協(xié)作機(jī)器人：潔凈室內(nèi)全新的晶片搬運(yùn)方式

協(xié)作機(jī)器人在電子工業(yè)的潔凈室中投入應(yīng)用。在晶片搬運(yùn)方面，這些機(jī)器人憑借可靠性以及高質(zhì)量和安全標(biāo)準(zhǔn)備受客戶青睞。因此，協(xié)作機(jī)器人將潔凈室的自動(dòng)化提升到新的水平。

17 臺(tái)靈敏的晶片搬運(yùn)機(jī)器人為 KUKA 的客戶英飛凌確保了效率和安全

硅晶片并不是真正的協(xié)作產(chǎn)品：許多硅晶片的厚度在 40 微米以內(nèi)，比頭發(fā)絲還細(xì)，而直徑卻在 150 到 300 毫米之間，相當(dāng)于一個(gè)披薩餅的尺寸。這是一種相對(duì)易碎的材料，操作人員無法也不愿意將它拿在手上。為了使這些每盒總價(jià)值可能相當(dāng)于一輛中檔汽車的敏感硅晶片變成芯片，它們需要在生產(chǎn)過程中經(jīng)過高達(dá) 1200 個(gè)流程步驟，并且每次都要將它們運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)自動(dòng)化加工站。很明顯這正是 LBR iiwa CR 等機(jī)器人大顯身手的機(jī)會(huì)。英飛凌的生產(chǎn)基地位于奧地利的菲拉赫，負(fù)責(zé)生產(chǎn)用于汽車、智能手機(jī)、冰箱或服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)以及機(jī)車驅(qū)動(dòng)單元等的功率半導(dǎo)體。

生產(chǎn)過程比外科手術(shù)室更潔凈

英飛凌在菲拉赫工廠第 17 號(hào)車間的 1 類潔凈室環(huán)境內(nèi)生產(chǎn)芯片。從制造要求來看，這意味著：28 升空氣中不允許超過一粒灰塵。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于外科手術(shù)室允許的數(shù)量。我們做一個(gè)比較：在看著特別純凈的山區(qū)空氣中，在相同體積中約有 100000 個(gè)灰塵漂浮在周圍。對(duì)于員工，這意味著：只有穿著純白色特制全身防護(hù)服通過一個(gè)特殊的氣閘才能進(jìn)入生產(chǎn)。需要完全遮蓋皮膚和頭發(fā)，確保皮屑不會(huì)泄漏到外部。筆記本和其他技術(shù)設(shè)備需要事先經(jīng)過嚴(yán)苛的清潔。

17 臺(tái) LBR iiwa CR 型凈室機(jī)器人在位于菲拉赫的英飛凌公司投入使用。

凈室機(jī)器人確保晶片搬運(yùn)過程中的協(xié)作零危險(xiǎn)

“鑒于晶片的生產(chǎn)條件苛刻敏感，我們需要深思熟慮應(yīng)采用哪種運(yùn)輸技術(shù)。”位于菲拉赫的 Infineon Technologies Austria 公司 AMHS（自動(dòng)物料搬運(yùn)系統(tǒng)）部門的自動(dòng)化團(tuán)隊(duì)主管 Martin Moser 解釋道。“由于晶片生產(chǎn)過程中有不同的移動(dòng)單元以及操作人員不斷在活動(dòng)，所以，只有緊湊、靈敏并且其設(shè)計(jì)確保人機(jī)協(xié)作無危險(xiǎn)的機(jī)器人才適合自動(dòng)化。而這一切不需要防護(hù)柵欄。”

靈敏型 LBR iiwa CR 在晶片搬運(yùn)過程中不需要防護(hù)柵欄。

與系統(tǒng)合作伙伴攜手共進(jìn)，促成解決方案

“在尋找解決方案的過程中，我們注意到了 KUKA 協(xié)作機(jī)器人。”研發(fā)工程師說道。使這些機(jī)器人根據(jù) ISO3 適應(yīng)潔凈室內(nèi)特殊的晶片搬運(yùn)要求，是一個(gè)深入的學(xué)習(xí)過程，參與其中的英飛凌自動(dòng)化專家與他們的系統(tǒng)合作伙伴一起攜手合作。除了 KUKA 以外，這些合作伙伴主要有負(fù)責(zé)生產(chǎn)中組裝、布線和施工的 Mechatronic Systemtechnik GmbH 專家以及負(fù)責(zé)設(shè)備控制系統(tǒng)的 Micado Automation GmbH 編程人員。

“當(dāng)時(shí)我們還沒有關(guān)于晶片生產(chǎn)機(jī)器人的藍(lán)圖。我們共同根據(jù)自身的需求量身打造了這些系統(tǒng)。對(duì)我們來說，和 KUKA 一樣，這些都是實(shí)實(shí)在在的開創(chuàng)性工作。”Moser 講述道。這包括了使輕型機(jī)器人具備適應(yīng)潔凈室的能力。這對(duì) KUKA 機(jī)器人來說也是陌生的“新大陸”。“所有參與方做出了富有建設(shè)性、以解決方案為導(dǎo)向的共同努力，對(duì)我們目前的自動(dòng)化芯片生產(chǎn)的理想運(yùn)輸方案發(fā)揮了更大的推動(dòng)作用。”Moser 如此說道。

Lisa Ebner 從一開始就參與了將凈室機(jī)器人集成到自動(dòng)化的生產(chǎn)流程中。

晶片搬運(yùn)過程實(shí)現(xiàn)精確到毫米的理想作用范圍

如今，17 臺(tái) LBR iiwa CR 機(jī)器人每年 365 天全天候在多個(gè)潔凈室中工作。“它們更為緊湊、可移動(dòng)并且能勝任高達(dá) 14 kg 的負(fù)載，工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何振動(dòng)，即使在狹窄的空間內(nèi)，也可用其抓爪執(zhí)行精確到毫米的作業(yè)。”Moser 在解釋凈室機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)時(shí)說。尤其是附加的第七軸具備相應(yīng)的作用范圍，它可進(jìn)行靈敏的角度運(yùn)動(dòng)，而這些運(yùn)動(dòng)是無法由“傳統(tǒng)”6 軸機(jī)器人完成的。

作業(yè)精確到毫米

這樣凈室機(jī)器人會(huì)靜靜地將裝滿價(jià)值不菲的硅晶片的黑盒送往各個(gè)加工步驟，以精確到毫米的精度將其送入相應(yīng)加工室，然后再次將晶片取出。“起初，我們就想為菲拉赫的生產(chǎn)量身定制一個(gè)解決方案。至于其他方面，我們并不考慮。”Martin Moser 闡述道。“所以，我們自己承擔(dān)了系統(tǒng)的集成工作。期間，與 KUKA 研發(fā)人員的直接交流對(duì)我們來說至關(guān)重要，尤其是在我們?nèi)绾卧O(shè)置整個(gè)系統(tǒng)以及系統(tǒng)之后如何繼續(xù)‘學(xué)習(xí)’方面。”

在生產(chǎn)微芯片的可行性和必要性之間取得正確的平衡

在 Martin Moser 的團(tuán)隊(duì)中，Lisa Ebner 從一開始就參與了將機(jī)器人集成到硅晶片的自動(dòng)化生產(chǎn)流程中。Lisa Ebner 是凈室機(jī)器人的忠實(shí)粉絲：“當(dāng)我第一次見到 LBR iiwa CR 機(jī)器人，我就完完全全被吸引住了：我可能花了數(shù)小時(shí)觀看機(jī)器人柔和流暢的運(yùn)動(dòng)過程。”這位自動(dòng)化專家在生產(chǎn)通道上來回研究，在控制臺(tái)上檢查系統(tǒng)并且探尋進(jìn)一步的方法來完善生產(chǎn)過程。“進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，我們必須在技術(shù)物理上的可行性和生產(chǎn)目的的合理性之間找到適當(dāng)?shù)钠胶狻Ｎ覀儽仨毷冀K找到適合經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的方案。”

為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，英飛凌需要始終在可行性和合理性之間找到更好的平衡。

半導(dǎo)體制造前景的學(xué)習(xí)進(jìn)展

“我們現(xiàn)在學(xué)到的一切，將使我們走得更遠(yuǎn)，并將半導(dǎo)體制造的自動(dòng)化推向更高水平。”位于菲拉赫的 Infineon Austria 公司的生產(chǎn)主管 Bernd Steiner 說道。這家企業(yè)為菲拉赫的生產(chǎn)基地投資 16 億歐元。2021 年年底，這里的功率半導(dǎo)體將實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。“我們的目標(biāo)是智能工廠將產(chǎn)能精準(zhǔn)地投入在所需之處。”Steiner 講解道。

未來的節(jié)能芯片將應(yīng)用于諸如智能手機(jī)、家用電器和汽車等多種日常應(yīng)用中，也可運(yùn)用到數(shù)據(jù)服務(wù)器、醫(yī)療技術(shù)設(shè)備、太陽能和工業(yè)設(shè)備。這將使我們的生活更加輕松、安全、環(huán)保。

位于菲拉赫的 Infineon Austria 公司的生產(chǎn)主管 Bernd Steiner