KUKA: Automação de precisão para fabricação de semicondutores com robótica de sala limpa

Este artigo foca o papel crucial da KUKA AG na fabricação de semicondutores, destacando suas soluções especializadas de robótica e automação para salas limpas. Exploraremos como os robôs KUKA são projetados para atender aos exigentes requisitos dessa indústria, incluindo manuseio de wafer, transporte de material e outros processos críticos em ambientes ultra-limpos. Se quiser compreender como a tecnologia da KUKA permite a produção de chips e semicondutores avançados que alimentam o nosso mundo e explorar o aumento da produtividade para o fabrico de semicondutores, esta é uma leitura obrigatória. Abordaremos especificamente as classificações de salas limpas, modelos de robôs e os benefícios que eles trazem.

1. Porque é que a automatização é essencial no fabrico de semicondutores?

O fabrico de semicondutores é um processo incrivelmente complexo e preciso que exige os mais elevados níveis de exatidão, limpeza e eficiência. A automatização, particularmente através da utilização de robótica, é essencial por várias razões:

• Precisão e repetibilidade: O fabrico de chips semicondutores exige uma precisão ao nível dos nanómetros. Os robôs podem executar tarefas com muito maior exatidão e repetibilidade do que os operadores humanos, minimizando os erros e garantindo uma qualidade consistente do produto.
• Limpeza: O fabrico de semicondutores tem de ser efectuado em ambientes ultra-limpos (salas limpas) para evitar a contaminação. Os robots geram menos partículas do que os humanos e podem ser concebidos para serem compatíveis com salas limpas.
• Velocidade e rendimento: A procura de semicondutores está a aumentar constantemente. Os robôs podem funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, aumentando significativamente o rendimento da produção em comparação com os processos manuais.
• Manuseamento de materiais sensíveis: Os wafers, as fatias finas de silício utilizadas para fabricar chips, são extremamente frágeis e muito sensíveis à contaminação. Os robots podem manusear estes materiais delicados com o máximo cuidado, minimizando as quebras e os danos.
• Segurança: Alguns processos no fabrico de semicondutores envolvem materiais ou condições perigosas. Os robots podem realizar estas tarefas em segurança, protegendo os trabalhadores humanos da exposição.

Em suma, a automatização não é apenas benéfica, mas absolutamente necessária para o fabrico moderno de semicondutores.

2. Quais são os desafios da fabricação de semicondutores que a KUKA enfrenta?

A KUKA AG aborda diretamente os desafios únicos do fabrico de semicondutores através das suas soluções especializadas de robótica e automação:

• Ambientes ultra-limpos: A KUKA oferece robôs para salas limpas especificamente projetados para operar em ambientes com contagens extremamente baixas de partículas, atendendo às rigorosas classificações ISO.
• Manuseamento de bolachas: A KUKA fornece robôs e efetores finais (pinças) otimizados para o manuseio seguro e preciso de wafers, minimizando o risco de quebra ou contaminação.
• Transporte de materiais: Os robôs móveis da KUKA, como o KMR IIWA CR, podem transportar autonomamente materiais entre diferentes estações de trabalho dentro da sala limpa, melhorando a eficiência e reduzindo o manuseamento manual.
• Precisão e exatidão: Os robôs KUKA são concebidos para uma precisão e repetibilidade excepcionais, cumprindo as tolerâncias ao nível nanométrico exigidas no fabrico de semicondutores.
• Flexibilidade e adaptabilidade: Os robôs e o software da KUKA podem ser facilmente reprogramados e adaptados para lidar com diferentes tamanhos de wafer, processos e requisitos de produção.
• Tempos de ciclo: A redução do tempo de ciclo é fundamental para conseguir um fabrico eficiente de semicondutores.

Ao enfrentar esses desafios de frente, a KUKA permite que os fabricantes de semicondutores alcancem maiores rendimentos, melhorem a qualidade do produto e aumentem a produtividade geral.

3. Quais são as classificações de robôs para salas limpas da KUKA (Classes ISO)?

As salas limpas são classificadas de acordo com o número e o tamanho das partículas permitidas por volume de ar. A norma mais comum é a ISO 14644-1, que define classes desde a ISO Classe 1 (a mais limpa) até à ISO Classe 9. O fabrico de semicondutores requer normalmente ambientes que vão desde a Classe ISO 3 à Classe ISO 5.

A KUKA oferece robôs para salas limpas que atendem a essas classificações rigorosas. Os seus robots são concebidos com caraterísticas tais como:

• Baixa emissão de partículas: Os materiais e componentes são cuidadosamente selecionados para minimizar a produção de partículas.
• Juntas estanques: As juntas do robot são seladas para evitar a libertação de partículas.
• Revestimentos especiais: As superfícies são revestidas com materiais que resistem à aderência de partículas e são fáceis de limpar.
• Gestão do ar de exaustão: Alguns modelos possuem sistemas para gerir o ar de exaustão e evitar a dispersão de partículas.

A classificação específica da classe ISO de um robô KUKA dependerá do modelo e da configuração. A KUKA fornece especificações detalhadas para cada robô, assegurando que os clientes podem selecionar o modelo apropriado para os seus requisitos de sala limpa.

4. Como a KUKA LBR IIWA CR se destaca no manuseio de wafer?

O KUKA LBR IIWA CR (sala limpa) é um robô colaborativo (cobot) especificamente concebido para tarefas sensíveis em ambientes de sala limpa, incluindo o manuseamento de bolachas. As suas principais caraterísticas incluem:

• Compatibilidade com salas limpas: O LBR IIWA CR cumpre as rigorosas normas de sala limpa (até ISO Classe 3, dependendo da configuração), tornando-o adequado para utilização direta no fabrico de semicondutores.
• Sensibilidade e conformidade: O LBR IIWA CR possui sensores de binário de articulação altamente sensíveis em todos os sete eixos. Isto permite-lhe detetar até as mais pequenas forças externas e reagir em conformidade. Esta "conformidade" é crucial para manusear wafers delicados sem causar danos.
• Precisão e exatidão: Apesar da sua sensibilidade, o LBR IIWA CR mantém uma elevada precisão e repetibilidade, assegurando uma colocação exacta dos wafers.
• Programação de fácil utilização: O LBR IIWA é conhecido pela sua interface de programação intuitiva, o que torna relativamente fácil ensinar novas tarefas, mesmo para operadores sem grande experiência em robótica.
• Colaboração segura entre humanos e robôs (HRC): Embora nem sempre seja utilizado no fabrico de semicondutores devido aos requisitos de limpeza, as caraterísticas de segurança inerentes ao LBR IIWA permitem uma potencial colaboração com trabalhadores humanos em determinadas aplicações.

A combinação de compatibilidade com salas limpas, sensibilidade, precisão e facilidade de uso faz do LBR IIWA CR a solução ideal para o manuseio de wafer e outras tarefas delicadas na fabricação de semicondutores. O manuseio de wafers semicondutores deve ser muito preciso.

5. O que é o KMR IIWA CR e seu papel na automação móvel de salas limpas?

O KMR IIWA CR (KUKA Mobile Robotics IIWA Cleanroom) combina as capacidades do robô colaborativo LBR IIWA CR com uma plataforma móvel. Isto cria uma solução móvel altamente flexível e autónoma para ambientes de salas limpas.

As principais caraterísticas do KMR IIWA CR incluem:

• Autonomia móvel: O KMR IIWA CR pode navegar de forma autónoma dentro da sala limpa, utilizando scanners a laser e outros sensores para evitar obstáculos e seguir caminhos predefinidos.
• Compatibilidade com salas limpas: Tal como a LBR IIWA CR, a plataforma móvel também foi concebida para utilização em salas limpas, cumprindo as rigorosas classificações ISO.
• Fonte de alimentação integrada: O KMR IIWA CR tem uma fonte de alimentação integrada, o que lhe permite funcionar sem estar ligado a uma fonte de alimentação. A tecnologia de carregamento indutivo também é uma opção para operação contínua.
• Flexibilidade: O KMR IIWA CR pode ser utilizado para uma variedade de tarefas, incluindo o transporte de bolachas entre estações de trabalho, carregamento e descarregamento de máquinas e entrega de materiais.

O KMR IIWA CR representa um avanço significativo na automatização de salas limpas, proporcionando uma solução altamente adaptável e eficiente para o manuseamento de materiais e outras tarefas móveis.

6. Que outros modelos de robôs KUKA são usados na fabricação de semicondutores?

Para além do LBR IIWA CR e do KMR IIWA CR, a KUKA oferece outros modelos de robôs adequados para várias tarefas no fabrico de semicondutores:

• KR AGILUS CR: Este é um robô pequeno, rápido e preciso, concebido para ambientes de sala limpa. É ideal para manusear pequenos componentes, montar dispositivos electrónicos e realizar tarefas de inspeção.
• KR CYBERTECH nano CR: Esta série oferece capacidades de carga útil mais elevadas do que a KR AGILUS, mantendo a compatibilidade com salas limpas. São adequados para o manuseamento de componentes maiores ou para a realização de tarefas que exijam mais força.
• KR SCARA CR: Estes robôs são especificamente concebidos para operações rápidas de recolha e colocação e são adequados para o manuseamento de bolachas ou outros componentes planos num plano horizontal.

A gama diversificada de robôs para salas limpas da KUKA permite aos fabricantes de semicondutores escolher o modelo ideal para a sua aplicação específica e requisitos de carga útil. Eles podem fornecer um robô industrial para quase todas as tarefas.

7. Como é que o software da KUKA melhora os processos de fabrico de semicondutores?

O software da KUKA desempenha um papel fundamental na otimização do desempenho dos robôs e na sua integração no processo global de fabrico de semicondutores:

• Controlador de armário KUKA.SunriseO controlador é o cérebro do robot e permite-lhe efetuar movimentos precisos.
• KUKA.Sim: Este software de simulação permite aos utilizadores criar modelos virtuais das suas células de trabalho robóticas, programar movimentos de robôs offline e simular todo o processo de produção. Isto reduz o tempo de configuração, minimiza os erros e permite a otimização antes da implementação.
• KUKA.WorkVisual: Este conjunto de engenharia integrado fornece uma plataforma unificada para configurar, programar e diagnosticar os robôs KUKA.
• Software específico da aplicação: A KUKA oferece pacotes de software especializados feitos sob medida para aplicações específicas de semicondutores, como manuseio ou distribuição de wafer. Esses pacotes geralmente incluem funções e parâmetros pré-configurados para simplificar a implementação.
• KUKA.Conector de dispositivo: Esta é uma forma fácil de integrar os robôs numa nuvem.

Estas ferramentas de software melhoram a usabilidade, eficiência e flexibilidade das soluções robóticas da KUKA no fabrico de semicondutores.

8. Que caraterísticas de segurança estão incorporadas nos robôs para salas limpas da KUKA?

A segurança é primordial em qualquer ambiente industrial, e os robôs de sala limpa da KUKA incorporam várias caraterísticas para garantir uma operação segura:

• Deteção de colisão: Os robôs KUKA, especialmente a série LBR IIWA, têm capacidades de deteção de colisão altamente sensíveis. Podem detetar um contacto inesperado e parar imediatamente para evitar danos ou ferimentos.
• Controladores com classificação de segurança: Os controladores de robôs da KUKA cumprem rigorosas normas de segurança e incluem caraterísticas como circuitos de paragem de emergência e funções de monitorização de segurança.
• Proteção: As células de trabalho dos robots no fabrico de semicondutores são normalmente fechadas e bloqueadas para impedir o acesso não autorizado durante o funcionamento.
• Programação e formação: A KUKA fornece formação e documentação abrangentes para assegurar que os operadores e programadores compreendem os procedimentos de operação segura do robot.
• Operação segura e robô seguro: dispositivos de segurança adicionais para várias tarefas.

Estas caraterísticas de segurança, combinadas com a implementação adequada e o cumprimento das diretrizes de segurança, minimizam o risco de acidentes e garantem um ambiente de trabalho seguro.

9. Como é que a KUKA garante a fiabilidade e o tempo de funcionamento dos seus robôs?

A fiabilidade e o tempo de atividade são cruciais no fabrico de semicondutores, onde o tempo de inatividade pode ser extremamente dispendioso. A KUKA aborda esta questão através de:

• Conceção e construção robustas: Os robôs KUKA são construídos com componentes de alta qualidade e são projetados para suportar as condições exigentes de operação contínua.
• Manutenção preventiva: A KUKA oferece programas de manutenção preventiva para ajudar os clientes a manter os seus robôs em condições óptimas e evitar avarias inesperadas.
• Diagnóstico remoto: O software da KUKA permite a monitorização remota e o diagnóstico do desempenho do robot. Isto permite a identificação proactiva de potenciais problemas e uma resolução mais rápida de problemas.
• Rede global de serviços: A KUKA tem uma rede global de técnicos de assistência e centros de apoio para fornecer assistência atempada e minimizar o tempo de inatividade em caso de problemas.
• Disponibilidade de peças sobressalentes: A KUKA mantém um inventário abrangente de peças de reposição para garantir a rápida substituição de qualquer componente com falha.

Estas medidas asseguram que os robôs KUKA fornecem a elevada fiabilidade e tempo de funcionamento necessários para o fabrico contínuo de semicondutores.

10. Quais são os benefícios a longo prazo e o ROI da automação KUKA na fabricação de semicondutores?

A implementação da automação KUKA na fabricação de semicondutores oferece benefícios significativos a longo prazo e um forte retorno sobre o investimento (ROI):

• Aumento do rendimento: Os robôs operam mais rapidamente e de forma mais consistente do que os operadores humanos, conduzindo a uma maior produção.
• Rendimento melhorado: A redução dos erros e da contaminação devido à precisão robótica e à compatibilidade com salas limpas resulta num maior rendimento de chips funcionais.
• Redução dos custos de mão de obra: A automatização reduz a necessidade de mão de obra manual, especialmente para tarefas repetitivas ou perigosas.
• Qualidade melhorada: Os movimentos consistentes e precisos dos robots minimizam os defeitos e melhoram a qualidade geral dos produtos semicondutores.
• Flexibilidade e escalabilidade: Os robôs e o software da KUKA podem ser facilmente adaptados às necessidades de produção em constante mudança e ampliados para atender à crescente demanda.
• Otimização do espaço: os robots precisam de muito pouco espaço.

O ROI da automação KUKA é calculado comparando o custo total do sistema robótico (incluindo compra, instalação e manutenção) com os benefícios totais (aumento da produtividade, melhor rendimento, redução dos custos de mão de obra, etc.). Os benefícios a longo prazo geralmente superam em muito o investimento inicial, tornando a robótica KUKA um ativo valioso para os fabricantes de semicondutores.

Resumo: Principais conclusões da KUKA Robotics no fabrico de semicondutores

• A automatização é essencial para o fabrico de semicondutores devido aos requisitos de precisão, limpeza, velocidade e manuseamento seguro de materiais sensíveis.
• A KUKA AG fornece robôs especializados para salas limpas e soluções de automação para enfrentar os desafios exclusivos da indústria de semicondutores.
• Os robôs de sala limpa da KUKA cumprem as rigorosas classificações ISO (por exemplo, ISO Classe 3 a ISO Classe 5) para controlo de partículas.
• A KUKA LBR IIWA CR destaca-se no manuseamento de bolachas devido à sua compatibilidade com salas limpas, sensibilidade, precisão e programação fácil de utilizar.
• O KMR IIWA CR combina o LBR IIWA CR com uma plataforma móvel para o transporte autónomo de material dentro da sala limpa.
• Outros modelos de robôs da KUKA, como o KR AGILUS CR, o KR CYBERTECH nano CR e o KR SCARA CR, também são usados na fabricação de semicondutores.
• O software da KUKA (KUKA.Sim, KUKA.WorkVisual, pacotes específicos de aplicações) melhora o desempenho e a integração do robô.
• As caraterísticas de segurança incluem a deteção de colisões, controladores com classificação de segurança, proteção e formação abrangente.
• A KUKA assegura a fiabilidade e o tempo de funcionamento através de um design robusto, manutenção preventiva, diagnóstico remoto, uma rede de assistência global e disponibilidade de peças sobresselentes.
• Os benefícios a longo prazo e o ROI da automação da KUKA na fabricação de semicondutores incluem o aumento da produtividade, melhor rendimento, redução dos custos de mão de obra, melhoria da qualidade, flexibilidade e escalabilidade.
• A KUKA é o principal fornecedor de robôs para a indústria de semicondutores.

Ao aproveitar a tecnologia avançada de robótica e automação da KUKA, os fabricantes de semicondutores podem atingir os mais altos níveis de precisão, limpeza e eficiência necessários para produzir os chips avançados que alimentam nosso mundo moderno.