Cobot đang ngày càng được đưa vào các nhà máy lắp ráp bán dẫn tại Đông Nam Á. Tuy nhiên, không phải công đoạn nào trong quy trình sản xuất bán dẫn cũng phù hợp với robot cộng tác. Việc lựa chọn cobot cần dựa trên yêu cầu cụ thể về độ chính xác, môi trường sản xuất, tốc độ và mức độ linh hoạt của từng công đoạn.

Ngành bán dẫn là một trong những lĩnh vực có yêu cầu cao về độ chính xác, độ sạch và tính ổn định của quy trình. Vì vậy, khi đưa robot cộng tác vào sản xuất, doanh nghiệp không chỉ cần quan tâm đến khả năng tải, tầm với hay tốc độ của robot mà còn phải xác định chính xác công đoạn nào thực sự phù hợp với cobot.

Theo nội dung phân tích trên Industrial Automation Asia, cobot có thể mang lại hiệu quả rõ rệt trong một số hoạt động hậu kỳ của sản xuất bán dẫn, nhưng cũng có những giới hạn mà các hệ thống tự động hóa chuyên dụng vẫn đáp ứng tốt hơn.

Cobot không phải giải pháp cho mọi công đoạn bán dẫn

Cobot thường được giới thiệu như một giải pháp tự động hóa linh hoạt, có thể dễ dàng triển khai cho nhiều loại công việc. Tuy nhiên, đặc thù của ngành bán dẫn khiến việc lựa chọn ứng dụng cần được cân nhắc kỹ lưỡng.

Một hệ thống cobot được lựa chọn không đúng công đoạn có thể dẫn đến:

• Không đáp ứng yêu cầu về độ chính xác.
• Làm giảm năng suất dây chuyền.
• Tạo ra rủi ro về nhiễm bẩn trong môi trường sản xuất.
• Không đáp ứng các yêu cầu về phòng sạch.
• Làm tăng chi phí đầu tư nhưng không mang lại hiệu quả tương xứng.

Do đó, thay vì đặt câu hỏi “Có nên sử dụng cobot trong ngành bán dẫn hay không?”, doanh nghiệp nên đặt câu hỏi “Công đoạn nào phù hợp để sử dụng cobot?”

Những công đoạn cobot có thể phát huy hiệu quả

Cobot phù hợp nhất với những công việc có tính chất lặp lại, yêu cầu độ chính xác cao nhưng chưa đến mức quá khắt khe và có sự thay đổi về sản phẩm hoặc quy trình.

1. Gắp và chuyển khay linh kiện

Tray-to-tray transfer là một trong những ứng dụng tiêu biểu.

Cobot có thể thực hiện việc di chuyển linh kiện giữa các khay, thiết bị hoặc khu vực khác nhau trong dây chuyền. Đây là công việc có tính lặp lại cao và thường có thể đáp ứng bằng khả năng định vị của cobot.

Một ưu điểm đáng chú ý là khi kích thước hoặc cách bố trí khay thay đổi, hệ thống có thể được lập trình lại mà không nhất thiết phải thiết kế lại toàn bộ hệ thống cơ khí.

Điều này đặc biệt hữu ích khi nhà máy phải xử lý nhiều mã sản phẩm hoặc sản lượng thay đổi theo từng giai đoạn.

2. Phân loại và xử lý linh kiện trong ống

Cobot cũng có thể được sử dụng cho các công việc như tube sorting và magazine handling.

Các thao tác này có thể bao gồm kiểm tra hướng của linh kiện trước khi đưa vào ống, phân loại hoặc chuyển linh kiện giữa các vị trí.

Đây là những công đoạn trước đây thường phụ thuộc nhiều vào thao tác thủ công. Khi sử dụng cobot, doanh nghiệp có thể giảm các thao tác lặp lại và duy trì sự ổn định trong chu kỳ làm việc.

3. Nạp sản phẩm vào hệ thống tape-and-reel

Một ứng dụng khác là tape-and-reel loading, đặc biệt ở các công đoạn đóng gói cuối.

Cobot có thể đảm nhiệm việc lấy và đặt linh kiện lên hệ thống đóng gói theo trình tự được lập trình sẵn.

Với những công đoạn có chu kỳ ổn định, thao tác có thể dự đoán được và yêu cầu độ chính xác nằm trong khả năng của robot, cobot có thể trở thành lựa chọn linh hoạt thay cho một hệ thống tự động hóa cố định.

Khi nào cobot gặp giới hạn?

Điểm quan trọng được bài viết IAA nhấn mạnh là không phải cứ là công đoạn tự động hóa thì cobot đều phù hợp.

Có ba nhóm yếu tố lớn cần xem xét: độ chính xác, môi trường sản xuất và tốc độ chu kỳ.

1. Giới hạn về độ chính xác

Các công đoạn pick-and-place trong ngành bán dẫn có thể yêu cầu độ chính xác ở cấp độ rất nhỏ.

Khi công việc yêu cầu:

• Định vị ở cấp micromet.
• Độ lặp lại cực cao.
• Nhận dạng mẫu hình chính xác.
• Điều khiển quá trình bonding.
• Hoạt động ổn định trong toàn bộ chu kỳ sản xuất.

thì hệ thống tự động hóa chuyên dụng có thể phù hợp hơn cobot.

Đặc biệt, bài viết chỉ ra rằng khi yêu cầu độ chính xác vị trí xuống dưới khoảng 50 micromet, đây có thể trở thành ranh giới mà hệ thống tự động hóa chuyên dụng cần được cân nhắc thay vì cobot.

Điều này cho thấy việc lựa chọn robot phải bắt đầu từ yêu cầu kỹ thuật của công đoạn, chứ không nên bắt đầu từ việc doanh nghiệp muốn sử dụng một loại robot cụ thể.

2. Giới hạn về môi trường phòng sạch

Môi trường sản xuất bán dẫn có những yêu cầu nghiêm ngặt về kiểm soát hạt bụi và nhiễm bẩn.

Các khu vực sản xuất có thể được phân loại theo tiêu chuẩn ISO 14644, trong đó yêu cầu về độ sạch sẽ thay đổi tùy theo công đoạn.

Một cobot tiêu chuẩn không mặc nhiên phù hợp với môi trường phòng sạch.

Các yếu tố như:

• Phát sinh hạt từ động cơ.
• Dây cáp.
• Bề mặt thiết bị.
• Dầu mỡ.
• Cơ cấu truyền động.
• Vật liệu của robot và phụ kiện.

đều cần được xem xét.

Với các công đoạn yêu cầu môi trường sạch hơn, doanh nghiệp cần xác định rõ robot, bộ kẹp và các thiết bị ngoại vi có đáp ứng yêu cầu phòng sạch hay không.

Một số phiên bản robot có cấu hình hoặc chứng nhận phù hợp với môi trường phòng sạch, nhưng chứng nhận của robot không đồng nghĩa toàn bộ cell tự động hóa đã đáp ứng yêu cầu của nhà máy.

Do đó, cần đánh giá cả hệ thống trước khi đưa vào sản xuất.

3. Giới hạn về tốc độ và sản lượng

Đây là một yếu tố đặc biệt quan trọng đối với các nhà máy bán dẫn có sản lượng lớn.

Cobot được thiết kế với các cơ chế an toàn khi làm việc gần con người. Điều này có thể ảnh hưởng đến tốc độ vận hành tối đa.

Trong khi đó, một số công đoạn sản xuất bán dẫn yêu cầu:

Tốc độ cao + chu kỳ ổn định + hoạt động liên tục + sản lượng lớn.

Ở những trường hợp này, hệ thống tự động hóa chuyên dụng có thể đạt hiệu suất cao hơn nhờ được thiết kế tối ưu cho một nhiệm vụ cụ thể.

Ngược lại, nếu sản phẩm thường xuyên thay đổi hoặc yêu cầu dây chuyền phải nhanh chóng chuyển đổi giữa các công việc, tính linh hoạt của cobot lại trở thành một lợi thế đáng kể.

4 yếu tố cần đánh giá trước khi đầu tư cobot

Thay vì chỉ so sánh giá robot, doanh nghiệp sản xuất bán dẫn nên đánh giá giải pháp dựa trên bốn yếu tố chính:

1. Yêu cầu về độ chính xác

Công đoạn có yêu cầu chính xác ở mức nào? Độ lặp lại cần bao nhiêu? Có cần xử lý ở cấp micromet hay không?

2. Yêu cầu về phòng sạch

Công đoạn được thực hiện ở khu vực nào? ISO Class bao nhiêu? Robot, gripper và các thiết bị ngoại vi có đáp ứng yêu cầu tương ứng không?

3. Mục tiêu về sản lượng

Dây chuyền cần bao nhiêu sản phẩm mỗi giờ? Chu kỳ hoạt động bao nhiêu giây? Cobot có thể đáp ứng tốc độ yêu cầu mà không tạo ra nút thắt cổ chai hay không?

4. Mức độ thay đổi của công việc

Nếu sản phẩm và quy trình thay đổi thường xuyên, khả năng lập trình và tái cấu hình nhanh của cobot có thể mang lại giá trị lớn.

Ngược lại, nếu một công đoạn có sản lượng cực lớn và gần như không thay đổi, hệ thống tự động hóa chuyên dụng có thể là phương án cần được xem xét.

Cobot phù hợp với đâu trong dây chuyền bán dẫn?

Có thể hình dung phạm vi ứng dụng của cobot theo nguyên tắc:

Công việc thay đổi nhiều → Cobot có lợi thế

Công việc lặp lại nhưng yêu cầu chính xác vừa phải → Cobot có thể phù hợp

Công việc yêu cầu độ chính xác cực cao + tốc độ cực cao → Tự động hóa chuyên dụng cần được ưu tiên xem xét

Đây cũng là lý do cobot có xu hướng phù hợp hơn với các công đoạn phụ trợ hoặc nằm ở phía ngoài quy trình chính xác cao, thay vì trực tiếp đảm nhiệm những công đoạn cốt lõi có yêu cầu kỹ thuật đặc biệt khắt khe.

Xu hướng ứng dụng cobot tại các nhà máy bán dẫn Đông Nam Á

Tại Đông Nam Á, các nhà máy OSAT và các doanh nghiệp liên quan đến đóng gói, kiểm thử bán dẫn đang có những mức độ tự động hóa khác nhau.

Những nhà máy đã vận hành các dây chuyền sản lượng lớn trong thời gian dài thường có hệ thống tự động hóa chuyên dụng được tối ưu cho từng quy trình.

Trong khi đó, các dây chuyền mới, đặc biệt những dây chuyền có sản phẩm đa dạng hoặc quy trình còn thay đổi, có thể có nhu cầu cao hơn đối với các giải pháp tự động hóa linh hoạt.

Đối với Việt Nam, điều này đặt ra một vấn đề quan trọng: không nên áp dụng một mô hình tự động hóa giống nhau cho mọi nhà máy.

Giải pháp cần được lựa chọn dựa trên từng công đoạn, sản phẩm, sản lượng và yêu cầu môi trường cụ thể.

Cobot không phải là lựa chọn duy nhất – mà là một công cụ trong hệ thống tự động hóa

Cobot không phải là giải pháp thay thế hoàn toàn cho robot công nghiệp hay hệ thống tự động hóa chuyên dụng.

Giá trị thực sự của cobot nằm ở tính linh hoạt và khả năng tái cấu hình.

Khi công việc thay đổi thường xuyên, sản phẩm có nhiều biến thể hoặc doanh nghiệp cần triển khai tự động hóa từng bước, cobot có thể giúp rút ngắn thời gian tích hợp và dễ dàng điều chỉnh hệ thống.

Ngược lại, với những công đoạn có yêu cầu cực cao về tốc độ, độ chính xác hoặc môi trường kiểm soát, doanh nghiệp cần cân nhắc các hệ thống tự động hóa chuyên dụng.

Vấn đề không phải cobot có tốt hay không, mà là cobot có phù hợp với yêu cầu của công đoạn hay không.

Weldtec – Tư vấn giải pháp robot và tự động hóa phù hợp

Với mỗi bài toán sản xuất, Weldtec hướng đến việc lựa chọn giải pháp dựa trên yêu cầu thực tế của dây chuyền, thay vì chỉ lựa chọn robot theo tải trọng hoặc thương hiệu.

Từ cobot, robot công nghiệp đến các hệ thống tự động hóa tích hợp, giải pháp cần được đánh giá dựa trên:

Độ chính xác – Tốc độ – Môi trường sản xuất – Sản lượng – Mức độ linh hoạt.

Đây là cơ sở để doanh nghiệp lựa chọn được giải pháp tự động hóa phù hợp, tối ưu hiệu quả đầu tư và đáp ứng yêu cầu sản xuất trong dài hạn.

Weldtec – Giải pháp Robot & Tự động hóa cho sản xuất.