Mit einer nachträglichen Automatisierung auf Basis reinraumtauglicher mobiler Roboter lassen sich auch in reifen Halbleiterfabriken Produktivitätsgewinne realisieren, zeigt das Dresdner Werk von Infineon. Nach rund drei Jahren Projektdauer betreiben die Dresdener Infineon Experten mehr als 120 Roboter und mehr als 5,5km Transportsystem rund um die Uhr. Über 50% aller Prozesse finden vollautomatisch statt.
„Damit die Halbleiterchips von Jahr zu Jahr günstiger werden können, müssen wir Halbleiterproduzenten unsere Produktivität von Jahr zu Jahr im ein- bis zweistelligen Prozentbereich erhöhen“, berichtet Johannes Sturm Director Factory Logistics& Automation im Dresdner Werk von Infineon. Da die Materialkosten bestenfalls stagnieren und die Energiekosten steigen, muss ein großer Teil der Produktivitätsgewinne aus besserer Kapazitätsausnutzung und verringerten Personalkosten kommen. „Beides ist durch eine nachträgliche Automatisierung reifer Halbleiterfabriken zu erreichen“, so Sturm.
Halbleiterfabriken sind nach dem Werkstattprinzip organisiert: Lose aus je 25 Siliziumscheiben werden von Prozessschritt zu Prozessschritt transportiert. „In unserer Dresdner Fabrik sind das bis zu 1.200 Prozessschritte“, so Sturm. Aktuell werden in Dresden ca. 250 verschiedene Produkte gleichzeitig gefertigt – jedes mit einer eigenen Prozessfolge und mit unterschiedlichen Prozessparametern. Die Durchlaufzeit für die komplexen Produkte beträgt bis zu 12 Wochen.
Ein Overhead-Conveyor-System für Lostransporte und IT-Schnittstellen der Anlagen, so dass diese remote gesteuert werden können, waren bei den meisten Prozessanlagen schon vorhanden– „aber alle anderen Randbedingungen zur nachträglichen Automatisierung unser Fertigung waren denkbar ungünstig“, berichtet Sturm. Er zählt auf: „Strikte Reinraumbedingungen, unterschiedliche Werkstückaufnahmen an fast jedem Anlagentyp, enge Gänge, wenig standardisierte Vorgehensweisen in den Prozessbereichen, so gut wie keine geeignete Hardware am Markt und kaum Vorbilder in vergleichbaren anderen Fabriken.“
Dennoch habe man vor ein paar Jahren entschlossen, stufenweise mit der Automatisierung unserer Fertigung zu beginnen. Das Wichtigste war die Wahl geeigneter Partner: „Neben den IT-Firmen AIS und Systema, die für die notwendigen Anpassungen der Steuerungssoftware unserer Fertigung sorgen, sind das vor allem die Roth & Rau Ortne, die für uns die Anbindung der Robotersysteme an das Transportsystem bewerkstelligt, und die Firma HAP für das maßgeschneiderte Materialhandling mittels freiprogrammierbarer Roboter.“
Die Projektierung und Inbetriebnahme der Automation folgen in einer inzwischen standardisierten Vorgehensweise: zunächst werden alle vorbereitenden und zum eigentlichen Materialhandling begleitenden Arbeitsabläufe hinsichtlich ihrer Notwendigkeit, Automatisierbarkeit, Durchsätze und zeitlichen Abhängigkeiten analysiert. Zudem wird die Stabilität der Prozesse und Anlagen kritisch hinterfragt. „Denn stabile standardisierte Abläufe sind Voraussetzung für eine effiziente Automatisierung“, betont Sturm.
Zusammen mit dem Partner HAP wird dann auf der Basis der Analyse und der räumlichen Gegebenheiten ein geeigneter Robotergrundtyp ausgewählt, der auf die Materialaufnahmen der Anlagen hin angepasst werden muss.„HAP verfügt inzwischen über mehrere Robotergrundtypen, die reinraumtauglich und für den 7/24-Einsatz geeignet sind“, sagt Sturm. Besonders oft komme dabei der HAP-Hero (Helping Robot) zum Einsatz.
Nach rund drei Jahren Projektdauer finden über 50% aller Prozesse vollautomatisch statt. „Es hat sich gezeigt, dass der größte Vorteil der Automatisierung im kontinuierlichen Betrieb der Anlagen – sprich keine Pausen, keine Schichtwechsel- besteht, so dass das Material gleichmäßiger fließt, was letztlich zu einer erheblichen Durchlaufzeiteinsparung führt bzw. dazu genutzt werden kann, die Anlagen höher auszulasten“, sagt Sturm. Seinem Beispiel folgend interessieren sich inzwischen mehrere europäische Halbleiterhersteller für die nachträgliche Automatisierung ihrer Fabriken, so Sturm: „Und auch für andere Industriezweige kann diese Vorgehensweise interessant sein. Vor allem bei der kontinuierlichen Bestückung von teuren Anlagen rechnet sich der Einsatz von Automatisierung sehr schnell, selbst wenn die Prozessanlagen für die nachträgliche Automatisierung nicht entwickelt worden sind.“
Über seine Erfahrungen mit der mobilen Robotik spricht Dr. Johannes Sturm, Factory Logistics and Automation, Infineon Technologies Dresden, auch auf dem von der Automationspraxis gestalteten Automatica Forum ( www.automaticaforum.de). Termin Mittwoch 4. Juni 2014 12:15 – 13:00. Sein Thema „Mobile Robotik in der Halbleiterindustrie: Automatisierung bei Infineon Technologies Dresden“
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