Robotics.org: Roboty przemysłowe i wizja robotowa w branży elektroniki i półprzewodników

autor: Bennett Brumson
Robotic Industries Association

Robotyka przemysłowa jest bardzo ważnym elementem branży półprzewodników i branży elektronicznej. Skomplikowane operacje montażu i obfitość drobnych detali sprawiają, że elastyczna robotyka jest idealnym rozwiązaniem w szybko zmieniającym się rynku elektroniki i półprzewodników.

„Klienci firmy Kawasaki, dostawcy półprzewodników, stosują roboty w produkcji wafli, zanim zostaną one pocięte na mikroczipy. Jako że mikroczipy są poddawane nieustannej miniaturyzacji, wymagają mniej mocy do działania – dlatego smartfony są coraz cieńsze i mają coraz więcej możliwości” – mówi Barney Huang, Dyrektor ds. Sprzedaży i Marketingu w Kawasaki Robotics USA Inc. „Mikroczipy są coraz gęściej umieszczane w urządzeniach elektronicznych”. Robotyka odgrywa zatem kluczową rolę w upraszczaniu metod produkcji elektroniki i półprzewodników, mówi Huang.

______________________________________________________________________________________

Elektronika jest esencją kapryśnego rynku konsumenckiego. Producenci potrzebują szybkości i elastyczności, aby z zyskiem sięgać po segmenty rynku zanim zmienią się upodobania klientów. „Widzę trend zapotrzebowania na mniejsze i szybsze roboty. Małe roboty świetnie nadają się do przenoszenia małych detali. Linie produkcyjne muszą działać szybko w branży elektroniki i półprzewodników” – mówi Chris Blanchette, Account Manager w FANUC Robotics America

Kontynuując, Blanchette dodaje: „Producenci robotów opracowują różne typy robotów, aby sprostać wymaganiom branży elektroniki i półprzewodników, w tym także bardzo szybkie roboty delta. Również roboty 6-osiowe sprawdzają się w tej branży – gdy trzeba zorientować detal np. na więcej niż jednej płaszczyźnie. Stosowanie robotów 6-osiowych w połączeniu z dużą szybkością działania jest ważnym trendem w produkcji małych części elektronicznych” – mówi Blanchette. „Zrobotyzowany montaż konektorów jest trendem rosnącym. Ta aplikacja wymaga precyzji ze względu na wyjątkowo małe detale. Montaż komponentów na płytce drukowanej wymaga finezji, czego nie da się osiągnąć w przypadku maszyn typu chip shooter. Blanchette dodaje, że robotyzacja to bardzo efektywne kosztowo rozwiązanie w aplikacji umieszczania komponentów na płytkach. „Po zakończeniu montażu płytek, trzeba je ułożyć zbiorczo. Roboty są świetnym narzędziem do tworzenia modułów elektronicznych”.

Szybkie przenoszenie wafli silikonowych bez uszkodzenia ich to fundamentalne zadanie dla robotów. Jako że rozmiary wafli zwiększają się sukcesywnie, zadanie robi się coraz bardziej wymagające. Roboty są stworzone nie tylko do sprostania takim wymaganiom, ale wywiązują się nadzwyczaj dobrze z tych obowiązków – nie uszkadzają komponentów.

„Roboty zajmują się waflami szybko i z wysoką powtarzalnością. Branża elektroniki i półprzewodników stawia robotom nowe zadanie – przenoszenie wafli o większych niż dotychczas rozmiarach” – mówi Huang. „Kiedyś wafle miały 12.5 mm średnicy, teraz 150 mm, a nawet 300 mm. Rynek półprzewodników kieruje się w stronę standardu 450 mm. Producenci inwestują raczej w elastyczną robotykę niż w tradycyjne maszyny – właśnie z powodu zmieniających się rozmiarów wafli.

Huang wyjaśnia, dlaczego branża elektroniki i półprzewodników stale naciska na zwiększanie rozmiarów wafli. „Producenci mogą uzyskać więcej czipów na jednym waflu, przy wykorzystaniu tej samej ilości personelu i sprzętu. Przyczynia się to do redukcji kosztów, gdyż nie trzeba produkować większej ilości wafli. A robot ma przenosić te czipy i wafle bez wzniecania wibracji. Wafel jest tak cienki, że łatwo może wibrować, co powoduje odpadanie cząstek”.

Roboty pozwalają na szybkie przenoszenie cienkich wafli bez rozrzucania cząstek w pomieszczeniach czystych. „Roboty są bardziej efektywne kosztowo, szybsze, dokładniejsze, powtarzalne i czystsze niż tradycyjne maszyny” – podsumowuje Huang.

______________________________________________________________________________________

Szybkość robotów oraz wykorzystanie systemów wizyjnych w aplikacjach branży elektronicznej to tematy, które porusza Patrick Laughter, Engineering Associate w DENSO Robotics. „Systemy wizyjne są szybsze, czasy przetwarzania są krótsze, a oprogramowanie jest bardziej przyjazne użytkownikowi. Systemy są coraz bardziej kompaktowe”.

Robotyka wyposażona w wizję odgrywa coraz większą rolę w inspekcji i testowaniu elektroniki, aby dać pewność, że półprzewodniki działają bez zarzutu.

„Zrobotyzowana inspekcja i testowanie produktów to znaczące aplikacje w branży elektronicznej. Implementacja kamer o wyższej rozdzielczości jest ważna, ponieważ w branży elektronicznej posługujemy się wieloma małymi i jednocześnie delikatnymi detalami. Kamery o wysokiej rozdzielczości mają zlokalizować detal i zbadać jego konkretne cechy” – mówi Blanchette. „System wizyjny zintegrowany w robocie jest sprawą krytyczną dla prowadzenia detalu i tam, gdzie użytkownik końcowy mógłby stosować ten system wizyjny do inspekcji.” Systemy od innych producentów mogą przydać się w wyszukanych procesach zrobotyzowanej inspekcji. Roboty przemysłowe są szeroko stosowane w montażu i testowaniu wafli w procesach produkcji paneli słonecznych.

Laughter dodaje: „Oprogramowanie systemów wizji robotowej przeprowadza analizę i inspekcję telefonów komórkowych. Roboty używają systemu wizyjnego do testowania częstotliwości radiowej i oprogramowania telefonów komórkowych. Robot dotyka ekranu, czeka na reakcję albo zmianę w oprogramowaniu. Kiedy robot dotyka ikonki na ekranie telefonu, system wizyjny znajduje tę ikonę i mówi robotowi, gdzie nacisnąć. System wizyjny weryfikuje poprawne działanie oprogramowania”.

______________________________________________________________________________________

Blanchette wspomina o kamerach w zrobotyzowanych systemach wizyjnych stosowanych w branży elektroniki i półprzewodników. „Robienie zdjęcia w locie to nowy trend. Ze względu na wysokie wskaźniki wydajności w branży elektroniki i półprzewodników, zatrzymanie robota, aby system wizyjny mógł zrobić zdjęcie każdego detalu, nie wchodzi w grę. Producenci powinni mieć swobodną możliwość uzyskania kontroli jakości w locie.”

Huang zaznacza także, że roboty wyposażone w system wizyjny są podstawą skutecznej inspekcji produktów w branży elektroniki i półprzewodników. „Wizję stosuje się do wykrywania defektów na czipach i wycięć na waflach. Każdy wafel ma wycięcie na jednej z krawędzi, aby mogły być poprawnie układane”.

Stosowanie zrobotyzowanych systemów wizyjnych w branży elektroniki i półprzewodników stwarza nowe wyzwania, szczególnie w środowisku wilgotnym. „Roboty są coraz częściej używane w mokrym cięciu wafli i ich przenoszeniu po tym procesie. Procesy te wymagają od sprzętu stopnia ochrony IP 67 – tak, aby roboty i system wizyjny mogły funkcjonować w środowisku wilgotnym bez korozji czy trwałych uszkodzeń” – dodaje Blanchette.

______________________________________________________________________________________

Od jakiegoś czasu, branża elektroniki i półprzewodników przeniosła sporą część produkcji do azjatyckich krajów charakteryzujących się tanią siłą roboczą. Roboty wyposażone w systemy wizyjne mogą sprawić, że produkcja wróci do krajów macierzystych, przez co zwiększy zatrudnienie.

„W dwóch ostatnich latach, zauważyliśmy, że branża elektroniki i półprzewodników robi spory wysiłek, aby przywrócić istnienie fabryk w Ameryce Północnej. Użytkownicy końcowi twierdzą, że niepodważalnym powodem ku temu jest kwestia jakości i kosztów. Przedsiębiorstwa przekonały się, że zastosowanie większej ilości robotów w procesach produkcyjnych wymaga mniej siły roboczej, aby konkurować na rynku światowym” – mówi Blanchette. „Robotyka pozwala producentom uruchomić macierzyste fabryki i zatrudnić kwalifikowaną siłę roboczą do programowania robota oraz tanią siłę roboczą do przynoszenia detali do celi zrobotyzowanej.”

Blanchette dodaje, że elastyczna robotyka jest tańsza we wdrożeniu niż dedykowana twarda automatyka. „Inteligentne roboty z systemem wizyjnym pozwalają producentom zredukować zastosowanie twardej automatyki i narzędzi tradycyjnie stosowanych w branży elektroniki i półprzewodników i jednocześnie jest rozwiązaniem ekonomicznym”. W przypadku produkcji na rynku macierzystym, dostawcy nie muszą czekać na wysyłkę towarów zza granicy.

Oprócz zalet związanych z kosztami, jakością i dostawami, robotyzacja macierzystej fabryki – jak twierdzi Huang – pozwala na ochronę własności intelektualnej i tym samym bardzo szybki rozwój zakładu produkcyjnego.

Dodatkowo niektóre roboty, jak np. te produkowane przez FANUC Robotics, mogą być wyposażone w inteligentny czujnik siły, szczególnie przydatny w montażu małych części elektronicznych w określonej pozycji i z określonym obrotem i/lub dociskiem.

Wraz ze zwiększaniem szybkości działania robotów, ich precyzji i inteligencji, ich rola w produkcji elektroniki i półprzewodników będzie wzrastać w Ameryce Północnej i na całym świecie. „W ciągu najbliższych 3-5 lat, roboty będą coraz bardziej inteligentne, coraz mniejsze i bardziej precyzyjne. Roboty 4- i 6-osiowe są coraz częściej stosowane w porównaniu do tradycyjnych robotów kartezjańskich w procesach montażu detali elektronicznych” – mówi Blanchette. Wartość dodana tej aplikacji pochodzi z dużo prostszej implementacji procesu przy dużo niższej cenie.

Źródło: Źródło: Robotics.org; Bennett Brumson, "Robots and Vision for Semiconductors and Electronics Manufacturing"; tłumaczenie i redakcja: Joanna Kowalkowska, Robotyka.com