Automatisierung für eine flexible und zukunftssichere Halbleiter- und Unterhaltungselektronikfertigung

Branchenübergreifend liegt die Zukunft der Fertigung in der Automatisierung (Abbildung 1). Mit der richtigen Ausrüstung kann flexibel auf Herausforderungen wie Lieferkettenlogistik, Arbeitskräftemangel, Personalfluktuation, Umschulung, Sicherheit, steigende Produktnachfrage und ständige Änderungen im Produktdesign reagiert werden. Gleichzeitig können manuelle Prozesse reduziert, Kosten gesenkt und die Produktivität gesteigert werden. All dies kann ohne Qualitätseinbußen erreicht werden. Wenn Hersteller Automatisierungssysteme einführen, werden diese Systeme sogar noch leistungsfähiger, flexibler und effizienter, was den iterativen Prozess der Qualitätsverbesserung vereinfacht.

Abbildung 1: In Branchen wie der Halbleiterindustrie und der Unterhaltungselektronik gestalten Fortschritte in der automatisierten und additiven Fertigung die Zukunft. (Bildquelle: Getty Images)

Viele Unternehmen stellen bereits auf Automatisierung um, während sie ihre globalen Fertigungsstrategien überdenken, aber die Geschwindigkeit der Einführung ist unterschiedlich. In vielen Fällen geht es um Aufklärung und Unterstützung, um zu verstehen, was jetzt möglich ist.

Werfen wir einen Blick darauf, wie Automatisierung, Robotik und der einfache Zugang zu modernsten additiven Fertigungsverfahren der Halbleiter- und Unterhaltungselektronikindustrie zugute kommen können. Dabei werden wir uns einige der bereits verfügbaren Automatisierungs- und Steuerungstechnologien ansehen, um Ihnen den Einstieg zu erleichtern.

Automatisierung in der Halbleiterfertigung

Die strengen Anforderungen in der Halbleiterfertigung machen das Arbeitsumfeld für die Mitarbeiter zu einer großen Herausforderung, da in den Reinräumen Kleiderordnung und Protokolle eingehalten werden müssen und das Tageslicht fehlt, um Schäden an den Wafern zu vermeiden. Gleichzeitig sind viele Prozesse in der Halbleiterindustrie bereits auf höchste Präzision ausgelegt, so dass bereits Automatisierungslösungen im Einsatz sind. Die Kombination aus Arbeitsbedingungen und Präzisionsfertigung macht die Halbleiterindustrie zu einem idealen Umfeld für die weitere Automatisierung. Zu den spezifischen Bereichen, die Möglichkeiten zur Automatisierung bieten, gehören:

Materialhandhabung: In vielen Fabriken wird dies noch von Hand erledigt. Da die Chips sehr vorsichtig gehandhabt werden müssen, birgt der manuelle Transport gewisse Risiken, da schon leichte Erschütterungen zu Defekten führen können. Hier können mobile Roboter und/oder kollaborative Roboter (Cobots) Unterstützung leisten. Cobots sind Industrieroboter, die in der Regel Seite an Seite mit den Arbeitern im Produktionsprozess arbeiten und mit Schutzkäfigen oder anderen Vorrichtungen ausgestattet sind, um die Sicherheit der Arbeiter zu gewährleisten. Cobots können auch zu Transportzwecken mobil sein.

Beleuchtung: Der Bedarf an künstlicher Beleuchtung in Waferfabriken erfordert moderne Beleuchtungssysteme mit intelligenter automatischer Steuerung.

Kühlen: Die automatisierte Steuerung von Kühlprozessen wird immer wichtiger. Dies benötigt einen genauen Blick auf die Steuerung von Flüssigkeitspegel und Durchfluss.

Bilderfassung: Die Automatisierung vieler Produktionsschritte, von der Produkthandhabung bis zur Inspektion, ist ohne maschinelle Bilderfassung nicht möglich.

Robotik bringt Flexibilität

Die Robotik ist eine Möglichkeit, eine Aufgabe zu automatisieren, wodurch Industrieroboter für die moderne Fertigung unverzichtbar sind. Sie führen eine Vielzahl von Funktionen aus, wie z. B. den Materialtransport, und koordinieren gleichzeitig Aufgaben mit anderen Formen der Automatisierung. Ein großer Vorteil der Robotik gegenüber der stationären oder „harten“ Automatisierung ist ihre Flexibilität. Einem Roboter kann in relativ kurzer Zeit und zu geringen Kosten eine neue Aufgabe zugewiesen werden. Im Gegensatz dazu kann bei der „harten“ Automatisierung selbst eine kleine Änderung am Produkt oder Prozess teuer und schwierig zu implementieren sein und eine Umschulung der Mitarbeiter erfordern.

Bei DigiKey erhältliche Roboter und Cobots können zur Unterstützung verschiedener Automatisierungsaufgaben in der Halbleiter- und Unterhaltungselektronikproduktion konfiguriert werden. Für den Einstieg benötigen Sie eine detaillierte Spezifikation der Aufgaben in der Halbleiterproduktion. Dann müssen Sie eine flexible, umprogrammierbare Lösung für diese sich ständig ändernden Aufgabendefinitionen finden, die sowohl in neue als auch in alte Produktionslinien integriert werden.

Um mit der Robotik zu experimentieren, können Sie den Ned-Cobot von Niryo ausprobieren (Abbildung 2). Es handelt sich um einen sechsachsigen Cobot, der auf Open-Source-Technologie basiert und speziell für den Bildungsbereich entwickelt wurde.

Abbildung 2: Wie der adaptive Greifroboter Ned von Niryo bieten die Roboter Flexibilität, da sie schnell für verschiedene Aufgaben umprogrammiert werden können. (Bildquelle: Niryo)

In der Robotik ist ein Endeffektor, wie z. B. der Adaptive Greifer von Niryo (Abbildung 3), das Gerät am Ende eines Roboterarms, das für die Interaktion mit der Umgebung vorgesehen ist. Die genaue Beschaffenheit dieser Vorrichtung hängt von der Anwendung ab. In der strengen Definition, die von seriellen Robotermanipulatoren stammt, bezeichnet der Endeffektor das letzte Glied (oder Ende) des Roboters. Die große Auswahl an Endeffektoren macht es einfach, die richtige Lösung für eine bestimmte Anwendung zu finden.

Abbildung 3: Der adaptive Greifer ist der Endeffektor für den Niryo-Greifroboter. (Bildquelle: Niryo)

Wie nicht anders zu erwarten, gibt es eine Fülle von Roboterzubehör, von Näherungsschaltern über Halterungen bis hin zu Gelenken.

Fertigung für Verbraucherelektronik

Die Herstellung von Unterhaltungselektronik wird immer komplexer, da die Größe der Bauteile und Schaltkreise immer weiter schrumpft. Hohe Komponentendichte, kleine Abstände, mehrere Schichten und kleine, empfindliche Teile, die präzise platziert werden müssen, sind nur einige der Probleme, denen die Hersteller begegnen. Die Rekonfigurierbarkeit von Roboterarbeitszellen wird zunehmend zur Anpassung an neue Angebote der Unterhaltungselektronik genutzt. Systeme, die mit denen in der Halbleiterfertigung vergleichbar sind, werden auch in der Fertigung der Unterhaltungselektronik eingesetzt, darunter Roboter, Cobots und Bildverarbeitungssysteme.

Additive Fertigung

Die additive Fertigung mit 3D-Druckern erleichtert die frühe Konzeptionsphase und das Prototyping. Sie ist auch nützlich, wenn Sie dringend Teile, Vorrichtungen, Werkzeuge und Handhabungszubehör benötigen. Doch nicht jeder hat einen 3D-Drucker und die entsprechenden Materialien. Stattdessen können Sie ein 3D-Modell hochladen, und Jabil druckt es für Sie und liefert es innerhalb von fünf Werktagen aus.

Fazit

Zukunftssichere automatisierte Fertigungslinien für die Halbleiter- und Unterhaltungselektronik müssen hochflexibel sein, damit sie für mehr als eine Produktionsgeneration eingesetzt werden können und immer komplexere und anspruchsvollere Bauteile und Schaltungen verarbeiten können. Durch die Partnerschaft mit DigiKey können Entwickler von hochmodernen Produktionslinien sicher sein, dass sie ein umfassendes Angebot an Automatisierungs- und Steuerungslösungen erhalten, um ihre Anforderungen zu erfüllen.