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Cobots: la nueva forma de manipular obleas en salas blancas
Los cobots se introducen en las salas blancas de la industria electrónica. En la manipulación de las obleas, el robot sensitivo de KUKA gana puntos ante el cliente, gracias a la fiabilidad y asegura los más altos estándares de calidad y seguridad. Los cobots llevan la automatización de las salas blancas a un nuevo nivel.
En el cliente de KUKA, Infineon, 17 robots sensibles de manipulación de obleas garantizan la eficiencia y la seguridad
No, las obleas de silicio no son realmente un producto que precise colaboración entre hombre -robot: con hasta 40 micrómetros, muchas obleas de silicio son más delgadas que un pelo y, sin embargo, tienen un diámetro de entre 150 y 300 milímetros, lo que se acerca al tamaño de una pizza. Es un material muy frágil que no se puede ni se querrá sostener en la mano. Para que estas sensibles obleas de silicio, que juntas pueden tener el valor de un coche de gama media por caja, se conviertan en chips, tienen que pasar por hasta 1200 pasos de procesamiento durante la producción. Y se transportan a una estación de procesamiento automatizada diferente cada vez. Un caso claro para un robot como el LBR iiwa CR. En la sede de Infineon en Villach, Austria, se producen semiconductores de potencia que se utilizan, por ejemplo, en coches, teléfonos inteligentes, frigoríficos o en granjas de servidores y unidades de accionamiento de locomotoras.
Las sensibles obleas de silicio juntas pueden tener el mismo valor que un coche de gama media por caja.
La fabricación se realiza con más limpieza que en una sala de operaciones
En el pabellón 17 de la planta de Villach, Infineon produce chips en un ambiente de sala blanca de categoría 1. En lo que respecta a los requisitos de fabricación, esto significa: no debe haber más de una partícula de polvo en 28 litros de aire. Eso es significativamente menos de lo que se permite en una sala de operaciones. A modo de comparación: en el aire de la montaña, que se considera particularmente limpio, hay alrededor de 100 000 partículas circulando en ese volumen. Para los empleados, esto significa que solo pueden acceder a la producción en trajes de protección especiales, blancos e impecables, a través de una esclusa de aire especial. La piel y el cabello deben estar completamente cubiertos para que ninguna escama pueda penetrar desde el exterior. Los ordenadores portátiles y otros dispositivos técnicos deben pasar por una limpieza meticulosa previa.
En Infineon, en Villach, se utilizan 17 robots de sala blanca del tipo LBR iiwa CR.
Los robots de sala blanca garantizan una cooperación segura al manipular obleas
«Con estas condiciones de producción extremadamente sensibles para nuestras obleas, tenemos que pensar muy cuidadosamente qué tecnología de transporte aplicamos aquí», explica Martin Moser, jefe de equipo de automatización del departamento AMHS (Automated Material Handling System) de Infineon Technologies Austria, en Villach. «Dado que en la producción de obleas se mueven varias unidades móviles y también personas, solo se tienen en cuenta para la automatización los robots extremadamente compactos, sensibles y diseñados para una interacción segura entre personas y máquinas. Y todo ello sin una valla protectora.
El sensible LBR iiwa CR no necesita una valla protectora durante el manejo de las obleas.
Mano a mano con nuestros partners para la solución
«En nuestra búsqueda, nos interesamos por los cobots de KUKA», indica el ingeniero de desarrollo.La adaptación de estos robots a los requisitos muy especiales de la manipulación de obleas en salas blancas, de acuerdo con la norma ISO3, fue un proceso de aprendizaje muy intensivo en el que los expertos en automatización de Infineon trabajaron mano a mano con sus socios de sistema. Además de KUKA, entre ellos se encontraban expertos de Mechatronic Systemtechnik GmbH para el montaje, el cableado y la puesta en marcha en la producción, así como programadores de Micado Automation GmbH para la unidad de control de la instalación.
«En aquel momento, no teníamos ningún modelo del robot en la fabricación de obleas. Juntos, adaptamos los sistemas exactamente a nuestras necesidades. Fue una auténtica labor pionera, tanto para nosotros como para KUKA», explica Moser. Esto incluía hacer que los robots ligeros fueran compatibles con la sala blanca. Este era un «territorio inexplorado», incluso para los robots de KUKA. «La cooperación constructiva y orientada a las soluciones de todos los involucrados ha contribuido significativamente al hecho de que ahora tengamos una solución de transporte para la producción automatizada de chips», dice Moser.
Lisa Ebner ha estado involucrada en la integración de robots de sala blanca en el proceso de producción automatizado desde el principio.
Alcance perfecto para el trabajo milimétrico de la manipulación de obleas
Hoy en día, 17 robots LBR iiwa CR realizan sus tareas en varias salas blancas, las 24 horas del día, los 365 días del año. «Son extremadamente compactos, móviles, pueden manejar cargas útiles de hasta 14 kilogramos, funcionan sin vibraciones y realizan el trabajo con precisión milimétrica utilizando su pinza, incluso en los espacios más estrechos», dice Moser de las ventajas de los robots de salas blancas. En particular, su séptimo eje adicional con su correspondiente alcance le permite realizar movimientos delicados y angulares que no son posibles con los robots «convencionales» de 6 ejes.
El robot de KUKA coloca las obleas de silicio en la cámara de procesamiento con una precisión milimétrica.
La perfección en el trabajo milimétrico es muy alta
Los robots de la sala blanca transportan silenciosamente cajas negras llenos de valiosas obleas de silicio a los distintos pasos de procesamiento, los introducen en las respectivas cámaras de procesamiento con precisión milimétrica y, a continuación, vuelven a recoger las obleas. «Desde el principio, queríamos una solución a medida para nuestra producción en Villach. Otra cosa estaba fuera de discusión para nosotros», explica Martin Moser. «Por lo tanto, asumimos la integración de los sistemas nosotros mismos. El intercambio directo con los desarrolladores de KUKA fue muy importante para nosotros, sobre todo en lo que respecta a la forma en que configuramos todo el sistema y cómo sigue "aprendiendo" después».
Los robots de sala blanca transportan cajas negras llenas de obleas de silicio a los pasos de procesamiento individuales.
Equilibrio correcto entre lo factible y lo necesario para la producción de microchips
En el equipo de Martin Moser, Lisa Ebner ha estado involucrada en la integración de robots en el proceso de producción automatizado de obleas de silicio desde el principio. Lisa Ebner es una verdadera fan de los robots de sala blanca: «Cuando vi el LBR iiwa CR por primera vez, me quedé absolutamente fascinada: podría haber pasado horas mirando los suaves movimientos armoniosos del robot». La experta en automatización está constantemente en movimiento en los pasillos de producción, comprobando la sala de control de los sistemas y buscando otras posibilidades para perfeccionar la producción. «Al optimizar, debemos encontrar el equilibrio adecuado entre lo que es técnica y físicamente posible, y lo que tiene sentido para nuestros propósitos de producción. Siempre debemos encontrar el equilibro adecuado para la producción rentable».
Para una producción rentable, Infineon siempre tiene que encontrar el equilibrio adecuado entre lo posible y lo razonable.
Progresos en el aprendizaje para el futuro de la producción de semiconductores
«Todo lo que aprendemos ahora nos llevará más lejos, al siguiente nivel de automatización en la fabricación de semiconductores», dice Bernd Steiner, gerente de producción en Infineon Austria, en Villach. La empresa ha invertido 1600 millones de euros en su sede de Villach. A finales de 2021, los semiconductores de potencia se producirán aquí de manera totalmente automatizada. «Nuestro objetivo es llevar la potencia exactamente a donde se la necesita en la fábrica inteligente», declara Steiner.
Para los chips de ahorro de energía del futuro que se utilizan en muchas aplicaciones del día a día, como los teléfonos inteligentes, los electrodomésticos y los coches, así como también en servidores de datos, dispositivos de tecnología médica, sistemas solares e industriales. Para que hagan nuestras vidas más fáciles, seguras y respetuosas con el medio ambiente.
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