Più pulito di così...!

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Novembre 2015

 

Una postazione di pulizia con banco ad umido di JST Manufacturing lunga 42 metri prepara silicio per l’industria dei semiconduttori, in condizioni igieniche impareggiabili.

Il silicio è un elemento irrinunciabile nella produzione dei semiconduttori che si trovano, ad esempio, nei nostri smartphone e in molti altri apparecchi elettronici. La lavorazione di questa materia prima, tuttavia, richiede pulizia assoluta. Le postazioni di pulizia con banco ad umido di JST Manufacturing, che movimentano i blocchi di silicio in modo da raggiungere una purezza del 99,99%, assicurano proprio questo. Generalmente, le macchine non superano i nove metri di lunghezza. “Di recente, tuttavia, abbiamo realizzato per un cliente d’oltremare una linea da 42 metri di lunghezza, dotata di vari robot a portale”, ci spiega Tony Bertagnolli, Chief Operations Officer di JST presso la sede di

Boise, Idaho, negli Stati Uniti. Per rispondere ai requisiti di movimento di questa linea, all’azienda occorreva una combinazione di tecnologie lineari drive&control precise e resistenti al tempo stesso.

Quattro tonnellate di silicio in 22 ore

Le postazioni di pulizia con banco ad umido si trovano all'inizio del processo di lavorazione del silicio per l’industria dei semiconduttori: qui, lunghe barre di silicio policristallino, i cosiddetti “ingot”, vengono spezzate in blocchi grandi non più di un pugno, che vengono quindi posizionati in speciali cesti. I blocchi, a questo punto, attraversano varie postazioni: dapprima vengono sottoposti a trattamento chimico acido in un’apposita

vasca, in modo da rimuovere ossidi di silicio e altre impurità; quindi, vengono ammorbiditi, risciacquati ed essiccati. Dopo tale fase, essi potranno essere fusi in un apposito forno, per poi essere utilizzati, come cilindri di silicio puro, nella produzione di chip. JST ha concepito questa postazione di pulizia con banco ad umido di eccezionale lunghezza in modo che possa lavorare quattro tonnellate di blocchi di silicio in un turno da 22 ore. Per ottenere questo risultato, la macchina deve pulire un cesto da 20 kg ogni 6,6 minuti. “Per adempiere a tali specifiche, ci occorreva un design specifico della postazione di pulizia con banco ad umido”, ci spiega Bertagnolli. “Abbiamo perciò sviluppato e costruito una postazione composta da due unità: A1 e A2”. Nell’unità A2, lunga oltre sette metri, gli addetti caricano i cesti, che vengono poi traslati da un robot lineare a due assi attraverso cinque bagni di trattamento acido e due bagni di risciacquo. Mentre i cesti percorrono questo asse X, il robot lineare a due assi li immerge in successione in ciascun bagno. I cesti attraversano poi una chiusa ad aria nel settore A1, da oltre 26 metri di lunghezza: qui, unità lineari a tre assi li immergono in ulteriori bagni di ammorbidimento

ed essiccazione. Al termine del processo, i cesti vengono scaricati automaticamente su nastri continui, forniti dal cliente.

Componenti puliti

“Per l’unità A1 abbiamo adottato una soluzione insolita: un portale lineare overhead”, ci spiega Bertagnolli. “Portali di questo tipo vengono raramente utilizzati nell’industria dei semiconduttori, per evitare formazioni di particelle sopra il prodotto. Dopo accurati test sulle particelle, condotti in condizioni di camera sterile, abbiamo tuttavia rilevato che le guide con rotaia profilata e i sistemi lineari Rexroth, utilizzati nel sistema di handling, sviluppavano molte meno particelle rispetto al limite di specifica. È davvero ammirevole che i componenti Rexroth preposti ai movimenti cartesiani adempiano a simili requisiti di pulizia”. Un’ulteriore sfida consisteva negli oltre 26 metri di lunghezza dell’unità A1, lungo la quale vengono traslati i robot

lineari. Per garantire la necessaria precisione sull’intera lunghezza, sono state assemblate sei guide con rotaia profilata Rexroth da 3 metri di lunghezza e tre da 2,7 metri, montate su un’incastellatura di profilati in alluminio ad alta resistenza. Sempre a causa della lunghezza, gli elementi dovevano inoltre coincidere esattamente, per consentire un movimento uniforme delle unità lineari.

Azionamenti affidabili

Anche per lo spostamento dei cesti da sinistra a destra sull’asse Y, JST si affida alla tecnologia Rexroth: per tale compito, ciascun robot a portale utilizza un linearmodulo Compact CKR con azionamento a cinghia dentata, comandato da un servocomando IndraDyn MSK. Mediante i linearmoduli Compact CKK con unità viti a sfere, i robot a portale abbassano nei bagni i cesti contenenti i blocchi di silicio. Per tutto questo, le unità viti a sfere de devono resistere sia alla coppia richiesta, sia alle forze assiali che si presentano. “I linearmoduli Compact CKK Rexroth si sono dimostrati più affidabili e resistenti rispetto alle unità viti a sfere di altri costruttori; inoltre, sollevano i cesti dai bagni in modo rapido e silenzioso”, rimarca Bertagnolli. La struttura dell’unità A2 è simile a quella dell'unità A1; soltanto il movimento sull'asse Y qui non viene eseguito, in quanto i bagni sono disposti in fila. “Il sistema di handling cartesiano di Rexroth adottato in questa applicazione attesta la nostra dedizione alle specifiche dei clienti”, conclude Bertagnolli.

I robot cartesiani Rexroth immergono un cesto contenente blocchi di silicio in un bagno di lavorazione ad umido. Magnifier

I robot cartesiani Rexroth immergono un cesto contenente blocchi di silicio in un bagno di lavorazione ad umido.

 
Le incastellature di profilati in alluminio e le guide con rotaia profilata dovevano coincidere esattamente, per consentire un movimento uniforme delle unità lineari. Magnifier

Le incastellature di profilati in alluminio e le guide con rotaia profilata dovevano coincidere esattamente, per consentire un movimento uniforme delle unità lineari.

 
Le postazioni di pulizia con banco ad umido di JST Manufacturing movimentano i blocchi di silicio in modo che essi raggiungano una purezza del 99,99%. Magnifier

Le postazioni di pulizia con banco ad umido di JST Manufacturing movimentano i blocchi di silicio in modo che essi raggiungano una purezza del 99,99%.