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 productiviteitsverhogende automatiseringsoplossing voor het transport van zeer gevoelige halfgeleidersubstraten (wafers). Dankzij de geïntegreerde laadtechniek van Wiferion voldoet het systeem aan de hoogste eisen van reinheid, productiviteit en veiligheid.
De halfgeleiderindustrie is booming. Megatrends als thuiswerken, de groei van kunstmatige intelligentie en de stijgende vraag naar elektrische auto’s zorgen ervoor dat de vraag naar halfgeleiders sterk blijft stijgen. Volgens managementconsultants McKinsey & Company groeit de branche alleen al in 2021 met 20%. De consultants voorspellen dat de wereldwijde halfgeleiderindustrie met 6-8% per jaar zal blijven groeien en tegen 2030 een miljardenindustrie zal zijn. 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.
Duizenden werkstappen
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.
Wafertransport gevoelig voor fouten
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. Als een werknemer een fragiele wafer laat vallen of per ongeluk de verkeerde cassette in een verwerkingsmachine plaatst, kunnen bedragen van tienduizenden euro’s verloren gaan. 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.
Cleanroom cobot KMR iiwa CR
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. Door 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.
Minimale deeltjesvorming en maximale productiviteit
De energievoorziening is een van de centrale kenmerken om te voldoen aan ISO klasse 3. “Traditionele acculaadsystemen met schuifcontacten zijn niet geschikt voor een veeleisende cleanroomomgeving”, verklaart Jakob Brandl, Portfolio Manager Mobility bij Kuka. “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 een absoluut minimum aan deeltjesvorming.
In-process charging
Daarnaast maakt de laadtechnologie het mogelijk om zonder onderbreking voor het opladen van de batterij te blijven produceren. “We laden onze cobot op met behulp van ‘in-process charging’. Hierbij rijdt de robot tijdens het pick-and-place proces over een laadstation en wordt tijdens het proces opgeladen – zonder tijdverlies”, legt Pascal Caprano, Hoofd Industry Management Concept Engineering bij Kuka, uit. De oplaadpunten kunnen bijvoorbeeld voor de verwerkingsmachines worden geïnstalleerd. De energievoorziening start dan automatisch wanneer de KMR iiwa CR de wafercassettes plaatst en verwijdert.
Inductieve energieoverdracht
De cobot stelt ook nieuwe normen op het gebied van veiligheid, dankzij de inductieve energieoverdracht. Terwijl traditionele contactlaadplaten enkele centimeters boven de vloer zitten, zodat de energievoorziening werkt ondanks dat een robot vrij van de vloer is, zijn de laadplaten van Wiferion zeer plat en kunnen vlak met de vloer worden geïnstalleerd. “Op deze manier kunnen we het gevaar dat medewerkers in de cleanroom struikelen elimineren”, zegt Jakob Brandl, die de voordelen van het systeem benadrukt. Bovendien is er geen onderhoud nodig vanwege kapotte of vuile contacten.
Efficiëntie
Voor Kuka was efficiëntie ook doorslaggevend bij de keuze voor het inductieve laadsysteem. “Onze robot heeft slechts enkele minuten om een handlingtaak uit te voeren. Het is voor ons uiterst belangrijk om in deze korte tijd een beroep te kunnen doen op hoge laadstromen”, aldus Pascal Caprano. Het etaLINK systeem draagt stroom over met 3 kW en een laadspanning tot 60 V. “Daarmee biedt Wiferion ons de ideale oplossing voor een efficiënte 24/7 systeemwerking.”
Video over KMR iiwa CR
Ook interessant: Hogere productiviteit door inductief laden mobiele robots