Cobots: A nova forma de manusear wafers na sala limpa

Cobots ingressam na sala limpa da indústria eletrônica. No manuseio de wafers eles pontuam no cliente em confiabilidade e também nos mais elevados padrões de qualidade e segurança. Assim os cobots elevam a automação a um novo patamar na sala limpa.

No cliente KUKA, Infineon, 17 rob?s sensitivos de manuseio de wafers proveem eficiência e seguran?a

N?o, wafers de silício n?o s?o de fato um produto colaborativo: com até 40 micr?metros, muitos wafers de silício s?o mais finos que um fio de cabelo e, contudo, têm um diametro de 150 até 300 milímetros, que chega ao tamanho de uma pizza. Um material extremamente frágil, que n?o é possível e nem se deseja segurar com a m?o. Para que estes sensíveis wafers de silício, que juntos em um cassete podem ter o valor de um automóvel de classe média, sejam transformados em chips, eles precisam passar por até 1.200 passos de processo na fabrica??o. E a cada vez precisam ser transportados a uma outra esta??o de processamento automatizada. Um caso claro para um rob? como o LBR iiwa CR. Na localidade Infineon, na regi?o austríaca de Villach, s?o produzidos tais semicondutores de potência que s?o usados, por exemplo, no automóvel, no smartphone, na geladeira ou em torres de servidores e unidades de acionamento de locomotivas.

Os sensíveis wafers de silício juntos em um cassete podem chegar ao valor de um automóvel de classe média.

Na fabrica??o a limpeza é maior que em uma sala de cirurgia

No pavilh?o 17 da planta de Villach, a Infineon produz chips em um ambiente de sala limpa da categoria 1. No que se refere aos requisitos à fabrica??o isso significa: em 28 litros de ar n?o pode haver mais que uma partícula de pó. Isso é consideravelmente menos do que é permitido em uma sala de cirurgia. A título de compara??o: no ar de montanha considerado especialmente limpo pairam cerca de 100.000 partículas em tal volume. Para os colaboradores isso significa: acesso à fabrica??o somente em vestimentas de prote??o de corpo inteiro em branco intenso através de uma camara de vácuo especial. A pele e o cabelo devem estar totalmente cobertos para que nenhuma caspa possa escapar. Laptops e outros equipamentos técnicos devem passar previamente por uma limpeza meticulosa.

Na Infineon em Villach são utilizados 17 robôs de sala limpa do tipo LBR iiwa CR.

Rob?s de sala limpa proporcionam uma intera??o segura no manuseio de wafers

"Nessas condi??es de produ??o extremamente sensíveis temos que pensar muito bem qual técnica de transporte colocaremos em uso aqui", explica Martin Moser, chefe de equipe de automa??o na área AMHS (Automated Material Handling System) na Infineon Technologies Austria em Villach. "Uma vez que diversas unidades móveis e também pessoas circulam na produ??o de wafers, somente podem ser usados rob?s para a automa??o que sejam extremamente compactos, sensitivos, bem como configurados para uma intera??o segura de pessoas e máquinas. E tudo isso totalmente sem cerca de prote??o.

O LBR iiwa CR sensitivo não requer uma cerca de proteção no manuseio de wafers.

Lado a lado com os parceiros de sistema à solu??o

"Na busca disso os cobots KUKA chamaram a nossa aten??o", relata o engenheiro de desenvolvimento. Tornar estes rob?s hábeis, em conformidade com a ISO3, para os requisitos muito especiais ao manuseio de wafers na sala limpa, foi um processo de aprendizagem extremamente intenso, no qual os especialistas em automa??o da Infineon trabalharam lado a lado com os seus parceiros de sistema. Além da KUKA, estes eram, sobretudo, peritos da Mechatronic Systemtechnik GmbH para a montagem, o cabeamento e a estrutura??o na produ??o, assim como os programadores da Micado Automation GmbH para o comando do sistema.?

"Para nós, naquela época, n?o existia nenhum projeto para um rob? na produ??o de wafers. Juntos ajustamos os sistemas exatamente às nossas necessidades. Isso foi um trabalho verdadeiramente pioneiro, tanto para nós como também para a KUKA", relata Moser. Isso incluiu tornar os rob?s de constru??o leve hábeis para a sala limpa. Para os rob?s KUKA isso também significou desbravar um território inexplorado. "A intera??o construtiva, focada em solu??es de todos os envolvidos, contribuiu de forma determinante para termos agora uma solu??o de transporte ideal para a produ??o automatizada de chips", segundo Moser.

Lisa Ebner contribuiu desde o início na integração dos robôs de sala limpa no processo de produção automatizado.

Raio de alcance perfeito para o trabalho milimétrico no manuseio de wafers

Atualmente 17 rob?s LBR iiwa CR?executam a sua fun??o em várias salas limpas –?24 horas por dia e 365 dias por ano. "Eles s?o extremamente compactos e ágeis, podem mover até 14 quilogramas de carga, trabalham sem vibra??es e executam os trabalhos com precis?o milimétrica com as suas garras, mesmo em espa?o extremamente limitado", explica Moser as vantagens dos rob?s de sala limpa. Em especial o sétimo eixo adicional com o respectivo raio de alcance permitiu executar movimentos sensíveis e angulares, que n?o seriam possíveis com rob?s de 6 eixos "convencionais".

O robô KUKA coloca os wafers de silício com precisão milimétrica na câmara de processamento.

A perfei??o no trabalho milimétrico é extremamente alta?

Assim os rob?s de sala limpa transportam os cassetes pretos cheios de valiosos wafers de silício aos respectivos passos de processamento, os inserem com precis?o milimétrica nas respectivas camaras de processamento e, em seguida, buscam novamente os wafers. "Desde o início queríamos encontrar uma solu??o personalizada para a nossa produ??o em Villach. Para nós, outra coisa estava fora de quest?o", explica Martin Moser. "Por isso, nós mesmos assumimos a integra??o dos sistemas. Aqui a intera??o direta com os desenvolvedores da KUKA foi muito importante – sobretudo, tendo em vista como instalaremos o sistema completo e como ele 'aprenderá' dali em diante."

Os robôs de sala limpa transportam cassetes pretos cheios de wafers de silício aos respectivos passos de processamento.

O equilíbrio certo entre o viável e o necessário para a produ??o dos microchips

Na equipe de Martin Moser, Lisa Ebner acompanhou desde o início a integra??o dos rob?s no processo de produ??o automatizado de wafers de silício. Lisa Ebner é uma verdadeira f? dos rob?s de sala limpa: "Quando eu vi o LBR iiwa CR pela primeira vez, fiquei imediatamente fascinada: eu poderia assistir por horas os movimentos suaves e harm?nicos do rob?." A especialista em automa??o sempre está presente nas vias de produ??o, verifica os sistemas na esta??o de controle e busca outras possibilidades para aperfei?oar a produ??o. "Na otimiza??o precisamos encontrar o equilíbrio certo entre aquilo que é técnica e fisicamente possível e o que é adequado para as nossas finalidades de produ??o. Sempre temos que encontrar a medida certa para uma produ??o rentável."

Para uma produção rentável a Infineon sempre precisa encontrar a medida certa entre o possível e o sensato.

Avan?o no aprendizado para o futuro da fabrica??o de semicondutores

"Tudo o que aprendermos agora nos levará adiante. Ao próximo nível da automa??o na fabrica??o de semicondutores", diz Bernd Steiner, Gerente de Produ??o na Infineon Austria em Villach. A empresa investe 1,6 bilh?o de euros em sua localidade em Villach. No fim de 2021 os semicondutores de potência dever?o ser produzidos aqui de modo totalmente automatizado. "A nossa meta é levar o desempenho na Smart Factory exatamente lá onde ele é necessário", explica Steiner.?

Para chips de economia de energia de amanhã, como são utilizados em muitas aplicações do cotidiano, p.ex., em smartphones, eletrodomésticos e automóveis, mas também em servidores de dados, equipamentos médicos, instalações solares e industriais. Para que eles tornem a nossa vida mais fácil, segura e ecológica.

Bernd Steiner, Gerente de Produção na Infineon Austria em Villach