Cobotar: Ett nytt sätt att hantera kiselplattor i renrum

Cobotar finner sin väg in i elektronikindustrins renrum. Kunder som producerar kiselplattor uppskattar framför allt cobotarnas tillförlitlighet och deras höga kvalitets- och säkerhetsstandarder. Cobotar lyfter renrumsautomation till en ny nivå.

Hos KUKA:s kund Infineon hanteras kiselplattorna p? ett effektivt och s?kert s?tt av 17 avk?nnande robotar

Nej, kiselplattor ?r inte en produkt man kan hantera hur som helst: Med en tjocklek p? upp till 40 mikrometer ?r m?nga silikonplattor tunnare ?n ett h?rstr?, men har trots detta en diameter p? hela 150 till 300 millimeter, d.v.s. n?stan lika stora som en pizza. De ?r mycket br?ckliga och man varken kan eller vill h?lla dem i handen. Innan det blir mikrochips av dessa k?nsliga kiselplattor, som ?r v?rda lika mycket som en bil i mellanklassen n?r de ligger tillsammans i en kassett, m?ste kiselplattorna genomg? upp till 1 200 processteg under tillverkningen. Och vid varje nytt steg m?ste de transporteras till n?sta automatiserade bearbetningsstation. En perfekt uppgift f?r en robot som LBR iiwa CR. I Infineons produktionsanl?ggning i Villach i ?sterrike produceras s?dana effekthalvledare som t.ex. anv?nds i bilar, smartphones, kylsk?p, serverhallar eller i drivenheter i t?glok.

De känsliga kiselplattorna är värda lika mycket som en bil i mellanklassen när de ligger tillsammans i en kassett.

Produktionsmilj?n ?r renare ?n en operationssal

I fabrikshall 17 i Villach-fabriken tillverkar Infineon mikrochips i en renrumsmilj? av kategori 1. Detta inneb?r att tillverkningen m?ste uppfylla f?ljande krav: Det f?r finnas max en dammpartikel per 28 liter luft. Det ?r avsev?rt mindre ?n vad som till?ts i en operationssal. J?mf?relse: I bergsluft, som anses vara mycket ren och dammfri, sv?var ca 100?000 partiklar runt i samma volym. F?r medarbetarna inneb?r det: Innan de g?r in i produktionsrummen m?ste de s?tta p? sig vita helt?ckande skyddsdr?kter och sedan anv?nda en s?rskild luftsluss. Hud och h?r m?ste vara helt t?ckta s? att inga hudavlagringar kan spridas i rummet. B?rbara datorer och annan teknisk utrustning m?ste f?rst reng?ras ytterst noggrant.

Infineon i Villach använder 17 renrumsrobotar av typen TYP LBR iiwa CR.

Renrumsrobotar s?kerst?ller riskfritt samarbete vid hantering av kiselplattor

”Med s? h?r k?nsliga produktionsf?rh?llanden m?ste vi v?lja transportteknik till v?ra kiselplattor med st?rsta omsorg”, ber?ttar Martin Moser, gruppchef f?r automation inom AMHS (Automated Material Handling System) hos Infineon Technologies Austria i Villach. ”Eftersom olika mobila enheter och ?ven m?nniskor r?r sig i milj?n d?r vi producerar kiselplattor kan vi endast anv?nda extremt kompakta robotar med avk?nnande egenskaper i v?r automation, robotar som s?kerst?ller ett riskfritt samarbete mellan m?nniskor och maskiner. Och det helt utan skyddsst?ngsel.

Det behövs inget skyddsstängsel runt den avkännande roboten LBR iiwa CR när den ska hantera kiselplattor.

Flera systempartner i n?ra samarbete f?r att finna r?tt l?sning

”Det var n?r vi s?kte efter robotar med dessa egenskaper som vi kom i kontakt med KUKA:s cobotar”, ber?ttar f?retagets utvecklingsingenj?r. Det visade sig dock bli en intensiv inl?rningsprocess n?r dessa ISO3-certifierade robotar skulle f?rberedas f?r hantering av kiselplattor i renrum. Infineons automationsexperter fick arbeta sida vid sida med sina systempartner. F?rutom KUKA bestod dessa fr?mst av experter fr?n Mechatronic Systemtechnik GmbH, som arbetade med hopmontering, kabeldragning och installation i produktionsmilj?n, men ?ven av programmerare fr?n Micado Automation GmbH, som programmerade anl?ggningsstyrningen.?

”I inledningsskedet visste vi inte exakt vilken funktion robotarna skulle fylla vid tillverkningen av kiselplattorna. Gemensamt anpassade vi systemen exakt efter v?ra behov. Det var i sanning ett pionj?rarbete, b?de f?r oss och KUKA”, ber?ttar Moser. Bland annat beh?vde l?ttviktsrobotarna g?ras renrumskompatibla. Det var ett ”nytt territorium” ?ven f?r KUKA Roboter. ”Samarbetet mellan alla parter, som b?de var konstruktivt och l?sningsorienterat, har i h?g grad bidragit till att vi idag har en optimal transportl?sning i v?r automatiserade chipproduktion”, ber?ttar Moser.

Lisa Ebner var med från start i arbetet att integrera renrumsrobotarna i den automatiserade produktionsprocessen.

Perfekt r?ckvidd f?r hantering av kiselplattor – p? millimetern n?r

Idag arbetar 17 robotar av typen LBR iiwa CR i flera renrum –?dygnet runt, 365 dagar om ?ret. ”De ?r extremt kompakta och r?rliga och kan hantera b?rlaster p? upp till 14 kilo. De arbetar utan vibrationer och styr sina gripdon med millimeterprecision – till och med i tr?nga utrymmen”, ber?ttar Moser om renrumsrobotarnas f?rdelar. Och tack vare robotarnas extra sjunde axel m?jligg?rs fink?nsliga och vinklade r?relser med extra r?ckvidd – r?relser som en 6-axlad ”konventionell” robot inte kan utf?ra.

Med millimeterprecision lägger KUKA:s robotar in silikonplattorna i bearbetningskammaren.

H?g noggrannhet p? millimetern n?r?

De svarta kassetterna som renrumsrobotarna transporterar under ett tyst surrande till respektive bearbetningssteg inneh?ller v?rdefulla kiselplattor. Robotarna s?tter in kiselplattorna med millimeterprecision i olika bearbetningskammare och plockar ut dem igen efter avslutad bearbetning. ”Vi visste fr?n start att vi beh?vde en skr?ddarsydd l?sning till v?r produktion i Villach. Inget annat var aktuellt”, ber?ttar Martin Moser. ”D?rf?r best?mde vi oss f?r att integrera systemen sj?lva. Det direkta utbytet med KUKA:s utvecklare var mycket viktigt under denna process – s?rskilt n?r det g?llde hur hela systemet skulle installeras och hur den forts?tta ’inl?rningen’ skulle g? till.”?

Renrumsrobotarna transporterar svarta kassetter fyllda med kiselplattor från det ena bearbetningssteget till det andra.

R?tt balans mellan det m?jliga och det n?dv?ndiga vid tillverkning av mikrochips

I Martin Mosers grupp var det Lisa Ebner som fr?n start arbetade med integrationen av renrumsrobotarna i den automatiserade produktionen av kiselplattorna. Lisa Ebner ?r ett ?kta fan av renrumsrobotarna: ”F?rsta g?ngen jag s?g LBR iiwa CR blev jag helt fascinerad: Jag hade kunnat titta p? robotens mjuka och harmoniska r?relser i timmar.” Automationsexperten ?r alltid p? plats i produktionsanl?ggningen, ofta i kontrollrummet d?r hon ?vervakar hur systemen presterar och letar efter s?tt att f?rb?ttra produktionen ytterligare. ”Vid optimeringsarbetet m?ste vi hitta r?tt balans mellan det som ?r m?jligt rent tekniskt-fysiskt och det som g?r att vi uppfyller v?ra produktionsm?l. Vi m?ste ju ?ven fokusera p? l?nsamheten i v?r produktion.”

För att säkerställa en kostnadseffektiv produktion måste Infineon hela tiden söka efter rätt balans mellan det möjliga och det som leder i mål.

Kunskapsutveckling som gynnar framtidens halvledarproduktion

”Allt som vi nu l?r oss f?r oss fram?t. Till n?sta h?gre niv? inom automatiserad halvledarproduktion”, ber?ttar Bernd Steiner, produktionschef hos Infineon Austria i Villach. F?retaget investerar 1,6 miljarder euro i sin produktionsanl?ggning i Villach. I slutet av 2021 kommer vi tillverka effekthalvledare h?r och det helt automatiserat. ”V?rt m?l ?r att skapa en smart fabrik d?r prestationer sker exakt d?r de beh?vs”, f?rklarar Steiner.?

För optimal tillverkning av energibesparande chips även i framtiden – chips som redan idag påträffas i smartphones, hushållsapparater och bilar, men även i dataservrar, medicintekniska apparater och solvärme- och industrianläggningar. Med målet att göra våra liv enklare, säkrare och mer miljövänliga.

Bernd Steiner, produktionschef hos Infineon Austria i Villach