KUKA: прецизионная автоматизация производства полупроводников с помощью роботов для чистых помещений

Эта статья посвящена важнейшей роли компании KUKA AG в производстве полупроводников и рассказывает о специализированных решениях в области робототехники и автоматизации чистых помещений. Мы рассмотрим, как роботы KUKA разработаны для удовлетворения высоких требований этой отрасли, включая перемещение пластин, транспортировку материалов и другие критически важные процессы в сверхчистой среде. Если вы хотите понять, как технологии KUKA обеспечивают производство передовых чипов и полупроводников, которые питают наш мир, и узнать, как повысить производительность полупроводникового производства, эта статья обязательна к прочтению. Мы подробно рассмотрим классификации чистых помещений, модели роботов и преимущества, которые они дают.

1. Почему автоматизация необходима при производстве полупроводников?

Производство полупроводников - невероятно сложный и точный процесс, требующий высочайшего уровня точности, чистоты и эффективности. Автоматизация, особенно с использованием робототехники, необходима по нескольким причинам:

• Точность и воспроизводимость: Производство полупроводниковых микросхем требует точности нанометрового уровня. Роботы могут выполнять задачи с гораздо большей точностью и повторяемостью, чем операторы-люди, сводя к минимуму ошибки и обеспечивая стабильное качество продукции.
• Чистота: Производство полупроводников должно осуществляться в сверхчистых условиях (чистых помещениях) для предотвращения загрязнения. Роботы производят меньше частиц, чем люди, и могут быть разработаны с учетом совместимости с чистыми помещениями.
• Скорость и пропускная способность: Спрос на полупроводники постоянно растет. Роботы могут работать круглосуточно и без выходных, что значительно повышает производительность по сравнению с ручными процессами.
• Обращение с чувствительными материалами: Пластины - тонкие кусочки кремния, используемые для производства микросхем, - чрезвычайно хрупки и очень чувствительны к загрязнениям. Роботы могут обращаться с этими хрупкими материалами с максимальной осторожностью, сводя к минимуму поломки и повреждения.
• Безопасность: Некоторые процессы в производстве полупроводников связаны с опасными материалами или условиями. Роботы могут безопасно выполнять эти задачи, защищая людей от воздействия.

Одним словом, автоматизация не просто выгодна, а абсолютно необходима для современного производства полупроводников.

2. Какие проблемы производства полупроводников решает компания KUKA?

Компания KUKA AG напрямую решает уникальные задачи производства полупроводников с помощью специализированных решений в области робототехники и автоматизации:

• Сверхчистые среды: Компания KUKA предлагает роботы для чистых помещений, специально разработанные для работы в среде с чрезвычайно низким содержанием частиц, соответствующей строгой классификации ISO.
• Обработка пластин: Компания KUKA предлагает роботов и концевые эффекторы (захваты), оптимизированные для безопасного и точного перемещения пластин, минимизируя риск их поломки или загрязнения.
• Транспортировка материалов: Мобильные роботы KUKA, такие как KMR IIWA CR, могут автономно транспортировать материалы между различными рабочими местами в чистом помещении, повышая эффективность и сокращая количество ручных операций.
• Точность и аккуратность: Роботы KUKA разработаны для обеспечения исключительной точности и повторяемости, что позволяет соблюдать нанометровые допуски, необходимые в производстве полупроводников.
• Гибкость и адаптивность: Роботы и программное обеспечение KUKA можно легко перепрограммировать и адаптировать для работы с пластинами разных размеров, процессов и производственных требований.
• Продолжительность цикла: Сокращение времени цикла является ключом к достижению эффективности производства полупроводников.

Решая эти проблемы, компания KUKA позволяет производителям полупроводников добиться более высоких показателей выхода продукции, улучшить качество изделий и повысить общую производительность.

3. Каковы классификации роботов KUKA для чистых помещений (классы ISO)?

Чистые помещения классифицируются в зависимости от количества и размера частиц, допустимых в одном объеме воздуха. Наиболее распространенным стандартом является ISO 14644-1, который определяет классы от ISO Class 1 (самый чистый) до ISO Class 9. Для производства полупроводников обычно требуются условия от класса ISO 3 до класса ISO 5.

Компания KUKA предлагает роботы для чистых помещений, отвечающие этим строгим требованиям. Их роботы обладают такими характеристиками, как:

• Эмиссия с низким содержанием частиц: Материалы и компоненты тщательно подобраны, чтобы свести к минимуму образование частиц.
• Герметичные соединения: Соединения роботов герметизированы для предотвращения попадания частиц.
• Специальные покрытия: Поверхности покрыты материалами, которые противостоят прилипанию частиц и легко очищаются.
• Управление вытяжным воздухом: Некоторые модели оснащены системами управления отработанным воздухом и предотвращения рассеивания частиц.

Конкретный класс ISO робота KUKA зависит от модели и конфигурации. Компания KUKA предоставляет подробные технические характеристики каждого робота, чтобы клиенты могли выбрать подходящую модель для своих требований к чистоте помещений.

4. Как KUKA LBR IIWA CR справляется с обработкой подложек?

KUKA LBR IIWA CR (cleanroom) - это коллаборативный робот (cobot), специально разработанный для выполнения ответственных задач в чистых помещениях, включая обработку пластин. Его ключевые особенности включают:

• Совместимость с чистыми помещениями: LBR IIWA CR соответствует строгим стандартам чистых помещений (до ISO Class 3, в зависимости от конфигурации), что делает его пригодным для непосредственного использования в производстве полупроводников.
• Чувствительность и соответствие: LBR IIWA CR оснащен высокочувствительными датчиками крутящего момента в шарнирах по всем семи осям. Это позволяет ему обнаруживать даже малейшие внешние силы и реагировать соответствующим образом. Такое "соответствие" имеет решающее значение для работы с хрупкими пластинами без их повреждения.
• Точность и аккуратность: Несмотря на свою чувствительность, LBR IIWA CR сохраняет высокую точность и повторяемость, обеспечивая точное размещение пластин.
• Удобное для пользователя программирование: LBR IIWA известен своим интуитивно понятным интерфейсом программирования, что позволяет легко обучать новым задачам даже операторов без большого опыта работы с роботами.
• Безопасное взаимодействие человека и робота (HRC): Несмотря на то, что LBR IIWA не всегда используется в производстве полупроводников из-за требований к чистоте, присущие ему функции безопасности позволяют в некоторых случаях сотрудничать с людьми.

Сочетание совместимости с чистыми помещениями, чувствительности, точности и простоты использования делает LBR IIWA CR идеальным решением для обработки полупроводниковых пластин и других деликатных задач в производстве полупроводников. Работа с полупроводниковыми пластинами должна быть очень точной.

5. Что такое KMR IIWA CR и какова его роль в автоматизации мобильных чистых помещений?

KMR IIWA CR (KUKA Mobile Robotics IIWA Cleanroom) сочетает в себе возможности коллаборативного робота LBR IIWA CR и мобильной платформы. Это позволяет создать очень гибкое и автономное мобильное решение для чистых помещений.

Основные характеристики KMR IIWA CR включают:

• Мобильная автономия: KMR IIWA CR может автономно перемещаться по чистому помещению, используя лазерные сканеры и другие датчики, чтобы избегать препятствий и следовать заданным маршрутам.
• Совместимость с чистыми помещениями: Как и LBR IIWA CR, мобильная платформа также предназначена для использования в чистых помещениях и соответствует строгим требованиям ISO.
• Встроенный источник питания: KMR IIWA CR оснащен встроенным источником питания, что позволяет ему работать без привязки к источнику питания. Для непрерывной работы также предусмотрена индуктивная технология зарядки.
• Гибкость: KMR IIWA CR может использоваться для выполнения различных задач, включая транспортировку пластин между рабочими местами, загрузку и разгрузку машин, а также доставку материалов.

KMR IIWA CR представляет собой значительное достижение в области автоматизации чистых помещений, обеспечивая высокоадаптивное и эффективное решение для перемещения материалов и других мобильных задач.

6. Какие еще модели роботов KUKA используются в производстве полупроводников?

Помимо LBR IIWA CR и KMR IIWA CR, компания KUKA предлагает и другие модели роботов, подходящие для выполнения различных задач при изготовлении полупроводников:

• KR AGILUS CR: Это маленький, быстрый и точный робот, предназначенный для работы в чистых помещениях. Он идеально подходит для работы с мелкими компонентами, сборки электронных устройств и выполнения задач по контролю.
• KR CYBERTECH nano CR: Эта серия предлагает более высокую грузоподъемность, чем KR AGILUS, сохраняя при этом совместимость с чистыми помещениями. Они подходят для работы с крупными компонентами или выполнения задач, требующих больших усилий.
• KR SCARA CR: Эти роботы специально разработаны для быстрых операций по подбору и перемещению и хорошо подходят для работы с пластинами или другими плоскими компонентами в горизонтальной плоскости.

Разнообразный ассортимент роботов для чистых помещений компании KUKA позволяет производителям полупроводников выбрать оптимальную модель для конкретных условий эксплуатации и требований к грузоподъемности. Они могут предоставить промышленного робота практически для любой задачи.

7. Как программное обеспечение KUKA улучшает процессы производства полупроводников?

Программное обеспечение KUKA играет важнейшую роль в оптимизации работы роботов и их интеграции в общий процесс производства полупроводников:

• Контроллер шкафа KUKA.SunriseКонтроллер является мозгом робота и обеспечивает точность движений.
• KUKA.Sim: Это программное обеспечение для моделирования позволяет пользователям создавать виртуальные модели роботизированных рабочих мест, программировать движения роботов в автономном режиме и моделировать весь производственный процесс. Это сокращает время настройки, минимизирует ошибки и позволяет оптимизировать процесс до его внедрения.
• KUKA.WorkVisual: Этот интегрированный инженерный пакет обеспечивает единую платформу для конфигурирования, программирования и диагностики роботов KUKA.
• Программное обеспечение для конкретных приложений: Компания KUKA предлагает специализированные пакеты программного обеспечения, разработанные для конкретных полупроводниковых приложений, таких как обработка пластин или дозирование. Эти пакеты часто включают предварительно настроенные функции и параметры для упрощения внедрения.
• KUKA.DeviceConnector: Это простой способ интегрировать роботов в облако.

Эти программные инструменты повышают удобство использования, эффективность и гибкость роботизированных решений KUKA для производства полупроводников.

8. Какие функции безопасности предусмотрены в роботах для чистых помещений компании KUKA?

Безопасность имеет первостепенное значение в любой промышленной среде, и роботы KUKA для чистых помещений оснащены несколькими функциями, обеспечивающими безопасную работу:

• Обнаружение столкновений: Роботы KUKA, особенно серия LBR IIWA, обладают высокочувствительной системой обнаружения столкновений. Они могут почувствовать неожиданный контакт и немедленно остановиться, чтобы предотвратить повреждения или травмы.
• Контроллеры с защитой: Контроллеры роботов KUKA отвечают строгим стандартам безопасности и включают в себя такие функции, как цепи аварийного останова и функции контроля безопасности.
• Обеспечение безопасности: Рабочие камеры роботов в производстве полупроводников обычно закрыты и заблокированы для предотвращения несанкционированного доступа во время работы.
• Программирование и обучение: Компания KUKA предоставляет комплексное обучение и документацию для обеспечения понимания операторами и программистами процедур безопасной эксплуатации роботов.
• Безопасная эксплуатация и безопасный робот: дополнительные функции безопасности для выполнения различных задач.

Эти средства защиты в сочетании с правильным применением и соблюдением правил безопасности сводят к минимуму риск несчастных случаев и обеспечивают безопасную рабочую среду.

9. Как компания KUKA обеспечивает надежность и бесперебойную работу своих роботов?

Надежность и безотказность работы имеют решающее значение при производстве полупроводников, где простои могут быть очень дорогостоящими. Компания KUKA решает эту проблему с помощью:

• Надежное проектирование и строительство: Роботы KUKA созданы из высококачественных компонентов и рассчитаны на сложные условия непрерывной работы.
• Профилактическое обслуживание: KUKA предлагает программы профилактического обслуживания, чтобы помочь клиентам поддерживать роботов в оптимальном состоянии и предотвратить неожиданные поломки.
• Удаленная диагностика: Программное обеспечение KUKA позволяет осуществлять дистанционный мониторинг и диагностику работы робота. Это позволяет заблаговременно выявлять потенциальные проблемы и ускорять их устранение.
• Глобальная сеть обслуживания: Компания KUKA располагает глобальной сетью сервисных техников и центров поддержки, что позволяет своевременно оказывать помощь и минимизировать время простоя в случае возникновения проблем.
• Наличие запасных частей: Компания KUKA располагает обширным запасом запасных частей, чтобы обеспечить быструю замену любых вышедших из строя компонентов.

Эти меры обеспечивают роботам KUKA высокую надежность и безотказность, необходимые для непрерывного производства полупроводников.

10. Каковы долгосрочные преимущества и окупаемость инвестиций в автоматизацию KUKA на производстве полупроводников?

Внедрение автоматизации KUKA на производстве полупроводников дает значительные долгосрочные преимущества и высокую рентабельность инвестиций (ROI):

• Повышенная пропускная способность: Роботы работают быстрее и стабильнее, чем операторы-люди, что приводит к повышению производительности.
• Повышенная урожайность: Снижение количества ошибок и загрязнений благодаря точности роботов и совместимости с чистыми помещениями приводит к повышению выхода функциональных микросхем.
• Сокращение трудозатрат: Автоматизация снижает потребность в ручном труде, особенно при выполнении повторяющихся или опасных задач.
• Улучшенное качество: Последовательные и точные движения роботов минимизируют дефекты и повышают общее качество полупроводниковой продукции.
• Гибкость и масштабируемость: Роботы и программное обеспечение KUKA легко адаптируются к изменяющимся производственным потребностям и масштабируются для удовлетворения растущего спроса.
• Оптимизация пространстваРоботы занимают очень мало места.

Окупаемость инвестиций в автоматизацию KUKA рассчитывается путем сравнения общей стоимости роботизированной системы (включая покупку, установку и обслуживание) с общей выгодой (увеличение производительности, повышение выхода продукции, снижение трудозатрат и т. д.). Долгосрочные выгоды часто значительно превышают первоначальные инвестиции, что делает робототехнику KUKA ценным активом для производителей полупроводников.

Реферат: Ключевые выводы для робототехники KUKA в производстве полупроводников

• Автоматизация необходима для производства полупроводников из-за требований к точности, чистоте, скорости и безопасному обращению с чувствительными материалами.
• Компания KUKA AG предлагает специализированные роботы для чистых помещений и решения по автоматизации для решения уникальных задач полупроводниковой промышленности.
• Роботы для чистых помещений компании KUKA соответствуют строгим требованиям ISO (например, ISO Class 3 - ISO Class 5) по контролю частиц.
• Благодаря совместимости с чистыми помещениями, чувствительности, точности и удобству программирования KUKA LBR IIWA CR отлично подходит для обработки пластин.
• KMR IIWA CR сочетает в себе LBR IIWA CR с мобильной платформой для автономной транспортировки материалов в чистом помещении.
• Другие модели роботов KUKA, такие как KR AGILUS CR, KR CYBERTECH nano CR и KR SCARA CR, также используются в производстве полупроводников.
• Программное обеспечение KUKA (KUKA.Sim, KUKA.WorkVisual, пакеты для конкретных приложений) повышает производительность роботов и улучшает интеграцию.
• Функции безопасности включают в себя обнаружение столкновений, контроллеры с повышенным уровнем безопасности, защиту и всестороннее обучение.
• KUKA обеспечивает надежность и бесперебойную работу благодаря надежной конструкции, профилактическому обслуживанию, дистанционной диагностике, глобальной сервисной сети и наличию запасных частей.
• Долгосрочные преимущества и окупаемость инвестиций в автоматизацию KUKA при производстве полупроводников включают в себя увеличение производительности, повышение выхода продукции, снижение трудозатрат, повышение качества, гибкость и масштабируемость.
• Компания KUKA является ведущим поставщиком роботов для полупроводниковой промышленности.

Используя передовые технологии робототехники и автоматизации компании KUKA, производители полупроводников могут достичь высочайшего уровня точности, чистоты и эффективности, необходимых для производства передовых микросхем, которые питают наш современный мир.