協(xié)作機(jī)器人：全新無(wú)塵室晶圓搬運(yùn)技術(shù)

Cobot 進(jìn)攻電子產(chǎn)業(yè)無(wú)塵室領(lǐng)域。在晶圓搬運(yùn)方面，這些機(jī)器人以可靠性和最高品質(zhì)與安全標(biāo)準(zhǔn)，獲得客戶的高度評(píng)價(jià)。Cobot 因此將無(wú)塵室自動(dòng)化技術(shù)推向全新境界。

KUKA 的客戶英飛凌採(cǎi)用 17 架高敏感晶圓搬運(yùn)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)高效率和安全性。

實(shí)際上來(lái)說(shuō)，矽晶圓並非真的是協(xié)作效應(yīng)下的產(chǎn)物：許多矽晶圓的厚度不到 40 微米，比一根人髮還纖細(xì)，直徑最大卻可達(dá) 150 至 300 毫米，幾乎和一個(gè)披薩一樣大。如此脆弱易碎的材料，人們無(wú)法也並不想拿在手上。此外，矽晶圓極為昂貴，一盒晶圓價(jià)值可相當(dāng)於一輛中型轎車；為了能將敏感的矽晶圓組成晶片，生產(chǎn)過程中必須通過多達(dá) 1,200 個(gè)製造步驟。而在每個(gè)步驟之間，晶圓都必須被搬運(yùn)到下一個(gè)自動(dòng)化加工站。這時(shí)就是 LBR iiwa CR 這類機(jī)器人大展身手的時(shí)候了。英飛凌在其位於奧地利菲拉赫的生產(chǎn)基地，專門生產(chǎn)這類功率半導(dǎo)體，主要用於例如汽車、智慧型手機(jī)、冰箱或是伺服器叢集和火車頭驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)。

生產(chǎn)環(huán)境比手術(shù)室還要乾淨(jìng)

英飛凌在菲拉赫的第 17 號(hào)廠房中，在一個(gè)符合等級(jí)１的無(wú)塵室環(huán)境中生產(chǎn)晶片。此等級(jí)的製造環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)為：28 公升空氣中不得含有超過一個(gè)粉塵粒子，這比一般手術(shù)室中所允許的含量低了許多。相較之下：在公認(rèn)為特別潔淨(jìng)的高山空氣中，在相同容積裡飄浮著將近 100,000 個(gè)粉塵粒子。對(duì)於工作人員來(lái)說(shuō)，這表示：只有在穿著白色連身特殊防護(hù)衣，並經(jīng)過空氣洗淨(jìng)室吹洗後，才能進(jìn)入無(wú)塵室。全身皮膚和毛髮必須受到完全覆蓋，以免有任何毛屑掉落在環(huán)境中。筆記型電腦和其他技術(shù)設(shè)備等都必須事先經(jīng)過仔細(xì)徹底清潔。

位於菲拉赫的英飛凌生產(chǎn)基地採(cǎi)用 17 架 LBR iiwa CR 型無(wú)塵室機(jī)器人。

無(wú)塵室機(jī)器人確保安全協(xié)作搬運(yùn)晶圓

「在這樣極為敏感的生產(chǎn)條件之下，我們必須精細(xì)考量，要用何種方式來(lái)搬運(yùn)晶圓」，擔(dān)任英飛凌奧地利菲拉赫物料自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)部門的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 Martin Moser 解釋?！冈诰A生產(chǎn)過程中，由於有各種不同的行動(dòng)設(shè)備和人員隨時(shí)活動(dòng)於其中，因此結(jié)構(gòu)高度精實(shí)且敏感、專為人機(jī)安全協(xié)作所設(shè)計(jì)的機(jī)器人，成為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的唯一選擇。而且完全不需使用護(hù)欄?！?/b>

敏銳的 LBR iiwa CR 在搬運(yùn)晶圓時(shí)不需護(hù)欄。

與系統(tǒng)合作夥伴攜手打造解決方案

「當(dāng)我們?cè)趯ふ疫@種技術(shù)時(shí)，我們注意到了 KUKA Cobot 」，這位研發(fā)工程師表示。而在讓這架機(jī)器人能夠滿足無(wú)塵室晶圓搬運(yùn)作業(yè)的極特殊 ISO3 標(biāo)準(zhǔn)之前，也經(jīng)歷了一段非常密集的學(xué)習(xí)過程，在這段期間，英飛凌的自動(dòng)化專家與多個(gè)系統(tǒng)合作夥伴全力攜手合作。除了 KUKA 之外，這些合作夥伴主要還包括負(fù)責(zé)製造過程中的組裝、佈線和裝配任務(wù)的 Mechatronic Systemtechnik GmbH（機(jī)電整合系統(tǒng)技術(shù)有限公司）的專家人員，以及負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制系統(tǒng)的 Micado Automation GmbH 自動(dòng)化公司的程式設(shè)計(jì)人員。

「當(dāng)時(shí)我們沒有任何有關(guān)晶圓製造專用機(jī)器人的藍(lán)圖。全靠我們一起設(shè)計(jì)出完全符合我們需求的系統(tǒng)。不論對(duì)我們或是 KUKA 來(lái)說(shuō)，都真的是開拓性成就」，Moser 說(shuō)。其中也包括將輕量化機(jī)器人調(diào)整至適合用於無(wú)塵室。這對(duì)於 KUKA 機(jī)器人來(lái)說(shuō)，也是「全新領(lǐng)域」。「所有參與人員之間的建設(shè)性、以解方為主的相互協(xié)作，為我們?nèi)缃駬碛械睦硐胱詣?dòng)化晶片製造運(yùn)輸解決方案做出了很大的貢獻(xiàn)」，Moser 表示。

Lisa Ebner 從一開始就共同負(fù)責(zé)將無(wú)塵室機(jī)器人整合到自動(dòng)化製造過程中。

精密晶圓搬運(yùn)技術(shù)的理想工作範(fàn)圍

如今，一共有 17 架 LBR iiwa CR 機(jī)器人在多個(gè)無(wú)塵室裡服役 – 全年 365 天，全天 24 小時(shí)不停息。「這些機(jī)器人結(jié)構(gòu)非常精實(shí)且靈活，可以負(fù)荷多達(dá) 14 公斤的重量，工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，可以在最狹小的空間內(nèi)，用它們的夾爪毫米不差地執(zhí)行工作」，Moser 解釋無(wú)塵室機(jī)器人的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。尤其是擁有額外的第七根軸，可提供更大的工作範(fàn)圍，因此可以執(zhí)行「?jìng)鹘y(tǒng)」六軸機(jī)器人無(wú)法做到的更精準(zhǔn)的彎曲動(dòng)作。

KUKA 機(jī)器人將矽晶圓毫米不差地放入加工室裡。

毫米級(jí)精密工作追求高度完美?

無(wú)塵室機(jī)器人就是這樣靜靜地將裝滿昂貴矽晶圓的黑色盒子運(yùn)送到每個(gè)加工步驟，並將其毫米不差地精準(zhǔn)放進(jìn)各個(gè)加工室裡，加工完成後再次取出?！笍囊婚_始，我們就希望能找到一套完全適合我們?cè)诜评昭u造過程的解決方案。我們不想要任何其他替代性方案」，Martin Moser 這麼解釋。「也因?yàn)槿绱?，我們親自接手處理了系統(tǒng)整合的工作。當(dāng)時(shí)的重點(diǎn)是與 KUKA 研發(fā)人員的直接交流 – 尤其是在如何建立整體系統(tǒng)，以及後續(xù)的系統(tǒng)『學(xué)習(xí)』方面?！?/b>?

無(wú)塵室機(jī)器人將裝滿矽晶圓的黑色盒子運(yùn)送到每個(gè)加工步驟。

在微晶片生產(chǎn)的可行性和重要性之間找到正確平衡

在 Martin Moser 所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)中，Lisa Ebner 從一開始就共同負(fù)責(zé)將機(jī)器人整合到矽晶圓自動(dòng)化製造過程的工作。Lisa Ebner 無(wú)疑是無(wú)塵室機(jī)器人的粉絲：「當(dāng)我第一次看到 LBR iiwa CR 機(jī)器人時(shí)，我完全被迷住了：要是可以的話，我真的可以盯著白色機(jī)器人流暢合諧的動(dòng)作，看上好幾個(gè)鐘頭?！惯@位自動(dòng)化專家經(jīng)常出沒在生產(chǎn)通道之間，在控制室檢查系統(tǒng)，不斷設(shè)法找出能使製造過程更完美的可能性。「在進(jìn)行改良時(shí)，我們必須注意，要在物理技術(shù)極限和有意義的生產(chǎn)標(biāo)的之間找到平衡點(diǎn)。我們必須隨時(shí)找到正確的程度措施，以實(shí)現(xiàn)符合經(jīng)濟(jì)效益的製造方式?！?/b>

為了實(shí)現(xiàn)符合經(jīng)濟(jì)效益的製造方式，英飛凌必須在可行性和合理性之間找到適當(dāng)?shù)钠胶狻?/span>

未來(lái)半導(dǎo)體製造的學(xué)習(xí)步驟

「我們現(xiàn)在所學(xué)習(xí)到的一切，都將帶領(lǐng)我們成長(zhǎng)前進(jìn)，邁向半導(dǎo)體製造領(lǐng)域中自動(dòng)化技術(shù)的下一個(gè)階段」，英飛凌奧地利菲拉赫製造部門負(fù)責(zé)人 Bernd Steiner 說(shuō)。這家公司將在位於菲拉赫的生產(chǎn)基地投資 16 億歐元。預(yù)期至 2021 年底，此處將能夠全自動(dòng)生產(chǎn)功率半導(dǎo)體。「我們的目標(biāo)是，在智慧工廠裡將功率準(zhǔn)確用在確實(shí)需要的地方」，Steiner 解釋。?

致力打造未來(lái)的節(jié)能晶片，讓其在智慧型手機(jī)、家用電器和汽車，或是資料伺服器、醫(yī)療技術(shù)設(shè)備、太陽(yáng)能和工業(yè)設(shè)備等多項(xiàng)應(yīng)用中獲得善用。藉此讓我們的生活更便利、安全和環(huán)保。

Bernd Steiner，英飛凌奧地利菲拉赫製造部門負(fù)責(zé)人

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