Lo specialista di Dresda ha integrato i sistemi di ricarica contactless di Wiferion, marchio del gruppo PULS, nei robot che trasportano le cassette di wafer. I pad sono annegati nel pavimento flottante, la ricarica avviene durante le fasi di carico e scarico e non si genera alcuna particella da abrasione.
Una quota consistente dell'elettronica di potenza e dei componenti automotive esce ancora da stabilimenti progettati trent'anni fa. Le fab per wafer da 200 mm, costruite in larga parte tra gli anni Novanta e i primi Duemila, restano in esercizio con flussi di materiale in parte manuali. Portarle a un livello di automazione paragonabile a quello delle linee da 300 mm non è un'operazione semplice: i vincoli di pulizia sono gli stessi, ma le infrastrutture sono cresciute per stratificazione e mal si prestano a interventi radicali.
È in questo segmento che lavora da oltre trent'anni Fabmatics, società di Dresda con più di 300 dipendenti e clienti in Europa, Asia e Stati Uniti. Il portafoglio va dal trasporto e stoccaggio dei materiali all'identificazione dei wafer. Tra i prodotti di punta c'è HERO Fab, robot mobile che movimenta in autonomia le cassette di wafer tra le macchine, anche su più livelli, e che grazie alla struttura modulare si adatta al layout del singolo stabilimento. Per anni, però, il punto debole è stato l'alimentazione.
Una questione di particelle
Un robot che opera in camera bianca deve essere ricaricato all'interno dell'ambiente controllato. Portarlo all'esterno significherebbe aumentare il rischio di contaminazione e mettere a repentaglio interi lotti di wafer. Ma anche la ricarica in loco, con le tecnologie tradizionali, pone problemi. Contatti striscianti e connettori rilasciano particelle da abrasione a ogni inserzione, e in un ambiente dove una contaminazione minima può tradursi in danni milionari non è un rischio accettabile.
C'è poi il nodo dei materiali. Il rame, presente in molte soluzioni a contatto, in camera bianca è bandito perché può danneggiare la superficie dei substrati. Le alternative sperimentate, acciaio inossidabile e argento, secondo l'azienda non hanno dato risultati soddisfacenti sul campo.
Dal 2013 a oggi
Fabmatics aveva pensato alla ricarica induttiva già per la prima generazione dei suoi robot, lanciata nel 2013. «L'energia trasferibile dai sistemi disponibili all'epoca non era sufficiente per le nostre esigenze, e Wiferion ancora non esisteva», racconta Carsten Grunert, responsabile dello sviluppo prodotto. L'azienda ripiegò allora su una tecnologia di ricarica a contatto integrata nel pavimento, che secondo lo stesso Grunert comportava usura elevata, costi di manutenzione significativi e poca flessibilità.
Con la seconda generazione il quadro era cambiato. Wiferion si era presentata sul mercato come il primo fornitore in grado di trasferire in modo induttivo fino a 60 A, corrente sufficiente a tenere in servizio continuo un robot mobile in camera bianca. Insieme al partner PohlCon, Fabmatics ha sviluppato pad di ricarica che si inseriscono nel pavimento flottante al posto di un normale pannello, senza opere di ristrutturazione. L'energia passa attraverso un campo magnetico, senza contatto fisico e quindi senza particelle. Spariscono anche catene portacavi e contatti esposti, con un vantaggio sul fronte della sicurezza antincendio: niente abrasione, niente scintille.
Ricaricare mentre si lavora
Il guadagno più rilevante, però, è organizzativo. I robot non seguono finestre di ricarica programmate: si ricaricano durante il ciclo normale, per esempio mentre caricano o scaricano una cassetta. La tolleranza di posizionamento del sistema Wiferion è tale che basta una breve sosta sopra il pad, e piccoli scostamenti non interrompono il trasferimento di energia. Ogni pausa contribuisce a mantenere stabile il livello della batteria. Non servono zone di ricarica dedicate, soste lunghe o interventi manuali, e lo spazio occupato si riduce di conseguenza.
L'infrastruttura, modulare, segue le modifiche di layout. In stabilimenti che vengono ampliati e riconfigurati di continuo, è un requisito più che un'opzione. «Il funzionamento 24 ore su 24 lo garantivamo anche prima», osserva Grunert, «ma oggi è molto più flessibile, senza manutenzione e con la massima pulizia di processo».
Dal pavimento alle pareti
La stessa tecnologia è stata estesa ad altre famiglie di robot che la ricarica convenzionale aveva finora limitato. I pad possono essere montati anche in verticale, a parete, e si prestano quindi ad applicazioni come i sollevatori tra piani. Nel trasporto multipiano il vantaggio è evidente: senza collegamenti meccanici né catene portacavi si eliminano ostacoli sul percorso e potenziali inneschi, e l'integrazione nella produzione in corso avviene senza rumore né interruzioni.
Il caso Fabmatics dice qualcosa di più generale sulle fab da 200 mm. La competitività di queste linee, spinta dalla domanda di elettronica di potenza e automotive, passa per interventi di retrofit a basso impatto più che per ricostruzioni complete. Carenze di personale qualificato, costi energetici e fragilità della supply chain hanno reso l'automazione una condizione di sopravvivenza industriale. E in camera bianca anche un dettaglio come il modo in cui si ricarica una batteria può decidere se un progetto di automazione sia praticabile o no.
