Das richtige Verpacken von Wafer-Rohlingen für den Transport zu einer Halbleiterfabrik (Fab) ist ein kritischer Prozess. Bei den empfindlichen Trägern darf nicht die geringste Verunreinigung auftreten. Das aufwendige luftdichte Verschweißen der Transportbehälter in Spezialfolien, oftmals „Bag in Bag“ mit innerem und äußerem Beutel, erfolgt bei vielen Herstellern immer noch in zeitintensiver Handarbeit. FOSB für den Versand von bis zu 25 Wafern mit einem Durchmesser von 300 mm sind sperrig und wiegen bis zu zehn Kilogramm – für Mitarbeitende keine unerhebliche Belastung. Hinzu kommt, dass bei manueller Verpackung eine zu 100 % zuverlässige Dichtheitsprüfung meist nicht möglich ist.
„Aufbauend auf einer Einzelanfertigung für einen Kunden hat cts nun eine standardisierte modulare Gesamtlösung entwickelt, die auf Wunsch den gesamten Prozess der FOSB-Verpackung vollständig automatisiert“, erläutert Stefan Schmiedlechner, Leitung Fertigungsautomatisierung beim Automatisierungsspezialisten. „Wafer-Produzenten erreichen so in drei Ausbaustufen umfassende Prozesssicherheit, entlasten ihre Mitarbeitenden, machen sie frei für wichtigere wertschöpfende Tätigkeiten und eliminieren mögliche Fehlerquellen. Mit einer möglichen Auslastung von bis zu 10.000 FOSB pro Quartal, was 250.000 Wafern entspricht, eignet sich die Lösung sowohl für mittel dimensionierte Megafabs als auch für kleinere Gigafabs mit bis zu sechsstelligem Produktionsvolumen pro Monat. Das halbautomatische Modell ‚Manual Bagging‘ und die vollautomatische Version ‚Auto Bagging‘ gehören dabei zu den marktweit kompaktesten Lösungen und nehmen so wenig wie möglich wertvollen Platz in Reinräumen ein.“
Verpackung und Dichtheitsprüfung
Den Kern der Lösung bilden die Verpackungsmaschine für die FOSB und die Unterdruckprüfkammer zur Sicherstellung der korrekten Verschweißung der Verpackungsbeutel. Die Verpackungsmaschine bietet vier Schubladen für Verpackungsbeutel, so können durchsichtige oder blickdichte Beutel für die Bag-in-Bag-Verpackung ohne Umrüstung verwendet werden. Für den Verpackungsprozess nimmt die Maschine einen Versandbeutel aus dem entsprechend passenden Magazin, spannt ihn auf und ein Greifarm hebt die FOSB in den geöffneten Beutel. Daraufhin wird die Öffnung gefaltet, verschweißt und dabei zusätzlich Prüfgas, eine Mischung aus Helium und Stickstoff, auf ein konfigurierbares Level in den Beutel geleitet. Der luftdichte Verschluss der Verpackung wird dann im Nachgang in der Unterdruckprüfkammer verifiziert und kann so für jede verpackte FOSB dokumentiert werden. Mit entsprechenden Umrüstmaßnahmen lässt sich die Verpackungsmaschine auch für kleinere Trägersysteme nutzen.
Stufe 1 – Automatisches Verpacken in Transportbeutel
In der ersten Stufe zur vollautomatischen Lösung wird die Platzierung der FOSB in die Einführungsschiene der Maschine noch durch den Bediener erledigt, danach übernimmt das System. Nach Abschluss der Verschweißung erfolgt die manuelle Übergabe an die Prüfkammer, die ihre Arbeit wiederum automatisch ausführt. Ist eine Bag-in-Bag-Verpackung gewünscht beziehungsweise erforderlich, findet eine zweite Runde statt, beginnend mit der manuellen Übergabe von der Prüfkammer wieder zur Einführungsschiene der Verpackungsmaschine durch den Bediener. Die Vorabkontrolle auf korrekten Sitz der Wafer in den FOSB und deren Sicherungsmechanismen sowie die Etikettierung der fertig verpackten Einheiten erfolgt in diesem Stadium noch manuell. „Manual Bagging“ erfordert den geringsten Platzbedarf. Die Verpackungsmaschine belegt nur 1,8 m x 3,8 m und die Prüfkammer kommt mit einer Stellfläche von rund einem Quadratmeter aus.
Stufe 2 – Automatisierung von Zuführung, optischen Kontrollen und Etikettierung
Stufe 2 automatisiert den Prozess der versandfertigen Verpackung bereits weitestgehend – realisiert über Vision-, Label- und Industrierobotertechnologie. Sowohl die Verpackungsmaschine, die Prüfkammer, zwei Roboter sowie weitere Komponenten werden in einer 5,5 m x 4,5 m großen Komplettzelle integriert, die über ein Zuförderband für die unverpackten FOSB sowie ein Ausförderband für die verpackten FOSB verfügt.
Die zugeführten FOSB werden, wie in der Halbleiterindustrie üblich, per RFID identifiziert und die erforderlichen Parameter vom Host-System via SECS/GEM-Schnittstelle abgefragt. Auf Basis der erhaltenen Informationen erfolgt die Überprüfung der FOSB auf korrekten Sitz und Anzahl der Wafer sowie die Kontrolle aller Anbauteile an der Box. Hierfür kommt ein Hightech-Visionsystem des renommierten Herstellers senswork zum Einsatz. Das gesamte Handling der FOSB inklusive der Zuführung zur Verpackungsmaschine, dem Anbringen von Trockenmittelbeuteln (TMB) sowie der Übergabe an die Prüfkammer erfolgt vollautomatisch durch die Industrieroboter. Sie führen die FOSB auch zum ebenfalls vollautomatischen Labeln – samt anschließender Gegenprüfung des Labels auf korrekten Druck per Kameratechnik. Die Packmittel sowie die Anzahl der Beutelschichten werden über das Host-System mitgeteilt und bestimmen somit den Prozessfluss. Die verpackten FOSB werden anschließend mittels Ausförderband für den Weitertransport zur Verfügung gestellt. Für die automatische Aussortierung fehlerhafter Einheiten kann hier auch eine zweite Schleuse integriert werden.
Stufe 3 – Automatisierter Transport durch autonome intelligente Transportroboter
In der dritten und höchsten Stufe sind dann auch die Übergabe der FOSB auf das Zuförderband und die Abholung an den Ausgabeschleusen vollständig automatisiert. Durch an Reinraumanforderungen angepasste AMR (Autonomous Mobile Robots) aus dem cts-Smart-Logistics-Portfolio kann ein vollkommen autonomer, automatisierter Transportprozess ohne aufwendige Umbauarbeiten in vorhandenen Umgebungen möglich gemacht werden. Transportrobotersysteme des Unternehmens lassen sich dazu in bereits bestehende Flotten nahtlos integrieren. Mit der jahrzehntelangen Erfahrung des Unternehmens können jedoch auch vollständig neue kundenindividuelle Konzepte erstellt werden – inklusive Flottensteuerung in allen gewünschten Bereichen und umfassender Anbindung an Unternehmenssysteme wie MES oder ERP.
Automatisierung schafft Prozesssicherheit und erhöht die Effizienz
Der Leistungs-, Zeit- und Kostendruck in der Elektronikfertigung wächst stetig an. Mit smarten Automatisierungslösungen lassen sich gleich mehrere Ziele erreichen: Prozesse werden deutlich besser beherrschbar, Fehlerquoten sinken signifikant, der Output steigt und Mitarbeiter werden von anstrengenden und zeitraubenden Tätigkeiten befreit. Dies gilt besonders auch für den sicheren Transport von Wafern – Beschädigungen durch Fehler in der Verpackung können rasch sehr hohe Kosten im fünfstelligen Bereich verursachen, was sich mit dem Einsatz geeigneter Lösungen wie dem Bagging-System verhindern lässt.
