Mechatronische Greifer

Samthandschuhe für Wafer

Mechatronische Greifer im Transfersystem. Beim Laserspezialisten Innolas sind mechatronische Greifer von Gimatic im Einsatz. Sie entsprechen den Anforderungen der Produktschonung und Reinraumvorgaben.

Schwenkeinheit MRE 25180 (li.) und Greifer MPPM 1606. (Foto: Gimatic)

Mechatronische Greifer arbeiten sanft. Sie sind außerdem einfach zu bedienen, wartungsfrei und reinraumtauglich. Diese Vorteile – gegenüber pneumatischen Greifern – waren es, von denen sich die Entwickler der Wafermarkier- und Sortiersysteme von Innolas begeistern ließen; sie haben nun die MRE- Schwenkeinheit und den MPPM-Greifer im Einsatz. Sven Wollstadt, Entwicklungsleiter bei Innolas Semiconductor in Krailling hat sich bei einer neuen Wafer-Sortiermaschine für die elektrisch angetriebenen Komponenten von Gimatic entschieden. Damit hat er erstmals keine pneumatische Lösung eingesetzt. Bei allen im Portfolio befindlichen Maschinen stehen bei der Auswahl von Subkomponenten deren Qualität und das Know-how der Fachkräfte im Fokus. Um auch den höchsten Reinheitsanforderungen der Endkunden zu genügen, werden alle Anlagen im hauseigenen Reinraum ISO6 (ISO 14644-1) produziert und in Betrieb genommen. Die Kunden erhalten die Maschinen schon reinraumtauglich in deren Produktionsräume geliefert. Rund 20 bis 30 Sondermaschinen verlassen pro Jahr das Haus von Innolas – Marktführerin Europa und angehender Marktführer in Asien beziehungsweise USA, wo aktuell 50 Prozent des Geschäfts ankommen.

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Mechatronische Greifer und Schwenkeinheiten
„Dass wir seit 2001 auch Wafersortiersysteme herstellen, haben wir unseren Kunden zu verdanken“, erklärt Sven Wollstadt. Ursprünglich hatten wir nur die Lasermarkierer im Programm, bis ein Kunde auf uns zukam. Er war der Meinung, dass wir mit unserer Technik auch die Sortierer herstellen könnten. Solch eine Wafersortier- oder Wafertransfermaschine ist die IL C3800, die nun erstmals mit mechatronischen Greifern und Schwenkeinheiten ausgestattet ist. In einem modularen Wafer-Bearbeitungssystem befinden sich zwischen den einzelnen Stationen Transportsysteme, die die Wafer von einer zur anderen Station transportieren. Da hier absolute Reinraumbedingungen herrschen, muss dieses Handling vollautomatisiert erfolgen. Es ist außerdem darauf zu achten, weder die Vorder- noch die Rückseite des Wafers mit dem Roboter zu berühren, um Verunreinigungen zu verhindern.

Das Wafertransfersystem vom Typ IL C3800 hat die Aufgabe, eine reinraumtaugliche Kunststoffbox FOUP (Front open unit pott) automatisiert zu öffnen, die enthaltenen Wafer zu entnehmen, umzudrehen, auszurichten und der nachfolgenden Bearbeitungseinheit zu übergeben. Ein Dreiachsroboter holt die Wafer aus der Ladestation und legt sie schnell und präzise auf den sogenannten Flipper – die Wendestation. Zwei Gimatic-Greifer nehmen den Wafer entgegen. Die Schwenkeinheit wendet diesen mit der falschen Seite ankommenden Wafer synchron mithilfe eines Präzisionszahnriemen-Antriebs. Schließlich legen die Greifer den Wafer auf den sogenannten Aligner, wo er für den Weitertransport ausgerichtet wird. Hier liest eine bildgebende Kamera den Barcode des Wafers. Die Transfermaschine übergibt die im Barcode enthaltene Information sowie die exakte Lage des Wafers der folgenden Bearbeitungsstation via Ethernet, welche daraufhin vollautomatisch den korrekten Prozess am richtigen Ort ausführt.

Wendestation im Wafertransfersystem IL C3800. (Foto: Gimatic)

200 Wafer pro Stunde im Reinraum
Mit dieser Automatisierung spart sich der Anwender den aufwändigen Transportprozess und kann sich seiner Kernaufgabe, etwa dem Laserablatieren von Schichten, widmen. Die Investition in eine solche komplexe Maschine ist notwendig; immerhin ist sie für die Reinraumklasse 1 zugelassen und fügt dem Prozess etwa 200 Wafer pro Stunde vollautomatisiert zu. In dieser Wendestation kommen zwei Gimatic-Greifer von MPPM 1606 und eine Schwenkeinheit vom Typ MRE 25180 erstmals zum Einsatz. „Wir wollten weg von der Pneumatik, weil sie in unseren Vorgängermaschinen zu viel Abrieb erzeugte, zu groß baute, zu aufwendig in der Umsetzung war und die Wafer nicht sanft genug handhaben konnte“, beschreibt der Entwicklungsleiter die Gründe für die Umstellung von Pneumatik auf Mechatronik. Insbesondere der durch die Pneumatik verursachte Abrieb war hier nicht mehr annehmbar, weil die Laser-Beschriftung im Mikrometerbereich absolut partikelfrei sein muss.

Gimatic hat beide für Innolas wichtige Produktmerkmale umgesetzt – sowohl die Rotation als auch eine kompakte Bauweise. Außerdem sind die einfache Ansteuerung sowie die Greifkraftsicherung auch im unbestromten Zustand wichtig. Das Gesamtsystem bei Innolas ist patentiert. Der Greifer muss in dem Zustand verbleiben, den er zuletzt hatte, auch wenn die Maschine ausfällt, betont das Unternehmen: Besondere sei dies bei den undefinierten Zuständen der Schwenkeinheit bedeutend.

Dass sich durch die energieeffiziente Arbeitsweise der Komponenten auch die einzelnen Schritte der EU-Energieeffizienz-Richtlinie zur Reduzierung des Primärenergieverbrauchs um 20 Prozent bis 2020 einhalten lassen, sei bei dieser Methodik selbstverständlich: einmal Strom drauf – Endlage – fertig. „Mit diesem Flipper und der autarken, parallelen Arbeitsweise sind wir Vorreiter“, konstatiert der Entwicklungsleiter. Bei herkömmlichen Systemen transportiert und wendet der Roboter den Wafer nacheinander.

Mechatronisch umdenken lohnt sich
Die größte Herausforderung in dieser Anwendung ist die Empfindlichkeit der Wafer. Denn er darf nur an den ersten Millimetern vom Außendurchmesser mit einer Kraft von lediglich fünf Newton gegriffen werden – sonst würde der Greifprozess das Wafergefüge zerstören. Ein pneumatischer Greifer wäre hier ungeeignet. Bei dem Gimatik-Elektrogreifer baut sich die Kraft bedarfsgerecht auf. Das Getriebe bringt die Greifbacken bis zum Widerstand, sprich dem Auftreffen auf den Wafer. Die Backen können sich nicht weiterbewegen, die Spindel arbeitet aber weiter und erzeugt dadurch die Greifkraft. Die Regelkarte im Greifer registriert das und schaltet bei einer voreingestellten Kraft ab. pb

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