Adottare l'automazione per una produzione di semiconduttori ed elettronica consumer flessibile e a prova di futuro

In qualsiasi settore, il futuro della produzione dipende dall'automazione (Figura 1). Con le attrezzature giuste, i progettisti possono affrontare in modo flessibile varie sfide come la logistica della supply chain, la carenza di manodopera, il turnover del personale, la riqualificazione, la sicurezza, l'aumento della domanda di prodotti e le continue modifiche progettuali. Possono anche ridurre i processi manuali, abbassare i costi e incrementare la produttività. Tutto senza compromettere la qualità. Infatti, quando i produttori adottano sistemi di automazione, tutto diventa più efficace, flessibile ed efficiente, semplificando il processo iterativo di miglioramento della qualità.

Figura 1: In settori come quelli dei semiconduttori e dell'elettronica consumer, i progressi della produzione automatizzata e additiva stanno riplasmando il futuro. (Immagine per gentile concessione di Getty Images)

Sebbene molte aziende e progettisti stiano già indirizzandosi verso l'automazione e ripensando le loro strategie di produzione globale, il tasso di adozione non è omogeneo. In molti casi, si tratta di una questione di formazione e assistenza per capire cosa è possibile fare ora.

Vediamo come l'automazione, la robotica e l'accesso facile a tecniche di produzione additiva all'avanguardia possono comportare diversi vantaggi ai settori dei semiconduttori e dell'elettronica consumer. Lungo il percorso, esamineremo alcune delle tecnologie di automazione e controllo già disponibili per aiutarvi a intraprendere questa strada.

Automazione nella produzione di semiconduttori

I rigorosi requisiti della produzione di semiconduttori ne fanno un ambiente di lavoro difficile, perché è necessario rispettare il codice di abbigliamento e i protocolli della camera bianca e lavorare con la luce artificiale per evitare danni ai wafer. Allo stesso tempo, molti processi del settore dei semiconduttori sono già progettati per la massima precisione, quindi le soluzioni di automazione sono già applicate. La combinazione di condizioni di lavoro e produzione di precisione rende quello dei semiconduttori un ambiente ricco di obiettivi sempre più proiettati verso l'automazione. Le aree specifiche che offrono opportunità di automazione includono:

Movimentazione dei materiali: in molte fabbriche i materiali vengono ancora movimentati a mano. Poiché i chip devono essere maneggiati con grande cura, il trasporto manuale comporta determinati rischi, in quanto anche lievi vibrazioni possono causare difetti. È qui che possono entrare in gioco robot mobili e/o collaborativi (cobot). I cobot sono robot industriali che di solito lavorano a fianco degli operai nel processo di produzione, con gabbie di protezione o altri dispositivi per la sicurezza dei lavoratori. I cobot possono anche essere mobili per finalità di trasporto.

Illuminazione: la necessità di illuminazione artificiale nelle fabbriche di wafer richiede impianti di illuminazione moderni con un controllo automatizzato intelligente.

Raffreddamento: il controllo automatizzato del processo di raffreddamento è sempre più importante. Richiede un esame attento delle unità di controllo del flusso e del livello dei liquidi.

Visione: l'automazione di molte fasi della produzione, dalla movimentazione del prodotto all'ispezione, non è possibile senza la visione artificiale.

La robotica porta flessibilità

La robotica è un modo per automatizzare un'attività e i robot industriali sono essenziali per la produzione moderna. Svolgono diverse funzioni, come la movimentazione dei materiali, e coordinano le attività con altre forme di automazione. Uno dei principali vantaggi della robotica rispetto all'automazione fissa o "rigida" è la sua flessibilità. A un robot può essere assegnata una nuova attività in tempi relativamente brevi e a costi contenuti. Al contrario, con l'automazione "rigida", anche una piccola modifica al prodotto o al processo può essere costosa e difficile da implementare e potrebbe richiedere la riqualificazione dei lavoratori.

I robot e i cobot di DigiKey possono essere configurati per supportare diverse attività di automazione nella produzione di semiconduttori e di elettronica consumer. Per iniziare, è necessario disporre di una specifica dettagliata delle attività di produzione dei semiconduttori. Poi occorre stabilire una soluzione flessibile e riprogrammabile per queste definizioni di attività in continua evoluzione, via via che vengono integrate in linee di produzione nuove e preesistenti.

Per fare pratica di robotica, provate il cobot Ned di Niryo (Figura 2). Si tratta di un cobot a sei assi basato su tecnologia open-source e progettato specificamente per la formazione.

Figura 2: Come nel caso del robot a pinza adattiva Ned di Niryo, i robot offrono flessibilità in quanto possono essere rapidamente riprogrammati per svolgere attività diverse. (Immagine per gentile concessione di Niryo)

In robotica, un effettore terminale, come Adaptive Gripper di Niryo (Figura 3), è il dispositivo all'estremità di un braccio robotico progettato per interagire con l'ambiente. La natura esatta di questo dispositivo dipende dall'applicazione. Secondo la definizione rigorosa che deriva dai manipolatori robotici seriali, per effettore terminale si intende l'ultimo collegamento (o estremità) del robot. Data l'ampia varietà di effettori terminali, trovare la soluzione giusta per una determinata applicazione non è difficile.

Figura 3: Adaptive Gripper è l'effettore terminale per il robot a pinza di Niryo. (Immagine per gentile concessione di Niryo)

Come ci si aspetterebbe, esistono numerosissimi accessori per robot, dagli interruttori di prossimità, ai supporti e ai giunti.

Produzione di elettronica consumer

A causa della miniaturizzazione ogni giorno più spinta dei componenti e dei circuiti, la produzione di elettronica consumer sta diventando sempre più complessa. Alta densità di componenti, passi piccoli, strati multipli e componenti compatti e delicati che richiedono un posizionamento preciso sono solo alcuni dei problemi con cui si scontrano i produttori. Sempre più spesso si fa affidamento sulla riconfigurabilità delle celle di lavoro robotizzate per adattarle alla produzione di nuove offerte di elettronica consumer. Sistemi analoghi a quelli utilizzati nella produzione di semiconduttori sono adottati anche nella produzione di elettronica consumer, tra cui robot, cobot e sistemi di visione artificiale.

Produzione additiva

La produzione additiva con stampanti 3D facilita la concettualizzazione e la prototipazione nella fase iniziale. È utile anche quando si ha bisogno urgentemente di componenti, attrezzature, utensili e accessori di movimentazione. Tuttavia, non tutti dispongono di una stampante 3D e dei relativi materiali. Potete però caricare il vostro modello 3D e Jabil lo stamperà e ve lo spedirà entro cinque giorni lavorativi.

Conclusione

Per essere utilizzate per più di una generazione di produzione e per gestire componenti e circuiti sempre più complessi e sofisticati, le linee di produzione automatizzate a prova di futuro per i semiconduttori e l'elettronica consumer devono essere altamente flessibili. Grazie alla collaborazione con DigiKey, i progettisti di linee di produzione all'avanguardia possono contare su una linea completa di soluzioni di automazione e controllo per soddisfare le loro esigenze.