KUKA: Automatización de precisión para la fabricación de semiconductores con robótica para salas blancas

Este artículo se centra en el papel crucial de KUKA AG en la fabricación de semiconductores, destacando sus soluciones especializadas de robótica y automatización para salas blancas. Exploraremos cómo los robots de KUKA están diseñados para satisfacer los exigentes requisitos de esta industria, incluyendo la manipulación de obleas, el transporte de material y otros procesos críticos en entornos ultralimpios. Si desea comprender cómo la tecnología de KUKA hace posible la producción de los chips y semiconductores avanzados que impulsan nuestro mundo, y explorar el aumento de la productividad en la fabricación de semiconductores, ésta es una lectura obligada. Abordaremos específicamente las clasificaciones de salas limpias, los modelos de robots y las ventajas que aportan.

1. ¿Por qué es esencial la automatización en la fabricación de semiconductores?

La fabricación de semiconductores es un proceso increíblemente complejo y preciso que exige los más altos niveles de precisión, limpieza y eficacia. La automatización, especialmente mediante el uso de la robótica, es esencial por varias razones:

• Precisión y repetibilidad: La fabricación de chips semiconductores exige una precisión nanométrica. Los robots pueden realizar tareas con mucha más precisión y repetibilidad que los operarios humanos, lo que minimiza los errores y garantiza una calidad constante del producto.
• Limpieza: La fabricación de semiconductores debe realizarse en entornos ultralimpios (salas blancas) para evitar la contaminación. Los robots generan menos partículas que los humanos y pueden diseñarse para que sean compatibles con las salas limpias.
• Velocidad y rendimiento: La demanda de semiconductores aumenta constantemente. Los robots pueden funcionar 24 horas al día, 7 días a la semana, lo que aumenta considerablemente el rendimiento de la producción en comparación con los procesos manuales.
• Manipulación de materiales sensibles: Las obleas, finas láminas de silicio utilizadas para fabricar chips, son extremadamente frágiles y muy sensibles a la contaminación. Los robots pueden manipular estos delicados materiales con sumo cuidado, minimizando roturas y daños.
• Seguridad: Algunos procesos de fabricación de semiconductores implican materiales o condiciones peligrosos. Los robots pueden realizar estas tareas de forma segura, protegiendo a los trabajadores de la exposición.

En resumen, la automatización no sólo es beneficiosa, sino absolutamente necesaria para la fabricación moderna de semiconductores.

2. ¿Cuáles son los retos de la fabricación de semiconductores que aborda KUKA?

KUKA AG aborda directamente los desafíos únicos de la fabricación de semiconductores mediante sus soluciones especializadas de robótica y automatización:

• Entornos ultralimpios: KUKA ofrece robots para salas blancas diseñados específicamente para operar en entornos con un número de partículas extremadamente bajo, cumpliendo las estrictas clasificaciones ISO.
• Manipulación de obleas: KUKA ofrece robots y efectores finales (pinzas) optimizados para la manipulación segura y precisa de obleas, minimizando el riesgo de rotura o contaminación.
• Transporte de materiales: Los robots móviles de KUKA, como el KMR IIWA CR, pueden transportar materiales de forma autónoma entre diferentes estaciones de trabajo dentro de la sala blanca, mejorando la eficiencia y reduciendo la manipulación manual.
• Precisión y exactitud: Los robots de KUKA están diseñados para ofrecer una precisión y repetibilidad excepcionales, cumpliendo las tolerancias nanométricas exigidas en la fabricación de semiconductores.
• Flexibilidad y adaptabilidad: Los robots y el software de KUKA pueden reprogramarse y adaptarse fácilmente a distintos tamaños de oblea, procesos y requisitos de producción.
• Duración de los ciclos: Reducir el tiempo de ciclo es clave para lograr una fabricación eficiente de semiconductores.

Al hacer frente a estos retos, KUKA permite a los fabricantes de semiconductores alcanzar mayores rendimientos, mejorar la calidad de los productos y aumentar la productividad global.

3. ¿Cuáles son las clasificaciones de los robots KUKA para salas blancas (clases ISO)?

Las salas limpias se clasifican en función del número y tamaño de las partículas permitidas por volumen de aire. La norma más habitual es la ISO 14644-1, que define clases desde la Clase ISO 1 (la más limpia) hasta la Clase ISO 9. La fabricación de semiconductores suele requerir entornos que van de la Clase ISO 3 a la Clase ISO 5.

KUKA ofrece robots para salas blancas que cumplen estas estrictas clasificaciones. Sus robots están diseñados con características como:

• Baja emisión de partículas: Los materiales y componentes se seleccionan cuidadosamente para minimizar la generación de partículas.
• Juntas selladas: Las juntas de los robots están selladas para evitar el desprendimiento de partículas.
• Recubrimientos especiales: Las superficies están recubiertas con materiales resistentes a la adherencia de partículas y fáciles de limpiar.
• Gestión del aire de escape: Algunos modelos disponen de sistemas para gestionar el aire de salida y evitar la dispersión de partículas.

La clasificación específica de clase ISO de un robot KUKA dependerá del modelo y la configuración. KUKA proporciona especificaciones detalladas para cada robot, garantizando que los clientes puedan seleccionar el modelo adecuado para sus requisitos de sala blanca.

4. ¿Cómo destaca la KUKA LBR IIWA CR en la manipulación de obleas?

El KUKA LBR IIWA CR (sala blanca) es un robot colaborativo (cobot) diseñado específicamente para tareas delicadas en entornos de sala blanca, incluida la manipulación de obleas. Sus características clave incluyen:

• Compatibilidad con salas limpias: La LBR IIWA CR cumple las estrictas normas de salas blancas (hasta ISO Clase 3, dependiendo de la configuración), lo que la hace adecuada para su uso directo en la fabricación de semiconductores.
• Sensibilidad y conformidad: El LBR IIWA CR dispone de sensores de par de articulación de alta sensibilidad en los siete ejes. Esto le permite detectar incluso las fuerzas externas más leves y reaccionar en consecuencia. Esta "conformidad" es crucial para manipular obleas delicadas sin causar daños.
• Precisión y exactitud: A pesar de su sensibilidad, la LBR IIWA CR mantiene una alta precisión y repetibilidad, garantizando una colocación exacta de las obleas.
• Programación fácil de usar: El LBR IIWA es conocido por su intuitiva interfaz de programación, que facilita relativamente la enseñanza de nuevas tareas, incluso para operadores sin amplia experiencia en robótica.
• Colaboración segura entre humanos y robots (HRC): Aunque no siempre se utiliza en la fabricación de semiconductores debido a los requisitos de limpieza, las características de seguridad inherentes al LBR IIWA permiten una posible colaboración con trabajadores humanos en determinadas aplicaciones.

La combinación de compatibilidad con salas limpias, sensibilidad, precisión y facilidad de uso hacen del LBR IIWA CR una solución ideal para la manipulación de obleas y otras tareas delicadas en la fabricación de semiconductores. La manipulación de obleas semiconductoras debe ser muy precisa.

5. ¿Qué es el KMR IIWA CR y cuál es su papel en la automatización de salas blancas móviles?

El KMR IIWA CR (KUKA Mobile Robotics IIWA Cleanroom) combina las capacidades del robot colaborativo LBR IIWA CR con una plataforma móvil. Esto crea una solución móvil altamente flexible y autónoma para entornos de salas blancas.

Entre las principales características del KMR IIWA CR se incluyen:

• Autonomía móvil: La KMR IIWA CR puede navegar de forma autónoma por la sala blanca, utilizando escáneres láser y otros sensores para evitar obstáculos y seguir trayectorias predefinidas.
• Compatibilidad con salas limpias: Al igual que la LBR IIWA CR, la plataforma móvil también está diseñada para su uso en salas blancas, cumpliendo las estrictas clasificaciones ISO.
• Fuente de alimentación integrada: El KMR IIWA CR dispone de una fuente de alimentación integrada que le permite funcionar sin necesidad de estar conectado a una fuente de alimentación. La tecnología de carga inductiva también es una opción para el funcionamiento continuo.
• Flexibilidad: La KMR IIWA CR puede utilizarse para diversas tareas, como el transporte de obleas entre estaciones de trabajo, la carga y descarga de máquinas y la entrega de materiales.

La KMR IIWA CR representa un avance significativo en la automatización de salas blancas, proporcionando una solución altamente adaptable y eficaz para la manipulación de materiales y otras tareas móviles.

6. ¿Qué otros modelos de robots KUKA se utilizan en la fabricación de semiconductores?

Además del LBR IIWA CR y del KMR IIWA CR, KUKA ofrece otros modelos de robots adecuados para diversas tareas en la fabricación de semiconductores:

• KR AGILUS CR: Se trata de un robot pequeño, rápido y preciso diseñado para entornos de sala blanca. Es ideal para manipular componentes pequeños, ensamblar dispositivos electrónicos y realizar tareas de inspección.
• KR CYBERTECH nano CR: Esta serie ofrece mayores capacidades de carga que la KR AGILUS, manteniendo al mismo tiempo la compatibilidad con salas limpias. Son adecuadas para manipular componentes de mayor tamaño o realizar tareas que requieran más fuerza.
• KR SCARA CR: Estos robots están diseñados específicamente para operaciones rápidas de recogida y colocación y son idóneos para manipular obleas u otros componentes planos en un plano horizontal.

La variada gama de robots para salas blancas de KUKA permite a los fabricantes de semiconductores elegir el modelo óptimo para sus requisitos específicos de aplicación y carga útil. Pueden proporcionar un robot industrial para casi cualquier tarea.

7. ¿Cómo mejora el software de KUKA los procesos de fabricación de semiconductores?

El software de KUKA desempeña un papel fundamental a la hora de optimizar el rendimiento de los robots e integrarlos en el proceso global de fabricación de semiconductores:

• Controlador de armario KUKA.SunriseControlador: el controlador es el cerebro del robot y permite realizar movimientos precisos.
• KUKA.Sim: Este software de simulación permite a los usuarios crear modelos virtuales de sus células de trabajo robotizadas, programar los movimientos del robot fuera de línea y simular todo el proceso de producción. Esto reduce el tiempo de configuración, minimiza los errores y permite la optimización antes de la implementación.
• KUKA.WorkVisual: Esta suite de ingeniería integrada proporciona una plataforma unificada para configurar, programar y diagnosticar los robots KUKA.
• Software específico de la aplicación: KUKA ofrece paquetes de software especializados adaptados a aplicaciones específicas de semiconductores, como la manipulación de obleas o la dispensación. Estos paquetes suelen incluir funciones y parámetros preconfigurados para simplificar la implementación.
• KUKA.DeviceConnector: Se trata de una forma sencilla de integrar los robots en una nube.

Estas herramientas de software mejoran la facilidad de uso, la eficiencia y la flexibilidad de las soluciones robóticas de KUKA en la fabricación de semiconductores.

8. ¿Qué características de seguridad incorporan los robots para salas blancas de KUKA?

La seguridad es primordial en cualquier entorno industrial, y los robots de sala blanca de KUKA incorporan varias características para garantizar un funcionamiento seguro:

• Detección de colisiones: Los robots KUKA, especialmente los de la serie LBR IIWA, disponen de una detección de colisiones muy sensible. Pueden detectar un contacto inesperado y detenerse inmediatamente para evitar daños o lesiones.
• Controladores de seguridad: Los controladores de robot de KUKA cumplen estrictas normas de seguridad e incluyen características como circuitos de parada de emergencia y funciones de supervisión de seguridad.
• Salvaguardia: Las células de trabajo robotizadas en la fabricación de semiconductores suelen estar cerradas y bloqueadas para evitar el acceso no autorizado durante el funcionamiento.
• Programación y formación: KUKA ofrece formación y documentación exhaustivas para garantizar que los operarios y programadores comprendan los procedimientos de funcionamiento seguro de los robots.
• Funcionamiento seguro y robot seguro: dispositivos de seguridad adicionales para diversas tareas.

Estos dispositivos de seguridad, combinados con una correcta aplicación y el cumplimiento de las directrices de seguridad, minimizan el riesgo de accidentes y garantizan un entorno de trabajo seguro.

9. ¿Cómo garantiza KUKA la fiabilidad y disponibilidad de sus robots?

La fiabilidad y el tiempo de funcionamiento son cruciales en la fabricación de semiconductores, donde los tiempos de inactividad pueden resultar extremadamente costosos. KUKA se ocupa de ello:

• Diseño y construcción robustos: Los robots KUKA se construyen con componentes de alta calidad y están diseñados para soportar las exigentes condiciones del funcionamiento continuo.
• Mantenimiento preventivo: KUKA ofrece programas de mantenimiento preventivo para ayudar a los clientes a mantener sus robots en condiciones óptimas y evitar averías inesperadas.
• Diagnóstico a distancia: El software de KUKA permite monitorizar y diagnosticar a distancia el rendimiento del robot. Esto permite la identificación proactiva de posibles problemas y una resolución de problemas más rápida.
• Red mundial de servicios: KUKA cuenta con una red mundial de técnicos de servicio y centros de asistencia para ofrecer asistencia a tiempo y minimizar el tiempo de inactividad en caso de problemas.
• Disponibilidad de piezas de repuesto: KUKA mantiene un amplio inventario de piezas de repuesto para garantizar la rápida sustitución de cualquier componente averiado.

Estas medidas garantizan que los robots KUKA ofrezcan la alta fiabilidad y el tiempo de actividad necesarios para la fabricación continua de semiconductores.

10. ¿Cuáles son las ventajas a largo plazo y la rentabilidad de la automatización de KUKA en la fabricación de semiconductores?

La implementación de la automatización de KUKA en la fabricación de semiconductores ofrece importantes ventajas a largo plazo y un fuerte retorno de la inversión (ROI):

• Mayor rendimiento: Los robots operan con mayor rapidez y constancia que los operarios humanos, lo que se traduce en un mayor rendimiento de la producción.
• Rendimiento mejorado: La reducción de errores y contaminación gracias a la precisión robótica y la compatibilidad con salas limpias se traduce en un mayor rendimiento de los chips funcionales.
• Reducción de los costes laborales: La automatización reduce la necesidad de mano de obra, sobre todo en tareas repetitivas o peligrosas.
• Calidad mejorada: Los movimientos coherentes y precisos de los robots minimizan los defectos y mejoran la calidad general de los productos semiconductores.
• Flexibilidad y escalabilidad: Los robots y el software de KUKA pueden adaptarse fácilmente a las necesidades cambiantes de la producción y ampliarse para satisfacer la creciente demanda.
• Optimización del espacioLos robots necesitan muy poco espacio.

El ROI de la automatización KUKA se calcula comparando el coste total del sistema robotizado (incluyendo la compra, la instalación y el mantenimiento) con los beneficios totales (aumento de la producción, mejora del rendimiento, reducción de los costes de mano de obra, etc.). Los beneficios a largo plazo suelen superar con creces la inversión inicial, lo que convierte a la robótica de KUKA en un valioso activo para los fabricantes de semiconductores.

Resumen: Claves de KUKA Robotics en la fabricación de semiconductores

• La automatización es esencial para la fabricación de semiconductores debido a los requisitos de precisión, limpieza, velocidad y manipulación segura de materiales sensibles.
• KUKA AG ofrece robots especializados para salas blancas y soluciones de automatización para afrontar los retos específicos de la industria de semiconductores.
• Los robots para salas blancas de KUKA cumplen las estrictas clasificaciones ISO (por ejemplo, ISO Clase 3 a ISO Clase 5) para el control de partículas.
• La KUKA LBR IIWA CR destaca en la manipulación de obleas por su compatibilidad con salas blancas, su sensibilidad, su precisión y su programación de fácil manejo.
• El KMR IIWA CR combina el LBR IIWA CR con una plataforma móvil para el transporte autónomo de material dentro de la sala blanca.
• Otros modelos de robots KUKA, como el KR AGILUS CR, el KR CYBERTECH nano CR y el KR SCARA CR, también se utilizan en la fabricación de semiconductores.
• El software de KUKA (KUKA.Sim, KUKA.WorkVisual, paquetes específicos de aplicación) mejora el rendimiento y la integración de los robots.
• Entre las funciones de seguridad se incluyen la detección de colisiones, los controladores con clasificación de seguridad, la protección y la formación completa.
• KUKA garantiza la fiabilidad y el tiempo de funcionamiento mediante un diseño robusto, mantenimiento preventivo, diagnóstico remoto, una red de servicio global y disponibilidad de piezas de repuesto.
• Las ventajas a largo plazo y el retorno de la inversión de la automatización de KUKA en la fabricación de semiconductores incluyen el aumento de la producción, la mejora del rendimiento, la reducción de los costes de mano de obra, la mejora de la calidad, la flexibilidad y la escalabilidad.
• KUKA es el principal proveedor de robots para la industria de semiconductores.

Aprovechando la avanzada tecnología robótica y de automatización de KUKA, los fabricantes de semiconductores pueden alcanzar los más altos niveles de precisión, limpieza y eficiencia necesarios para producir los avanzados chips que impulsan nuestro mundo moderno.