Cobot in de halfgeleiderproductie

De wereldwijde honger naar microchips neemt razendsnel toe. Om aan deze grote vraag te voldoen moeten producenten hun fabrieken verder automatiseren. Met de KMR iiwa CR, bestaande uit een samenwerkende robot en een mobiel platform, biedt KUKA een betrouwbare, productiviteitsverhogende automatiseringsoplossing voor het transport van zeer gevoelige halfgeleidersubstraten (wafers). Dankzij de geïntegreerde laadtechnologie van Wiferion voldoet het systeem aan de hoogste eisen van reinheid, productiviteit en veiligheid.

Om aan de enorme vraag naar krachtige processoren te voldoen, investeren de chipfabrikanten in nieuwe productielocaties. De investeringskosten voor een moderne microchipfabriek kunnen vaak oplopen tot enkele duizenden miljoenen dollars. De verwachtingen met betrekking tot de betrouwbaarheid en efficiëntie van deze slimme fabrieken zijn al even hoog.

Wafertransport gevoelig voor fouten

Om van een ruwe wafer een microchip te maken zijn vaak enkele duizenden werkstappen nodig in een moeizaam beveiligde cleanroomomgeving. Afhankelijk van de component betekent dit dat het ongeveer drie maanden duurt voordat de wafer het 24/7 productieproces verlaat. De transportsystemen en de controle van de fabriek en de processen spelen daarom een cruciale rol in het succes van deze megafabrieken. Sommige productiefasen zijn al zeer goed en kwalitatief hoogwaardig geautomatiseerd. Een van de uitzonderingen hierop is tot nu toe het vervoer van de halfgeleidersubstraten van de ene naar de andere werkplek. Met name in oudere productie-installaties worden de wafers meestal handmatig door een werknemer in zogenaamde wafercassettes uit de ene verwerkingsmachine gehaald en in een karretje naar de volgende bewerkingsfase gebracht. Maar dit proces is gevoelig voor fouten. Automatisering van het handling- en transportproces met behulp van mobiele manipulatierobots beperkt het risico op schade tot een minimum. Met de KMR iiwa CR heeft KUKA nu een mobiele cobot voor de veilige handling van gevoelige componenten zoals wafers in zijn portfolio, die door zijn inductieve laadtechniek bovendien aan de hoogste reinheidsnormen voldoet.

Mobiele cobot voor de cleanroom

De KMR iiwa CR is een combinatie van een cleanroom cobot en een mobiel platform. De gepatenteerde grijper is speciaal ontworpen voor handling-toepassingen in cleanroom-omgevingen. Dankzij de innovatieve navigatiesoftware werkt de KMR iiwa CR autonoom in de ruimte, laadt en ontlaadt de wafercassettes zelfstandig en brengt ze naar het volgende werkstation, dit alles in overeenstemming met de strenge ISO 3 cleanroom voorwaarden. De mobiele systemen zijn ontworpen om hun werk en hun mechanische bewegingen uit te voeren in omgevingen die schoner moeten zijn dan een operatiekamer.

Energievoorziening

De energievoorziening van de KMW iiwa CR is een van de centrale kenmerken voor de naleving van ISO-klasse 3. Traditionele acculaadsystemen met schuifcontacten zijn niet geschikt voor een veeleisende cleanroomomgeving. Tijdens elk laadproces treedt koperslijtage op. De deeltjes verspreiden zich in de productieomgeving en kunnen in extreme gevallen de kostbare wafers beschadigen. KUKA gebruikt daarom het etaLINK 3000 inductieve acculaadsysteem van Wiferion. De energieoverdracht is contactloos. Zo garandeert KUKA een laadproces met het absolute minimum aan deeltjesvorming.

Bovendien maakt de laadtechnologie het mogelijk om zonder onderbreking te blijven produceren voor het opladen van de batterij. Het opladen van de cobot gaat met behulp van ‘in-process charging’. Hierbij rijdt de robot tijdens het pick-and-placeproces over een laadstation en wordt tijdens het proces opgeladen – zonder tijdverlies. De oplaadpunten kunnen bijvoorbeeld voor de verwerkingsmachines geïnstalleerd worden. De energievoorziening start dan automatisch wanneer de KMR iiwa CR de wafercassettes plaatst en verwijdert.

Voor KUKA was efficiëntie doorslaggevend bij de keuze voor het inductieve laadsysteem. De cobot heeft slechts enkele minuten om een handlingtaak uit te voeren. Het is belangrijk om in deze korte tijd een beroep te kunnen doen op hoge laadstromen. Het etaLINK systeem draagt stroom over met 3 kW en een laadspanning tot 60 V.