หุ่นยนต์หยิบยกชิ้นงานคาร์ทีเชียน, SCARA, และแบบหกแกนจะเพิ่มประสิทธิภาพและปรับปรุงกระบวนการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างไร

บทนำ

จากการประมาณการ ในขณะนี้การใช้หุ่นยนต์ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นคู่แข่งกับการใช้หุ่นยนต์อุตสาหกรรมยานยนต์ ซึ่งไม่น่าแปลกใจ เนื่องจากชิปประดิษฐ์ ส่วนประกอบ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประกอบเสร็จมีมูลค่าสูง ดังนั้นพวกเขาจึงควรลงทุนในเทคโนโลยีระบบอัตโนมัติ แต่เรื่องที่ซับซ้อนคือปริมาณและอัตราการผลิตต้องสูง และผลิตภัณฑ์ยังละเอียดอ่อน เนื่องด้วยเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์สำหรับบางการใช้งานมีความหนาเพียง 140 µm ตัวแปลเหล่านี้ต้องการการจัดการที่แม่นยำด้วยระบบการเคลื่อนไหวและระบบหุ่นยนต์ที่มีการเข้าถึง มีความเร็ว ความแรง และความคล่องแคล่วที่เหนือชั้น รวมถึงการปฏิบัติตามมาตรฐานคลีนรูม

รูปที่ 1: เวเฟอร์ที่ละเอียดอ่อนถูกวางลงในเครื่อง Atomic Layer Deposition ที่อยู่ภายในคลีนรูม (แหล่งที่มาภาพ: Dreamstime)

การเร่งนำวิทยาการหุ่นยนต์มาใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์คือการใช้หุ่นยนต์หกแกน, แขนหุ่นยนต์ประกอบชิ้นส่วน (SCARA), เครื่องจักรแบบคาร์ทีเซียน และหุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงานที่มีฮาร์ดแวร์ที่กำหนดค่าใหม่ได้หรือเป็นแบบโมดูลาร์ รวมทั้งซอฟต์แวร์ที่รวมเป็นหนึ่งเดียวเพื่อทำให้การใช้งานง่ายขึ้นเป็นอย่างมาก

หุ่นยนต์เหล่านี้รวมทั้งอุปกรณ์เสริมต้องได้รับการออกแบบ มีพิกัด และติดตั้งในห้องคลีนรูม มิฉะนั้นอาจเสี่ยงต่อการปนเปื้อนของเวเฟอร์ที่บอบบาง ข้อกำหนดจาก ISO 14644-1:2015 จำแนกความสะอาดของอากาศในห้องคลีนรูมตามความเข้มข้นของอนุภาค ดังนั้นจึงมีการพึ่งพาอย่างมากเป็นพิเศษกับ:

• การรวม การห่อ การจัดส่ง และวิธีการติดตั้งที่แม่นยำเพื่อป้องกันฝุ่นละอองจากภายนอกเข้าไปในคลีนรูม
• สารเคลือบชนิดพิเศษที่จะไม่หลุดล่อนหรือเสื่อมสภาพ
• กล่องสแตนเลสและองค์ประกอบอื่น ๆ
• สารหล่อลื่นแบบก๊าซเฉื่อยและไม่เป็นก๊าซชนิดพิเศษสำหรับชิ้นส่วนเครื่องจักรกล
• ชิ้นส่วนที่เป็นสุญญากาศภายในตัวหุ่นยนต์เพื่อนำอนุภาคใดๆ ไปยังบริเวณไอเสียที่แยกจากกัน
• การซีลแบบพิเศษในข้อต่อหุ่นยนต์ทั้งหมด

การซีลแบบพิเศษนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับหุ่นยนต์ความเร็วสูงที่ตอบสนองความต้องการอัตราปริมาณงานเซมิคอนดักเตอร์สูง แต่กำจัดอนุภาคได้มากกว่าอุปกรณ์ที่เคลื่อนที่ช้า

รูปที่ 2: การใช้หุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติอื่นๆ สำหรับการผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์ขยายออกไปนอกคลีนรูม (แหล่งที่มาภาพ: Dreamstime)

สรุปความเชี่ยวชาญของหุ่นยนต์แต่ละประเภท

แม้ว่าการใช้งานจะทับซ้อนกันมาก แต่หุ่นยนต์หกแกนมีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โดย SCARA เคลื่อนย้ายชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แบบ 360° เพื่อดำเนินการหยิบและวางเวเฟอร์และงานประมวลผลได้รวดเร็วและแม่นยำกว่าตัวเลือกอื่นๆ ในทางกลับกัน หุ่นยนต์คาร์ทีเซียนมักจะเกี่ยวข้องกับการทดสอบเซมิคอนดักเตอร์และงานบรรจุภัณฑ์ เช่นเดียวกับการประมวลผลผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์รูปแบบขนาดใหญ่ และหุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงาน (โคบอท) ถูกนำมาใช้เพื่อเชื่อมโซนคลีนรูมที่มีการป้องกันสูงไปยังส่วนต่างๆ ของคลีนรูมที่บุคลากรในโรงงานสามารถผ่านเข้าไปได้ นอกจากนี้ โคบอทส์ยังเห็นการใช้งานการบัดกรีและงานอื่นๆ เมื่อขอบเขตของการดำเนินการแบบแมนนวลได้เพียงอย่างเดียว

รูปที่ 3: การบัดกรีอัตโนมัติของชิ้นส่วนชิปบน PCB (แหล่งที่มาภาพ: Dreamstime)

แม้จะอยู่นอกเหนือขอบเขตของบทความนี้ แต่การออกแบบแบบขนาน-จลนศาสตร์ที่เรียกว่าเดลต้าโรบอตก็กำลังได้รับการนำไปใช้เพิ่มขึ้นเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการประกอบผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ไม่ว่าจะใช้งานเพียงตัวเดียว รวมกันเป็นคู่ หรือทำงานร่วมกับ SCARA ในเซลล์ทำงาน หุ่นยนต์เดลต้าในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ให้ความสามารถในการหยิบและบรรจุที่รวดเร็วและคล่องตัวเป็นพิเศษ อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้งานเหล่านี้ในบทความเกี่ยวกับหุ่นยนต์เดลต้าในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ใน digikey.com หุ่นยนต์เดลต้าเพิ่มประสิทธิภาพและปรับปรุงกระบวนการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างไร ในความเป็นจริง จลนศาสตร์ของเดลต้าให้ความแม่นยำและการทำซ้ำเพื่อความเหมาะสมในการประกอบอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

วิทยาการหุ่นยนต์พึ่งพาเอนด์เอฟเฟกเตอร์เพื่อประสิทธิภาพการทำงาน

เครื่องมือปลายแขนกลระดับคลีนรูมขั้นสูง (EoAT หรือ เอนด์เอฟเฟกเตอร์ ) เช่น กริปเปอร์เป็นแกนหลักในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โดย EOAT ต้องมีไดนามิกสูงและความสามารถในการดำเนินการติดตาม การวาง และการประกอบด้วยความแม่นยำที่แน่นอน ในบางกรณี EoAT Force Feedback หรือ Machine Vision จะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการจัดการชิ้นส่วนโดยให้ความสามารถในการปรับเปลี่ยน ดังนั้น รูทีนการหยิบและวางจึงดำเนินการได้อย่างรวดเร็ว แม้ว่าตำแหน่งชิ้นงานจะมีความแปรปรวนอยู่บ้างก็ตาม ความก้าวหน้าของเซ็นเซอร์และฟีดแบ็คดังกล่าวในบางครั้งอาจทำให้การจัดการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนของโซลูชันเดิมไม่จำเป็น

รูปที่ 4: ส่วนประกอบขนาดเล็ก กริปเปอร์ EGK ได้รับการหล่อลื่นด้วยจาระบีระดับ H1 และการรับรองสปอร์ตคลีนรูม (แหล่งที่มาภาพ: SCHUNK Intec Inc.)

รูปที่ 5: การผลิตอิเล็กทรอนิกส์ใช้หุ่นยนต์จำนวนมากในการทดสอบบอร์ด (แหล่งที่มาภาพ: Dreamstime)

พิจารณาว่าเซลล์ทำงานที่ยืดหยุ่นที่มีหุ่นยนต์หกแกนมักจะทำงานสองอย่างขึ้นไป เช่น การจัดการชิ้นงานทั่วไป สายพานลำเลียงและเครื่องจักรอื่น ๆ การตัดเฉือน การประกอบ และบรรจุภัณฑ์ได้อย่างไร ในทำนองเดียวกัน การประยุกต์ใช้วัสดุห่อหุ้ม การหน่วงการสั่นสะเทือน การป้องกัน การยึดเกาะ และการซีลมักดำเนินการภายในเซลล์หุ่นยนต์หกแกนหนึ่งเซลล์ทำงาน โดยเอนด์เอฟเฟกเตอร์หุ่นยนต์เสริมด้วยเครื่องเปลี่ยนเครื่องมืออัตโนมัติมอบความสามารถในการทำงานหลายอย่างพร้อมกัน ดังนั้นทุกเซลล์จึงมีประโยชน์สูงสุด โดยทั่วไปการเปลี่ยน EoAT นั้นรวดเร็วเพื่อรองรับความต้องการอัตราปริมาณงานสูงของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์อาจใช้ EoAT หนึ่งเพื่อหยิบและวางสิ่งของในอุปกรณ์ติดตั้ง จากนั้น (หลังจากเปลี่ยน EoAT อย่างรวดเร็ว) อาจใช้กาวและกดเข้าด้วยกันเพื่อจับคู่ตัวเรือนครึ่งหนึ่งของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย EoAT ที่สามอาจโหลดสินค้าสำเร็จรูปไปยังสายพานลำเลียงขาออกหรือในกล่อง

รูปที่ 6: เอฟเฟกต์ปลายหุ่นยนต์สามารถใช้รูปแบบของหัวแร้งบัดกรีเพื่อทำให้การประกอบส่วนประกอบย่อยบน PCB เป็นแบบอัตโนมัติ (แหล่งที่มาภาพ: Dreamstime)

หุ่นยนต์ SCARA ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ SCARA ยังคงเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับการประมวลผล การจัดการ และการประกอบแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ รวมถึง:

• การวางซ้อนและการแกะสลัก
• การประมวลผลด้วยความร้อน
• การประมวลผลลายเส้นช่วยโฟกัส
• การประกอบแผงวงจร
• การทดสอบและมาตรวิทยา

ท้ายที่สุดแล้ว SCARA ให้ความเร็วสูงตลอดการเข้าถึงทรงกระบอก 360° ซึ่งมักจะสามารถดำเนินการหยิบและวางได้เร็วกว่ามาก (และบางครั้งก็แม่นยำกว่า) เมื่อเทียบกับโซลูชันหกแกนและคาร์ทีเซียนที่เทียบเคียงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง SCARA ทั่วไปในอุตสาหกรรมบางประเภทให้ความสามารถในการทำซ้ำได้ภายใน ±20 μm บนองศาอิสระเชิงเส้น (DOF) และ ±0.01° บนแกนเชิงมุม เช่นเดียวกับตัวเลือกการขับตรงสำหรับการขนส่งเวเฟอร์ที่บางและค่อนข้างเปราะอย่างราบรื่น แม้ว่าน้ำหนักบรรทุกสามารถจำกัดไว้ที่ 10 กก. หรือเบากว่าสำหรับ SCARA ส่วนใหญ่ แต่นั่นไม่ค่อยเป็นปัญหาในการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ แม้ว่าจะเป็นข้อพิจารณาสำหรับสาขาที่เกี่ยวข้องของการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ก็ตาม

รูปที่ 7: หุ่นยนต์ SCARA ดำเนินการหยิบและวางเวเฟอร์และงานประมวลผลอย่างรวดเร็วและแม่นยำ (แหล่งที่มาภาพ: Dreamstime)

SCARA เข้ากันได้ดีกับสายพานที่ใช้ในสถานีแปรรูปเซมิคอนดักเตอร์ เช่นเดียวกับสายพานเวเฟอร์ (หรือที่เรียกว่าโต๊ะหมุน) ที่ออกแบบมาเพื่อช่วยในการเพิ่มส่วนประกอบหรือคุณสมบัติต่างๆ ให้กับแผงวงจรหลายตัวในคราวเดียว

หุ่นยนต์หกแกนในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

หุ่นยนต์แบบ Articulated เกรดอุตสาหกรรมมีข้อต่อแบบหมุนหลายตัวเพื่อจัดการวัตถุผ่าน DOF สองถึง 10 DOF รูปแบบหุ่นยนต์ Articulated ที่พบมากที่สุดคือหุ่นยนต์หกแกน โดยกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ที่จำเป็นต้องทำงานในห้องคลีนรูมจะใช้หุ่นยนต์หกแกนที่มีความเหมาะสม รวมทั้งมีขนาดกะทัดรัดที่ใช้พลังงานและใช้พื้นที่น้อยลงสำหรับห้องคลีนรูมระดับพรีเมียม มีการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ มากมายเพื่อมอบความเร็วและความแม่นยำที่จำเป็นสำหรับการจัดการและการประกอบที่มีปริมาณงานสูง เซอร์โวมอเตอร์สำหรับขับเคลื่อนข้อต่อของหุ่นยนต์นั้นคล้ายกับที่พบในหุ่นยนต์ประเภทอื่นๆ แต่หุ่นยนต์หกแกนมีแนวโน้มที่จะจับคู่มอเตอร์เหล่านี้กับเกียร์แบบคลื่นความเครียดหรือไซโคลลอยด์มากกว่า

เช่นเดียวกับหุ่นยนต์ SCARA หก แกนยังจับคู่ได้ดีกับสายพานลำเลียงที่ใช้ในสถานีแปรรูปสารกึ่งตัวนำ

รูปที่ 8: หุ่นยนต์ Articulated หกแกนนี้มีให้ใช้งานในรุ่นคลีนรูม ISO 5 (คลาส 100) (แหล่งที่มาภาพ: Denso Robotics)

จุดแข็งหลักของหุ่นยนต์หกแกนคือความคล่องแคล่วและปริมาณการทำงานที่มากสำหรับขนาดชุดเชื่อมโยงที่กำหนด ไม่ว่าจะติดตั้งบนฐานพื้นหรือคว่ำจากเพดาน เพื่อแสดงให้เห็นภาพ แขนหกแกนที่สูง 600 มม. เมื่อพับเก็บอาจสูงถึง 650 มม. ในทุกทิศทาง พร้อมความสามารถในการกวาดข้อต่อแต่ละข้ออย่างรวดเร็วและพร้อมกัน 120° ถึง 360° เพื่อการเคลื่อนที่ที่ว่องไวของน้ำหนักบรรทุกอิเล็กทรอนิกส์ตั้งแต่ไม่กี่กรัมจนถึงหลายกิโลกรัม ตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์ที่แต่ละข้อต่อและเครือข่ายบนอีเธอร์เน็ตให้ฟีดแบ็คการเคลื่อนไหวและการเชื่อมต่อสำหรับ PLC, PC หรือการควบคุมหุ่นยนต์โดยเฉพาะและซอฟต์แวร์ที่ปรับเปลี่ยนได้เพื่อสั่งการและปรับปรุงกระบวนการเมื่อเวลาผ่านไป โดยการควบคุมเหล่านี้รวมถึงการผสานรวมของเอนด์เอฟเฟ็กเดอต์ที่ซับซ้อน ตัวอย่างเช่น กริปเปอร์เพื่อจัดการกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กและเปราะบางได้อย่างปลอดภัย

หุ่นยนต์หกแกนมีความเชี่ยวชาญในการป้อนเครื่องจักรและการบรรจุผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ นอกเหนือจากการประกอบบอร์ดเองแล้ว หุ่นยนต์ยังสามารถยึดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้ากับตัวเรือนโลหะหรือพลาสติกของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย และทำการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่จำเป็นได้อีกด้วย ซึ่งหุ่นยนต์หกแกนบางตัวยังสามารถดำเนินการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำเร็จรูป การบรรจุกล่อง และการจัดพาเลท

หุ่นยนต์คาร์ทีเซียนในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

หุ่นยนต์คาร์ทีเซียน ซึ่งใช้สแต็คแบบโมดูลาร์ของแกนเชิงเส้น ช่วยให้การดำเนินงานตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ที่จำเป็นต้องรักษาสภาพคลีนรูมสำหรับหลายกระบวนการ ความสามารถในการปรับขนาดได้เกือบไม่จำกัดหมายความว่าการเดินทางสามารถครอบคลุมได้ตั้งแต่ไม่กี่เซนติเมตรไปจนถึงมากกว่า 30 เมตร ความสามารถในการทำซ้ำของหุ่นยนต์คาร์ทีเซียนสามารถอยู่ภายใน ±10 μm บน DOF เชิงเส้นที่มีความสามารถในการทำซ้ำเชิงมุมที่เทียบเคียงได้จากเอ็นเอฟเฟคเตอร์ เช่นเดียวกับตัวเลือกแบบหมุนเป็นเส้นตรงและแบบขับตรงสำหรับการขนส่งเวเฟอร์ที่ราบรื่นโดยเฉพาะ โดยมีความเร็วโดยทั่วไปที่หกเมตรต่อวินาที

รูปที่ 9: หุ่นยนต์คาร์ทีเซียนดำเนินการผลิตเซมิคอนดักเตอร์อัตโนมัติเต็มรูปแบบ สังเกตมอเตอร์เชิงเส้นที่ให้การขับตรงบนแกนที่มีความแม่นยำสูง (แหล่งที่มาภาพ: Dreamstime)

หุ่นยนต์คาร์ทีเซียนมักจะทำงานอัตโนมัติโดยเฉพาะ เนื่องจากทางด้านจลนศาสตร์ที่มักจะมีความยืดหยุ่นและปรับรูปแบบใหม่ได้น้อยกว่าหุ่นยนต์ประเภทอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำนั้นยอดเยี่ยมมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อส่วนควบคุมใช้ฟีดแบ็คและสร้างคำสั่งสำหรับการตอบสนองในระดับมิลลิวินาที โดยการเคลื่อนไหวดังกล่าวเป็นกุญแจสำคัญสำหรับการผลิตบอร์ดอัตโนมัติ การตัดแต่งและการขัดผิว และขั้นตอนการประกอบที่กว้างขวาง

สถานีหุ่นยนต์คาร์ทีเซียนยังเป็นตัวเลือกอันดับต้น ๆ สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดใหญ่ เช่น จอแสดงผลแบบแบนและแผงเซลล์แสงอาทิตย์

ตัวอย่างการใช้งานหุ่นยนต์คาร์ทีเซียนเฉพาะ

พิจารณาวิทยาการหุ่นยนต์แบบคาร์ทีเซียนในการผลิตและประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบอัตโนมัติ หุ่นยนต์คาร์ทีเซียนจะควบคุมเอนด์เอฟเฟ็กเตอร์บนบอร์ดหรือใช้รูปแบบของตารางคาร์ทีเซียนที่เคลื่อนย้าย PCB ผ่านการเข้าถึงของอุปกรณ์ประมวลผลแบบคงที่ ตัวอย่างเช่น ตารางดังกล่าวอาจเคลื่อนบอร์ดผ่านอุปกรณ์การพิมพ์แบบลิโธกราฟฟีเพื่อพิมพ์วงจรทองแดงลงบนพื้นผิวซิลิกอนที่ไม่นำไฟฟ้า จากนั้นหลังจากกระบวนการพิมพ์ PCB เริ่มต้น ทองแดงซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของวงจรการออกแบบจะถูกสลักด้วยสารเคมี แผ่นหน้ากากประสานที่ไม่นำไฟฟ้าจะแยกลายวงจรทองแดงและส่วนประกอบที่อยู่ติดกัน

รูปที่ 10: หุ่นยนต์คาร์ทีเซียนสามารถติดตั้งอุปกรณ์ที่เกี่ยวกับการถ่ายภาพ (เช่น กล้องถ่ายภาพความร้อนนี้) สำหรับการถ่ายภาพความร้อนของ PCBs ที่ผลิตด้วยเทคนิคการยึดติดด้วยเลเซอร์ (แหล่งที่มาภาพ: Teledyne FLIR)

ในการดำเนินการประกอบ PCB จำนวนมาก วิทยาการหุ่นยนต์แบบคาร์ทีเซียนยอมรับส่วนประกอบย่อยอิเล็กทรอนิกส์บนเทปรีลหรือเทปกล่องที่ป้อนเข้าไปในเซลล์ทำงาน (หัวหยิบและวางของหุ่นยนต์ได้รับการออกแบบมาเพื่อจับและวางส่วนประกอบย่อยต่างๆ เหล่านี้) วิทยาการหุ่นยนต์จะตรวจสอบค่าส่วนประกอบย่อยและขั้วไฟฟ้าแต่ละรายการ จากนั้นตั้งค่าและบัดกรีส่วนประกอบย่อยผ่านอุปกรณ์ต่อพ่วงเทคโนโลยีรูทะลุหรือพื้นผิว (SMT) โดยนำส่วนประกอบย่อยผ่านรูสอดเข้าไปในรูของบอร์ด เล็มและรัด จากนั้นจึงบัดกรีที่ด้านหลังบอร์ดเพื่อความแข็งแรงเชิงกลสูงสุด (แม้ว่าจะต้องใช้ขั้นตอนการประกอบที่ซับซ้อนกว่า) ในทางตรงกันข้าม ส่วนประกอบย่อยของ SMT ยอมรับชุดปริมาณสูงอัตโนมัติสูงสุดและรูทีนการบัดกรี ดังนั้นตอนนี้จึงครองการออกแบบบอร์ดจำนวนมาก ที่กล่าวว่า การติดตั้งผ่านรูยังคงพบได้บ่อยที่สุดสำหรับการติดตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ หม้อแปลง และคอนเนคเตอร์เข้ากับบอร์ด

รูปที่ 11a และ 11b: แสดงที่นี่คือหัวเครื่องมือสำหรับการติดส่วนประกอบย่อยของเทคโนโลยีการวางอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ลงบนผิวงาน (SMT) เข้ากับบอร์ด (แหล่งที่มาภาพ: Dreamstime)

สำหรับส่วนประกอบ SMT จะมีการแปะประสานไว้ล่วงหน้ากับ PCB ก่อนการประกอบชิ้นส่วน จากนั้นการบัดกรีแบบ Reflow จะใช้ลมร้อนเพื่อละลายเนื้อบัดกรีเพื่อสร้างการเชื่อมต่อส่วนประกอบ SMT โดยการบัดกรีด้วยคลื่นเป็นเรื่องปกติสำหรับส่วนประกอบแบบรูทะลุ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการผ่านบอร์ดข้ามคลื่นนิ่งที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของแผนบัดกรีหลอมละลาย ซึ่งเครื่องจักรดังกล่าวมีราคาสูงและเหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตในปริมาณมาก

รูปที่ 12: ข้อมูลย้อนกลับของวิชันซิสเต็มมักจะแจ้งการตอบสนองของระบบคาร์ทีเซียน พลังการประมวลผลขนาดใหญ่ อัลกอริธึมขั้นสูง และ FPGA ช่วยให้กล้องอัจฉริยะ HAWK (รวมถึงรุ่นที่แสดงที่นี่) ตอบสนองตามเวลาจริงสำหรับการอ่านโค้ด การยืนยัน การตรวจสอบ และฟีดแบ็คสำหรับ 4,000 ถึง 14,000 ส่วนต่อนาที อันที่จริง กล้องนี้เป็นโซลูชันระดับกลางระหว่างกล้องที่ใช้พีซีที่ซับซ้อนและกล้องอัจฉริยะระดับอุตสาหกรรมพื้นฐาน (แหล่งที่มาภาพ: Omron Automation and Safety)

มอเตอร์และไดรฟ์ทั่วไปสำหรับหุ่นยนต์คาร์ทีเซียน

วิทยาการหุ่นยนต์แบบคาร์ทีเซียนใช้เซอร์โวมอเตอร์ เกียร์แม่นยำสูง และไดรฟ์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าประเภทเดียวกับโซลูชันหุ่นยนต์อื่นๆ โดยข้อแม้ประการหนึ่งคือไม่ควรสับสนสเต็ปเปอร์มอเตอร์ในการออกแบบคาร์ทีเซียนบางตัวที่ขนส่งเซมิคอนดักเตอร์ในระหว่างการผลิตกับสิ่งที่เรียกว่ากล้องแบบขั้นตอนและทำซ้ำ บางครั้งเรียกง่ายๆ สเต็ปเปอร์ สิ่งหลังมีความสำคัญต่อกระบวนการถ่ายภาพด้วยแสงในระหว่างการผลิตชิป

เช่นเดียวกับที่ SCARA และวิทยาการหุ่นยนต์หกแกนโดยเฉพาะอย่างยิ่งได้ใช้ประโยชน์จากมอเตอร์แรงบิดแบบขับตรงมากขึ้น วิทยาการหุ่นยนต์คาร์ทีเซียน (ในการออกแบบเพื่อรองรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์) ได้ใช้มอเตอร์เชิงเส้นเพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ขดลวดมอเตอร์ที่เป็นกรรมสิทธิ์และมาตรฐานอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ตัวกำหนดตำแหน่งปลายขนาดเล็ก โมดูลการปรับแบบเพียโซ ระบบย่อยสุญญากาศและคลีนรูม ตลับลูกปืนเชิงเส้น การควบคุม และนวัตกรรมอื่นๆ การเคลื่อนไหวที่รวดเร็ว

หุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงานในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

หุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงาน (โคบอท) ได้แพร่หลายในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา สำหรับเหตุผลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ โปรดดูบล็อก DigiKey.com ระบบอัตโนมัติที่ง่ายดายด้วย Omron TM Collaborative Robot ในการผลิตสารกึ่งตัวนำโคบอทส์จาก Omron และผู้ผลิตรายอื่นสามารถป้องกันการปนเปื้อนของเวเฟอร์ที่มีราคาแพงมากได้โดยการเชื่อมระหว่างพื้นที่ทำงานของเวเฟอร์และส่วนที่ให้บริการโดยเจ้าหน้าที่คลีนรูม โดยการติดตั้งโคบอทเกรดการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ยังป้องกันการปนเปื้อนของอนุภาคและน้ำมันหล่อลื่นขณะเดียวกันก็ช่วยเสริมการทำงานแบบแมนนวลสำหรับการวางและการบัดกรี

รูปที่ 13: โคบอทส์ใน ซีรีส์ HCR-5 ตรงตามข้อกำหนดคลีนรูม ISO-2 (แหล่งที่มาภาพ: Hanwha Corp./Momentum)

รูปที่ 14: หุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงาน (โคบอท) ของ KUKA เป็นแกนหลักในการออกแบบห้องคลีนรูมสำหรับแปรรูปแผ่นเวเฟอร์ Infineon ISO3 (แหล่งที่มาภาพ: KUKA)

รูปที่ 15: โคบอทส์ KUKA ในห้องคลีนรูมของ Infineon นี้ได้รับการบูรณาการ เครือข่าย และตั้งโปรแกรมอย่างเชี่ยวชาญโดยผู้เชี่ยวชาญด้านเมคคาทรอนิกส์และระบบอัตโนมัติ (แหล่งที่มาภาพ: KUKA)

โคบอทส์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ต้องมีความสามารถด้านความเร็วที่สูงกว่าค่าเฉลี่ย เสริมด้วยคุณสมบัติด้านไดนามิกและการควบคุมขั้นสูงเพื่อป้องกันการสั่นไหวของแผ่นเวเฟอร์ที่บางและบอบบาง มิฉะนั้นจะเกิดรอยร้าวเล็กๆ ได้ และแน่นอนว่าการแตกหักมีโอกาสน้อยกว่ามากเมื่อใช้โคบอทเฉพาะมากกว่าแรงงานมนุษย์

การบัดกรีอัตโนมัติด้วยโคบอทยังเหมาะสมในกรณีที่ประกอบชิ้นส่วนเข้ากับบอร์ดบางโดยเฉพาะ และผลกระทบของการขยายตัวทางความร้อนของซิลิกอนเป็นสิ่งที่น่ากังวล ในกรณีที่โคบอทถูกกำหนดให้ทำงานดังกล่าวและงานประกอบอื่นๆ ก็มักจะมีเหตุผลที่จะรวมเทอร์โมกราฟฟีหรืออุปกรณ์ตรวจสอบบอร์ดอื่นๆ เข้ากับ EoAT ซึ่งช่วยการป้องกันข้อผิดพลาดเพื่อให้ได้ผลผลิตและการประกันคุณภาพที่สูงขึ้น มักมีต้นทุนค่อนข้างต่ำ

สรุป

วิทยาการหุ่นยนต์อุตสาหกรรมสามารถให้ระบบอัตโนมัติราคาไม่แพงและยืดหยุ่นสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ความท้าทายทางเทคนิคคือความต้องการที่จะตอบสนองความต้องการระดับคลีนรูม ปริมาณงานสูง และการจัดการชิ้นงานที่มีราคาแพงมากอย่างระมัดระวัง ถึงกระนั้นก็ตาม ฮาร์ดแวร์หุ่นยนต์ในปัจจุบัน ตลอดจนซอฟต์แวร์การจำลองหุ่นยนต์และการเขียนโปรแกรมได้ลดความซับซ้อนของขนาดและการเลือกโซลูชันหุ่นยนต์คลีนรูม

เรื่องที่ซับซ้อนคือรายละเอียดที่ละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กลงทำให้กระบวนการประกอบที่ใช้หุ่นยนต์ทำตามความเหมาะสม ซึ่งหุ่นยนต์ได้เผชิญกับความท้าทายนี้ด้วยมอเตอร์ การเชื่อมโยงเชิงกล การควบคุม และเครือข่ายที่ช่วยให้มีความสามารถขั้นสูงตลอดไป เทคโนโลยีเสริม เช่น วิชันซิสเต็มและเครือข่ายอุตสาหกรรมแบบเรียลไทม์ได้มอบความสามารถใหม่ในด้านวิทยาการหุ่นยนต์ในการจัดการ ประมวลผล และประกอบการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ในปริมาณมาก