Pozicioniranje plošč polprevodnikov z mikrometrsko natančnostjo za izdelavo prevlek PECVD

08.08.2025

Podjetje acp systems je za vodilnega proizvajalca vesoljske sončne tehnologije razvilo avtomatiziran proces strege pladnjev s polprevodniškimi ploščami različnih velikosti za rokovanje z obdelovanci pred izdelavo prevleke s postopkom plazemsko podprtim kemičnim nanašanjem iz parne faze (PECVD – Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) z uporabo strojnega vida. Rešitev zagotavlja zahtevano natančnost pozicioniranja +/-0,1 mm v ležišča pladnjev, kar omogoča doseganje kompenzacijo toleranc izdelave pladnjev in krčenja, ki ga povzroča ohlajanje.

Foto: Zaradi omejenega prostora je robot z dosegom 1.000 mm pritrjen na strop območja strege za izdelavo prevlek na polprevodniških ploščah, iz katerih se izdeluje sončne celice.
Vir: Azur Space Solar Power 

Podjetje Azur Space Solar Power GmbH, ki se nahaja v nemškem mestu Heilbronn, je eno izmed vodilnih svetovnih podjetij, ki razvija in proizvaja visoko učinkovite sončne celice za vesoljsko in zemeljsko sisteme koncentrirane fotovoltaike (CVP – Concentrated Photo Voltaic). Vse sončne celice temeljijo na najnovejši tehnologiji spajanja treh in štirih slojev, pri čemer so sloji izdelani na podlagi iz germanija. 

Avtomatizacija zahtevnega procesa strege 

Med proizvodnim procesom se na polprevodniške plošče premerov 100, 150 in 200 mm nanese prevleka PECVD s sistemom podjetja Singulus Technologies AG. Sončne celice so dobavljene v kasetah, iz katerih se namestijo ležišča, izdelana iz posebnih karbonskih vlaken, ki so le nekaj sto mikrometrov večja od celic. Glede na velikost celic, pladnji velikosti 1.000 x 600 mm lahko vsebujejo štiri, devet ali šestnajst plošč polprevodnikov. Za preprečevanje kolizij je treba zanesljivo zagotavljati natančnost pozicioniranja +/- 0,1 mm pri zlaganju na pladnje. Ko se izdela prevleka na obeh straneh plošč, se celice znova položi v kasete. 

Foto: Ploščato vakuumsko prijemalo se lahko hitro zamenja za različne velikosti polprevodniških plošč ter zagotavlja natančnost polaganja v pladnje +/-0,1 mm.
Vir: Azur Space Solar Power 

Podjetje Azur Space je želelo avtomatizirati postopek, ki je v preteklosti potekal ročno z uporabo sesalnih pipet in je bil zelo dolgotrajen in drag. Položaj polprevodniških plošč v kasetah je lahko odstopal za +/-5 stopinj in +/-3 mm, pri čemer so prijemalne točke natančno definirane, kar predstavlja velik izziv. Poleg tega je treba kompenzirati tudi tolerance izdelave pladnjev, podobno kot krčenje zaradi hlajenja, saj se pladnji s polprevodniki po izdelavi prevleke, ki poteka pri 350 °C, med strego krčijo. 

Zagotavljanje natančnosti z osvetljeno poravnalno mizo in obdelavo slik 

Za razvoj rešitve so strokovnjaki za avtomatizacijo pri podjetju acp systems AG razvili pametno rešitev rokovanja z industrijskim robotom in podprto s strojnim vidom. Robot z dosegom 1.000 mm je bil zaradi omejenega prostora pritrjen na strop prostora za strego sistema za izdelavo prevleke. Uporabljen je bil robot Scara opremljen s posebnim ploščatim vakuumskim prijemalom, ki se ga lahko hitro zamenja za strego polprevodniških plošč različnih velikosti. 

Robot vzame polprevodniško ploščo iz kasete ter jo položi na osvetljeno mizo za poravnavo. Kamera z ločljivostjo 12 megapikslov, ki se nahaja nad mizo na razdalji 680 mm, zazna natančen položaj polprevodniške plošče ter to informacijo posreduje v programsko opremo Cognex Vision Pro, ki na podlagi te informacije izračuna položaj in zasuk, ki je potreben za vstavljanje polprevodniške plošče v ležišče ter podatke posreduje v krmilnik robota. Odstopanja kamere so bila kompenzirana med postavitvijo sistema z uporabo kalibracijske plošče. 

Foto: Kamera nad osvetljeno mizo za poravnavo zazna točen položaj polprevodniške plošče. Ta informacija gre v programsko opremo, ki izračuna potrebno kompenzacijo za polaganje v ležišče.
Vir: Azur Space Solar Power 

Za odpravo proizvodnih toleranc pladnjev in krčenja zaradi ohlajanja se vsak pladenj najprej poravna s pomočjo omejevala, kar omogoča določanje nulte točke sistema na ponovljiv način. Za kompenzacijo proizvodnih toleranc pladnjev so bili vsi pladnji na začetku natančno pomerjeni v hladnem stanju, pri čemer je bil vsak posebej označen s kodo, s katero se shranjuje vse pomembne podatke v krmilnik, kar omogoča izračun in kompenzacijo tolerance posameznega ležišča. 

Za kompenzacijo toplotnih skrčkov, ki nastanejo pri hlajenju, se je na vogalu vsakega pladnja izdelala oznaka nasproti nulte točke, medtem ko so se izvedle natančne meritve v hladnem stanju. Druga kamera omogoča spremljanje vrednosti toplotnega skrčka. Programska oprema te informacije uporablja za izračun potrebne kompenzacije, kar se ponovi pri vsaki polprevodniški plošči. 

Postaja za obračanje polprevodniških plošč 

Foto: Za obračanje sončnih celic je izdelana posebna obračalna postaja, ki omogoča izdelavo prevleke na obeh straneh.
Vir: Azur Space Solar Power 

Podjetje acp systems je v sistem vgradilo tudi postajo za obračanje sončnih celic, da se jih lahko oplašči na obeh straneh. Robot vsako ploščo tako postavi na obračalno postajo, ki jo pritrdi z vakuumskim prijemalom in obrne za 180°. Obrnjene plošče robot pobere in znova postavi na mizo za poravnavo. 

Vgrajen nadzor kakovosti 

Preden se oplaščene sončne celice postavi nazaj v kasete, se izvede končna kontrola kakovosti z uporabe kamere in mize za poravnavo, pri čemer se preveri, ali so na robovih plošč kakršnekoli poškodbe. 

Foto: Pred postavljanjem oplaščenih sončnih celic nazaj v kasete jih kamera pregleda na mizi za poravnavo in preveri, ali je prišlo med postopkom do kakšne poškodbe.
Vir: Azur Space Solar Power 

Ta robotizirana rešitev, ki uporablja strojni vid zagotavlja, da se izjemno občutljive polprevodniške sončne celice rokuje natančno in previdno. To potrjuje dejstvo, da od začetka uporabe sistema še ni bilo poškodb polprevodniških plošč. Zamenjava ročnega dela s popolnoma avtomatizirano rešitvijo je v podjetju Azur Space bistveno izboljšalo produktivnost in učinkovitost. 

Več informacij na: www.acp-systems.com