Het is niet alleen de zachtheid, het mechatronische grijpen van Gimatic als een voordeel ten opzichte van pneumatisch laten zien. Het gebruik ervan verlaagt ook de totale kosten: ze zijn veel gebruiksvriendelijker, onderhoudsvrij en geschikt voor cleanrooms. Allemaal voordelen waarom ze tot de ontwikkelaars van het Wafeltje Markeer- en sorteersystemen van Innolas Wek enthousiasme op. Lees waarom de zwenkeenheid en grijper ook de overhand hebben gekregen op andere mechatronische oplossingen van de laserspecialist.

Inhoud van het omslagartikel

• Markeer- en sorteersystemen voor wafers voor halfgeleiders
  • Expertise van Innolas
• Zachte verwijdering van de wafels
  • 200 wafels per uur in de cleanroom
  • Stroomloze grijpkrachtbeveiliging
  • Overweeg wafergevoeligheid
• Het loont de moeite om mechatronica te heroverwegen
• Voorproefje van snelheid en speld

"Ik heb geen enkele andere fabrikant gevonden die het op zo'n gecomprimeerde manier bouwt", zegt Sven Wolstadt, hoofd ontwikkeling bij Innolas Semiconductor GmbH, Krailling. Bij de ontwikkeling van een nieuwe wafelsorteermachine koos hij voor de elektrisch aangedreven componenten van Gimatic. Dit is de eerste keer dat hij geen pneumatische oplossing heeft gebruikt en dat moet zo blijven bij toekomstige nieuwe ontwikkelingen.

Markeer- en sorteersystemen voor wafers voor halfgeleiders

De in Duitsland gevestigde moederholding Innolas werd opgericht in 1995. Met haar vier zusterbedrijven heeft het innovatieve lasertechnologie vervaardigd voor industriële en wetenschappelijke toepassingen voor klanten over de hele wereld.

Innolas Semiconductor is gespecialiseerd in het vervaardigen van hoogwaardige materialen Markeer- en sorteeroplossingen wafers voor de halfgeleiderindustrie in een verhouding van 70 tot 30 procent. Klantspecifieke oplossingen zijn al meer dan 20 jaar de bloeiende core business van de 25 medewerkers.

Bij het selecteren van subcomponenten voor alle machines in de portfolio, ligt de focus op hun kwaliteit en de knowhow van de specialisten. Om aan de hoogste reinheidseisen van de eindklanten te voldoen, worden alle systemen in de eigen cleanroom ISO6 (ISO 14644-1) geproduceerd en in bedrijf gesteld.

Expertise van Innolas

"Onze klanten krijgen de machines klaar voor gebruik in een cleanroom geleverd aan hun productiefaciliteiten", beschrijft Thomas Roels van sales een unique selling point van zijn bedrijf. Onder de referenties bevinden zich tal van wereldvermaarde wereldspelers in de wafer- en chipindustrie. Ongeveer 20 tot 30 speciale machines verlaten het huis van de marktleider in Europa en toekomstige marktleider in Azië en de VS, waar momenteel 50 procent van de omzet vandaan komt.

Robotgrijpers, EOAT, grijperkits voor cobots en industriële robots

"We hebben het aan onze klanten te danken dat we sinds 2001 ook sorteersystemen voor wafels produceren", legt Sven Wollstadt uit. Oorspronkelijk hadden we alleen de lasermarkers in ons assortiment totdat een klant ons benaderde. Hij was van mening dat we met onze technologie ook de sorteerders konden produceren. Zo'n sorteer- en transfermachine voor silicium en andere wafers is de "IL C3800", die nu voor het eerst is uitgerust met mechatronische grijpers en zwenkunits. 

Zachte verwijdering van de wafels

In een modulair wafelverwerkingssysteem zijn er transportsystemen tussen de afzonderlijke stations, die de gevoelige wafels van het ene station naar het andere transporteren. Aangezien hier absolute cleanroomcondities heersen, moet deze afhandeling volledig geautomatiseerd zijn. Het is ook belangrijk om ervoor te zorgen dat noch de voor- noch de achterkant van de wafel met de robot aanraken om besmetting tijdens het proces te voorkomen.

Het wafeloverdrachtsysteem type IL C3800 heeft de taak om automatisch een cleanroom-compatibele plastic doos FOUP (front open unit pot) te openen, de daarin aanwezige wafels te verwijderen, om te keren, uit te lijnen en over te dragen aan de volgende verwerkingseenheid. Een drie-asserrobot haalt de wafels uit het laadstation en plaatst de chips zeer snel en precies op de zgn Vin (keerstation).

Zwei Gimatic grijper accepteer de wafel. De zwenkeenheid draait deze wafel, die met de verkeerde kant aankomt, absoluut synchroon met behulp van een nauwkeurige tandriemaandrijving. Tot slot plaatsen de grijpers de siliciumwafel op de zogenaamde aligner, waar deze wordt uitgelijnd voor verder transport.

Hier is een lezing beeldcamera de streepjescode van de wafel. De transfermachine geeft via ethernet de informatie in de barcode en de exacte positie van de wafer door aan het volgende bewerkingsstation, dat volautomatisch het juiste proces op de juiste plek uitvoert

200 wafels per uur in de cleanroom

"Met deze automatisering bespaart de gebruiker het tijdrovende transportproces en kan hij zich wijden aan zijn kerntaak, zoals het laserableren van lagen", legt Thomas Rölz uit, die de noodzaak uitlegt om te investeren in een machine waarvan de complexiteit pas duidelijk wordt op nadere inspectie. Maar dat ze voor de Cleanroom klasse 1 ongeveer 200 wafers per uur volautomatisch aan het proces toegevoegd, rechtvaardigen de investering.

In dit draaistation worden voor het eerst twee MPPM 1606 Gimatic grijpers en een MRE 25180 zwenkeenheid gebruikt. "Wij wilden weg van pneumatiek, omdat het te veel slijtage veroorzaakte in onze voorgaande machines, te groot was, te complex was om te implementeren en de wafers niet voorzichtig genoeg kon hanteren", beschrijft de ontwikkelingsmanager de redenen voor de overstap van pneumatiek naar mechatronica. Met name de slijtage veroorzaakt door de pneumatiek was hier niet langer acceptabel, omdat de lasermarkering absoluut deeltjesvrij moet zijn in het micrometerbereik.

Stroomloze grijpkrachtbeveiliging

"Destijds heb ik op internet gezocht wie zich specialiseerde in de vervaardiging van dergelijke mechatronische componenten", herinnert hij zich. Gimatic had beide functies die voor ons belangrijk waren in zijn producten geïmplementeerd - zowel de rotatie als een zeer compact ontwerp. “Dit zijn gewoon onze USP: klein ontwerp, eenvoudige bediening en grijpkrachtbeveiliging zelfs in spanningsloze toestand”, vult Harry Kern aan, technisch adviseur bij Gimatic Vertrieb GmbH en contactpersoon voor de laserspecialist. “We waren trouwens de eersten die een niet-elektrische grijpkrachtbeveiliging aanboden.” Het hele systeem is gepatenteerd.

 Deze vacuümgrijpers kunnen alles aan

"Dat is een heel belangrijk punt", zegt Sven Wollstadt, "dat de grijper in de staat blijft waarin hij zich de vorige keer bevond, ook als de machine uitvalt." Dit is vooral belangrijk bij de ongedefinieerde toestanden van de zwenkeenheid. Het feit dat de afzonderlijke stappen van de EU-richtlijn energie-efficiëntie om het primaire energieverbruik in 20 met 2020 procent te verminderen kan uiteraard worden voldaan met de werkwijze: eenmaal stroom aan - eindstand - klaar.

"We zijn pioniers met deze flipperkast en de onafhankelijke, parallelle werkwijze", meldt het hoofd ontwikkeling trots. Bij conventionele systemen transporteert en draait de robot de wafels één voor één.

Overweeg wafergevoeligheid

"De grootste uitdaging voor ons in deze toepassing was de gevoeligheid van de wafels", herinnert Harry Kern zich. De wafel mag alleen op de eerste millimeters van de buitendiameter worden vastgegrepen met een kracht van slechts vijf Newton. Anders zou het grijpproces de structuur vernietigen. Een pneumatische grijper kan dat niet meer.

"Een rondleiding Elektrische Gripper de kracht bouwt zich op als dat nodig is. Het tandwiel brengt de klauwen van de grijper op weerstand, d.w.z. tegen de wafel. De kaken kunnen niet verder bewegen, maar de spil blijft werken en genereert zo de grijpkracht. De controlekaart in de grijper registreert dit en schakelt bij een vooraf ingestelde kracht uit", beschrijft Harry Kern het grijpproces.

grijper | pneumatisch + elektrisch van diverse fabrikanten

Met het pneumatische systeem raakt de grijper het werkstuk met de volledige grijpkracht en zou minstens één wafel vernietigen. Innolas heeft ook carbon kaken ontworpen om deze toepassing te ondersteunen, die ook een veerfunctie hebben en zo de grijpkracht verminderen.

Het loont de moeite om mechatronica te heroverwegen

"De nieuwe ontwikkeling was al extreem complex, maar de zwenkeenheid is nu veel eenvoudiger te produceren", somt Sven Wollstadt op. Op deze manier kunnen de onderhoudskosten en ontwikkelingskosten sterk worden verlaagd.

Alleen al de productietijd is met een derde verkort. En door de eenvoudige bediening van de grijper- en zwenkeenheid is het ook mogelijk om met de digitale signalen direct naar de besturing te gaan. Het is dan ook niet verwonderlijk dat bij nieuwe ontwikkelingen alleen mechatronische grijpers worden ingezet.

De klant daarentegen kan zich verheugen op lagere totale kosten of totale eigendomskosten. Want Gimatic garandeert tot 10 miljoen onderhoudsvrije cycli. "Wij zijn de enige leveranciers die een grijper met een 3-pins 24V-controller aanbieden en daarom geen extra module nodig hebben", vult Harry Kern aan.

En de zeer eenvoudige besturingsoptie bespaart programmering en operatortraining. "De prijs/prestatieverhouding van de modules is zo goed en we hebben ze met veel plezier gebruikt", zegt Sven Wollstadt tevreden. En voegt toe aan de beoordeling: "We hebben veel leveranciers in huis, maar Gimatic was zeer betrokken en heeft ons zeer constructief ondersteund."

Voorproefje van snelheid en speld

Over het algemeen is de ontwerptrend de voorkeur te geven aan mechatronische producten boven pneumatische producten. “Niet in de laatste plaats tijdens de Industrie 4.0ontwikkeling en de komst van collaboratieve robotica vragen klanten nu specifiek naar onze producten”, zegt Harry Kern. En zo geeft hij alvast een voorproefje van nieuwe ontwikkelingen van Gimatic:

We hebben nu een speedversie in het programma, die tot 120 grijpcycli per minuut bereikt. Er is ook een grijpervariant die een signaal afgeeft wanneer de piekstroom wordt bereikt en de aandrijfmotor wordt uitgeschakeld. Dit signaal kan worden gebruikt om dit te definiëren als een "component gegrepen".

Misschien ben je ook geïnteresseerd in...

Robot Grijper | Geautomatiseerde kleine handjes

Tegenwoordig zijn robotgrijpers onmisbare gereedschappen in de industriële productie. Of het nu gaat om de auto-industrie,...

Deze vacuümgrijpers kunnen alles aan

De nieuwe vacuümgrijper serie FGS-120 van Gimatic is modulair, zeer flexibel en energiezuinig. Met de modulaire...

Gimatisch | De specialist in slimme grijpers

Een jaar na het aantreden van algemeen directeur Thomas Trefzer is er veel veranderd bij Gimatic Vertrieb GmbH in Hechingen...

vacuümpomp | Innovaties voor Industrie 4.0 + branchespecifiek

Vacuümpompen voor industriële toepassingen moeten tegenwoordig kwalitatief hoogwaardig, energiezuinig, stil en nog veel meer zijn....

Robotgrijpers en EOAT-oplossingen

Een specialiteit van de grijpertechnologie van Gimatic zijn grijpersystemen voor robots. Je bevindt je aan het einde van een robotarm...

grijper | pneumatisch, elektrisch, magnetisch

Bij geautomatiseerde productie en montage worden elektrische en pneumatische grijpers gebruikt. Terwijl een...