協(xié)作機器人：潔凈室內(nèi)全新的晶片搬運方式

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

17 臺靈敏的晶片搬運機器人為 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，而直徑卻在 150 到 300 毫米之間，相當(dāng)于一個披薩餅的尺寸。這是一種相對易碎的材料，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 1200 個流程步驟，并且每次都要將它們運輸?shù)搅硪粋€自動化加工站。很明顯這正是 LBR iiwa CR 等機器人大顯身手的機會。英飛凌的生產(chǎn)基地位于奧地利的菲拉赫，負責(zé)生產(chǎn)用于汽車、智能手機、冰箱或服務(wù)器農(nóng)場以及機車驅(qū)動單元等的功率半導(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。這遠遠小于外科手術(shù)室允許的數(shù)量。我們做一個比較：在看著特別純凈的山區(qū)空氣中，在相同體積中約有 100000 個灰塵漂浮在周圍。對于員工，這意味著：只有穿著純白色特制全身防護服通過一個特殊的氣閘才能進入生產(chǎn)。需要完全遮蓋皮膚和頭發(fā)，確保皮屑不會泄漏到外部。筆記本和其他技術(shù)設(shè)備需要事先經(jīng)過嚴苛的清潔。

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

凈室機器人確保晶片搬運過程中的協(xié)作零危險

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

與系統(tǒng)合作伙伴攜手共進，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)作機器人。”研發(fā)工程師說道。使這些機器人根據(jù) ISO3 適應(yīng)潔凈室內(nèi)特殊的晶片搬運要求，是一個深入的學(xué)習(xí)過程，參與其中的英飛凌自動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責(zé)生產(chǎn)中組裝、布線和施工的 Mechatronic Systemtechnik GmbH 專家以及負責(zé)設(shè)備控制系統(tǒng)的 Micado Automation GmbH 編程人員。

“當(dāng)時我們還沒有關(guān)于晶片生產(chǎn)機器人的藍圖。我們共同根據(jù)自身的需求量身打造了這些系統(tǒng)。對我們來說，和 KUKA 一樣，這些都是實實在在的開創(chuàng)性工作。”Moser 講述道。這包括了使輕型機器人具備適應(yīng)潔凈室的能力。這對 KUKA 機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，對我們目前的自動化芯片生產(chǎn)的理想運輸方案發(fā)揮了更大的推動作用。”Moser 如此說道。

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

晶片搬運過程實現(xiàn)精確到毫米的理想作用范圍

如今，17 臺 LBR iiwa CR 機器人每年 365 天全天候在多個潔凈室中工作。“它們更為緊湊、可移動并且能勝任高達 14 kg 的負載，工作時不會產(chǎn)生任何振動，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 在解釋凈室機器人的優(yōu)勢時說。尤其是附加的第七軸具備相應(yīng)的作用范圍，它可進行靈敏的角度運動，而這些運動是無法由“傳統(tǒng)”6 軸機器人完成的。

作業(yè)精確到毫米

這樣凈室機器人會靜靜地將裝滿價值不菲的硅晶片的黑盒送往各個加工步驟，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)人員的直接交流對我們來說至關(guān)重要，尤其是在我們?nèi)绾卧O(shè)置整個系統(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 的團隊中，Lisa Ebner 從一開始就參與了將機器人集成到硅晶片的自動化生產(chǎn)流程中。Lisa Ebner 是凈室機器人的忠實粉絲：“當(dāng)我第一次見到 LBR iiwa CR 機器人，我就完完全全被吸引住了：我可能花了數(shù)小時觀看機器人柔和流暢的運動過程。”這位自動化專家在生產(chǎn)通道上來回研究，在控制臺上檢查系統(tǒng)并且探尋進一步的方法來完善生產(chǎn)過程。“進行優(yōu)化時，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)濟生產(chǎn)的方案。”

為了實現(xiàn)經(jīng)濟生產(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)進展

“我們現(xiàn)在學(xué)到的一切，將使我們走得更遠，并將半導(dǎo)體制造的自動化推向更高水平。”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)體將實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。“我們的目標是智能工廠將產(chǎn)能精準地投入在所需之處。”Steiner 講解道。

未來的節(jié)能芯片將應(yīng)用于諸如智能手機、家用電器和汽車等多種日常應(yīng)用中，也可運用到數(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