowe czy otwarte styki, które mogą generować pył i iskry, są 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, na przykład podczas załadunku i rozładunku tacek wafli. Dzięki wysokiej tolerancji pozycjonowania systemów Wiferion wystarczy, że robot zatrzyma 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 oddzielne strefy ładowania, długie przerwy ani ręczne interwencje. To rozwiązanie jest także wyjątkowo oszczędne w przestrzeni.

Oprócz minimalnie inwazyjnej instalacji, system ładowania wyróżnia się wysoką elastycznością: dzięki modularnej konstrukcji można go dostosować do zmieniających się układów produkcyjnych – co jest kluczowe w rozwijających się środowiskach produkcyjnych, które często są rozbudowywane lub przebudowywane. Powstaje więc bezobsługowa infrastruktura ładowania, która wpasowuje się w każdą istniejącą przestrzeń produkcyjną i oprócz czystości w pomieszczeniach czystych, zapewnia także przyszłościową niezawodność.

Bez szyn odciągowych i pułapek na nogi: 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 procesową. To prawdziwa korzyść dla naszych systemów! Wysoka elastyczność umożliwiła nam także wejście w nowe obszary zastosowań.”

W ten sposób Fabmatics zintegrowało technologię Wiferion w kolejnych seriach robotów, które wcześniej były ograniczone przez wady tradycyjnych systemów ładowania. Ponieważ płyty ładowania można montować także 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 przewodzą energię, eliminowane są potencjalne pułapki na nogi i zagrożenia pożarowe. Ponadto, bezprzewodowe rozwiązanie umożliwia cichą i bezproblemową integrację z bieżącą produkcją.

Podsumowanie: duża korzyść dla automatyzacji w branży półprzewodników

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