Tecnologías esenciales de Daifuku para infraestructura social que mejoran la confiabilidad y la productividad con los sistemas de línea de producción de semiconductores de Daifuku
Cuando se trata de fabricación de semiconductores, son esenciales sistemas de transporte y almacenamiento altamente fiables y capaces de funcionar las 24 horas del día, los 365 días del año. Hablamos con representantes del personal de ingeniería y diseño de la División de Salas Limpias de Daifuku sobre los sistemas de línea de producción de semiconductores de Daifuku, como Cleanway, un sistema de transporte de sala limpia para maximizar el tiempo de actividad del equipo y un sistema de almacenamiento con purga de nitrógeno que contribuye a la miniaturización de los semiconductores.
Tendencias en las plantas de fabricación de semiconductores: consolidación y aumento de escala
Los semiconductores son un componente esencial que se utiliza en muchos dispositivos electrónicos cotidianos, como computadoras y teléfonos inteligentes. También son una parte importante de campos en crecimiento como la tecnología de conducción automatizada, los vehículos eléctricos (EV) y la inteligencia artificial (IA). Los fabricantes de semiconductores de todo el mundo se ven obligados a aumentar su capacidad de producción para satisfacer la creciente demanda. Los gobiernos de todo el mundo han anunciado políticas para subsidiar la inversión intrarregional, allanando el camino para que los fabricantes continúen con fuertes inversiones de capital.
Para satisfacer mejor el aumento de la demanda, muchos actores importantes de la industria están consolidando y aumentando la escala de sus instalaciones de producción. Tener plantas de fabricación de semiconductores (fábricas) ubicadas cerca unas de otras en lugar de dispersas en varios lugares diferentes ayuda a reducir los costos de construcción y ahorra recursos durante la fabricación. La consolidación también es buena para operar equipos costosos de última generación, ya que facilita que dichos equipos sean compartidos por diferentes plantas.
Teniendo en cuenta estas tendencias de la industria, Daifuku Group ofrece varias soluciones para garantizar no solo un transporte fluido dentro de una fábrica, sino también un transporte eficiente de obleas semiconductoras entre fábricas conectadas.
Soluciones de ejemplo para la creciente escala de fábricas de semiconductores consolidadas
Sistemas Daifuku para procesos front-end y back-end
Los semiconductores se fabrican en un ambiente de sala limpia donde el polvo y otras partículas en el aire están estrictamente controlados. Primero se funde el material de silicio en bruto para formar un lingote. Este lingote se corta finamente en obleas uniformes. Las obleas actuales se cortan en forma de disco con un diámetro de 300 mm. Luego, la oblea se somete a procesos de fotolitografía y grabado docenas de veces para imprimir circuitos integrados en la superficie. Esto se conoce como procesamiento front-end. Los siguientes procesos de cortar los chips de la oblea y convertirlos en CPU y otros productos se denominan procesamiento de back-end.
Daifuku ofrece transporte de fabricación de semiconductores para procesamiento frontal y posterior a través de Cleanway, un sistema de transporte de sala limpia que utiliza vehículos eléctricos. En el procesamiento inicial, las obleas se almacenan en un recipiente sellado llamado FOUP para mantenerlas limpias mientras se mueven entre varios equipos de procesamiento. El sistema Cleanway de Daifuku transfiere todos los FOUP entre los equipos automáticamente. Debido a que los rieles de transporte del sistema Cleanway se extienden a lo largo del techo en lugar de estar dispuestos en el piso, hay espacio para instalar muchos otros dispositivos en la sala blanca, lo que la convierte en una opción popular en muchas fábricas de semiconductores. Los materiales utilizados en las ruedas del vehículo también han sido cuidadosamente diseñados para minimizar la generación de polvo.
Clean Stocker es un dispositivo de almacenamiento temporal que se utiliza junto con el sistema Cleanway. Aunque las tareas de procesamiento front-end se realizan repetidamente, el tiempo requerido para cada operación varía. Los FOUP que contienen obleas en espera de ser enviadas al siguiente proceso se almacenan en un dispositivo de almacenamiento temporal estable llamado stocker. A medida que los períodos de fabricación se vuelven más largos y los semiconductores se vuelven más pequeños, cada vez es más común llenar el FOUP con gas nitrógeno para evitar la oxidación. Daifuku proporciona sistemas con capacidades de purga de nitrógeno para satisfacer esta creciente necesidad.
Sistema de línea de producción de semiconductores con depósito de purga de nitrógeno
Aunque el almacenamiento FOUP a granel proporcionado por los almacenistas es útil, a menudo están ubicados lejos de la ruta de transferencia y, en algunos diseños fabulosos, llegar y salir del almacenista puede llevar algún tiempo. Los amortiguadores de vía lateral (STB), plataformas receptoras instaladas en el espacio abierto entre los rieles de transporte, se están convirtiendo en una solución popular a este problema. En algunos casos, el uso de STB puede acortar el tiempo de fabricación de 180 días de las últimas CPU en unos 5 días. Si bien una reducción de cinco días en un cronograma de fabricación de 180 días puede no parecer mucho a primera vista, una reducción constante del 3% en el tiempo de entrega es un logro significativo para cualquier fábrica de semiconductores que busque aumentar la eficiencia y la productividad.
El uso de STB también ayuda a contribuir a la sostenibilidad. Mientras que la instalación de almacenes requiere una cierta cantidad de espacio en el piso, los STB utilizan plataformas colgadas del techo, lo que ayuda a ahorrar espacio en la sala limpia para otros equipos y, por lo tanto, reduce la huella general de la instalación. Por estas razones, los STB se están convirtiendo en un método popular para ahorrar energía y mejorar la eficiencia.
Dirigir el tráfico con IA
A medida que las fábricas de semiconductores siguen creciendo en escala, la longitud total de los rieles Cleanway puede alcanzar longitudes combinadas de más de 200 km con más de 10.000 vehículos operando sobre ellos. Aunque los procedimientos de procesamiento de obleas tienen un orden fijo, el tiempo que lleva completar cada uno puede variar mucho, y esto puede provocar atascos ya que los vehículos se concentran alrededor de ciertos equipos en ciertos momentos. Estos atascos limitan la productividad y Daifuku ha comenzado a utilizar IA en el software de control del sistema Cleanway para evitar que se produzcan tales atascos. Al igual que con los sistemas de navegación de los automóviles, la IA se utiliza para determinar una ruta que evite la congestión del tráfico, dirigiendo a cada vehículo a su ruta óptima. Mientras que los sistemas convencionales seleccionan la ruta según la distancia más corta, la adopción de la IA permite determinar y seleccionar dinámicamente la ruta más rápida posible, incluso si esa ruta es en realidad una distancia más larga. Los avances previstos en la tecnología de IA significan que tiene un gran potencial para mejorar aún más los sistemas y Daifuku seguirá explorando su uso.
Mejora de la fabricación de semiconductores mediante tecnología de control avanzada
Operar una instalación a gran escala las 24 horas del día, los 365 días del año no es una tarea fácil, por lo que Daifuku se dedica no solo a ofrecer hardware duradero que pueda soportar un uso a largo plazo, sino también a desarrollar sistemas auxiliares y proporcionar redundancia para soportar funcionamiento fabuloso estable y suave.
Por ejemplo, el sistema Cleanway adopta el sistema de suministro de energía sin contacto HID para minimizar la generación de polvo que sería causada por la abrasión de una fuente de alimentación de contacto. El sistema HID también incorpora medidas de redundancia para garantizar un suministro continuo de energía a los vehículos. Los componentes esenciales del funcionamiento del sistema, como controladores y servidores, también se preparan por duplicado, lo que garantiza un funcionamiento continuo incluso si un dispositivo no funciona correctamente.
Además, mientras que anteriormente se instalaban controladores en los cruces ferroviarios para evitar colisiones de vehículos, el sistema actual utiliza control inalámbrico, eliminando la necesidad de colocar equipos de control. La información se comparte de forma inalámbrica entre los vehículos que se acercan a un cruce, y sólo después de determinar que los vehículos no chocarán entre sí se les permite continuar. Al reducir la cantidad de equipos instalados en los rieles, el sistema cuesta menos, es más rápido de instalar y utiliza menos material y energía, lo que lo hace más ecológico.
Satisfacer las necesidades de automatización en procesos back-end
En los últimos años, ha habido una creciente necesidad de automatización en los procesos finales de fabricación de semiconductores. Si bien antes era común lograr mejoras en la productividad a través de avances en los procesos iniciales, los avances en los procesos finales, como el corte de obleas y el empaquetado de chips, también son esenciales para mejorar la eficiencia en las fábricas. En comparación con los procesos iniciales, los procesos finales dependen más del trabajo manual, incluido el transporte de los chips, y con frecuencia tienen lugar fuera de una sala limpia, por lo que al pasar a un entorno limpio controlado y automatizar las transferencias entre procesos, las fábricas son capaz de producir productos de mayor calidad con mayor eficiencia.
El soporte para obleas de forma rectangular también es una necesidad creciente. En los procesos iniciales actuales, los circuitos comúnmente se hornean en obleas circulares de silicio, pero debido a que las obleas terminan siendo cortadas en chips cuadrados en el procesamiento final, no es necesario que las obleas sean circulares. Como tal, el uso de paquetes cuadrados más similares al producto final se está convirtiendo en una forma popular de evitar el desperdicio en los procesos finales.
Utilizando tecnología cultivada en el transporte de paneles OLED, Daifuku ha desarrollado sistemas de transporte FOUP para paquetes a nivel de panel (PLP) capaces de manejar sustratos de 600 mm cuadrados. Mediante la adaptación a sustratos cuadrados y otras mejoras del sistema, las soluciones de Daifuku brindan aún más beneficios a la eficiencia de las fábricas de semiconductores.
Soluciones de procesamiento back-end para la fabricación de semiconductores
Utilizar oficinas en todo el mundo para respuestas localizadas
Además de Shiga Works, la planta de fabricación insignia de Daifuku, Cleanroom Global Business también tiene plantas de producción en China, Taiwán y Corea del Sur, así como filiales en EE. UU. y Singapur. Aunque los componentes principales del equipo se envían desde Japón, los rieles de transporte y otros componentes se diseñan y ensamblan en fábricas locales. Esto se conoce comúnmente como “producción local para consumo local”. Las filiales locales emplean no sólo representantes de ventas sino también ingenieros, lo que permite una comunicación más detallada con los clientes. Esto hace posible que los ingenieros trabajen directamente con los clientes, incluso respondiendo a solicitudes y comentarios, sin la necesidad de visitas in situ del personal de Japón. Esta capacidad única de responder inmediatamente a los clientes es una de las mayores fortalezas del Grupo Daifuku y permite incorporar comentarios de usuarios de todo el mundo en el diseño y desarrollo de productos.
Centros de producción en China (izquierda) y Corea del Sur (derecha)
Shinichi Nakashima
Gerente, Departamento de Ingeniería, Operaciones de Ventas, División de Salas Blancas
Daifuku Co., Ltd.
tatsuki ii
Subgerente, Sección 2 de Diseño de la BVS
Grupo de Diseño de Transporte, Departamento de Diseño, Operaciones de Producción, División de Salas Blancas
Daifuku Co., Ltd.