Eugen G. Leuze Verlag KG
×
 x 

Warenkorb leer.
Warenkorb - Warenkorb leer.

Onlineartikel Suche

Artikel Text

Autoren

Ausgabe

Jahr

Kategorie

Freitag, 15 Mai 2020 10:07

Großer Durchsatz bei hoher Präzision – Antriebstechnik für Mikroelektronik-Fertigung

von Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen
Geschätzte Lesezeit: 3 - 5 Minuten
Abb. 4: Automatisierte Leiterplatten- bestückung im Pick & Place-Verfahren Abb. 4: Automatisierte Leiterplatten- bestückung im Pick & Place-Verfahren
Die Herstellung mikroelektronischer Bauteile ist zur Schlüsseltechnologie geworden, die wiederum hohe Anforderungen an die eingesetzte Fertigungstechnologie und ihre Komponenten hat. Die Massenproduktion verlangt hohe Durchsatzraten bei den automatisieren Abläufen, gleichzeitig aber auch höchste Präzision und das in allen Produktionsschritten bis hin zur Qualitätskontrolle. Kleine, leistungsfähige Antriebssysteme sind dafür Voraussetzung.

Aus Quarzsand, dem Grundstoff für die Chipherstellung (Abb. 1), wird das Silicium gewonnen, das über verschiedene Reinigungsverfahren hochrein aufgeschmolzen wird. Ein sogenannter Impfkristall leitet in der flüssigen Masse dann das Kristallwachstum ein. Es entstehen zylinderförmige Stäbe mit homogener Struktur, aus denen Scheiben von etwa zwei Millimetern Stärke geschnitten werden. Diese rohen Wafer werden geglättet, poliert und mit lichtempfindlichem Lack beschichtet. Mit fotolithografischen Verfahren sowie Dotierungs- und Ätzprozessen entstehen dann die Leiterbahnen, deren Strukturbreiten im Nanometerbereich liegen können.

Computer processor isolated on whiteAbb. 1: Von der Kaffeemaschine bis zum Kommunikationssatelliten gibt es praktisch nichts, was ohne Mikrochips funktioniert

Dazu wird jede Einheit auf dem Wafer in der Regel mindestens 30-mal mit unterschiedlichen Fotomasken belichtet. Die Einheiten müssen dafür jedes Mal präzise ausgerichtet werden, damit sie sich bei jeder Belichtung exakt wieder in der gleichen Position befinden.

DC-, Schritt- oder Piezomotoren für die präzise Positionierung

Das Handling der Wafer während dieser Produktionsschritte übernehmen Roboter, die sehr feinfühlig arbeiten müssen, damit die hochempfindlichen Rohlinge nicht beschädigt und präzise ausgerichtet werden, um fehlerfreie Strukturen zu erhalten. Das gleiche gilt für die optischen Komponenten der Laser in den fotolithographischen Systemen. In beiden Bereichen sorgen oft Antriebssysteme von Faulhaber dafür, dass die einzelnen Bewegungsabläufe mit verlässlicher Reproduzierbarkeit gefahren werden (Abb. 2). Je nach Applikationsanforderungen kommen dabei entweder DC-, Schritt- oder Piezomotoren mit den darauf abgestimmten Controllern und Getrieben zum Einsatz.
fau261 Bild2Abb. 2: Antriebssysteme für die unterschiedlichsten Anforderungen
Die Piezo LEGS-Motoren sind mit Auflösungen bis in den Nanometerbereich sehr präzise bei kurzen Reaktionszeiten, arbeiten rastmomentfrei und sind wahlweise als Dreh- oder Linearmotor erhältlich. Typische Einsatzbereiche finden sich beispielsweise bei der Positionierung optischer Komponenten. Die PRECIstep-Schrittmotoren sind durch ihren robusten Aufbau, den großen Drehzahlbereich und die hohe Leistungsdichte auch unter schwierigsten Einsatzbedingungen eine ideale Lösung für anspruchsvolle Positionieraufgaben. Schrittmotoren der Baureihe AM0820 beispielsweise haben das bereits im Weltraum bewiesen: in einem Seismometer, das Marsbeben aufzeichnet.
 
Bei DC-Motoren, die in der Chipproduktion eingesetzt werden, reicht das Spektrum von 4-poligen Servomotoren für hohe Drehmomente über hocheffiziente Flachmotoren bis zu kleinsten bürstenlosen DC-Mikromotoren. Aufgrund ihres Designs sind die Klein- und Kleinstantriebe prädestiniert für Hochleistungs-Servoanwendungen mit häufigen Überlastbedingungen sowie für Anwendungen im Dauerbetrieb, bei denen eine maximale Lebensdauer erforderlich ist.

 

Verguss und Test

Eine typische Anwendung für die DC-Kleinstantriebe findet sich in den Dosiereinheiten der Maschinen, die dafür sorgen, dass die fertigen Chips ihre schützende Hülle erhalten. Der Vorgang ähnelt dem Kunststoff-Spritzguss, nur dass hier sehr hohe Präzision gefragt ist. Die Menge des Kunstharzes muss präzise dosiert werden, damit der Schaltkreis wirksam geschützt ist. Gleichzeitig darf aber nichts überstehen und Einbau oder Funktion behindern.

fau261 Bild3
Abb. 3: Kompakte DC-Antriebe, die sehr hohe Anforderungen an die Dynamik erfüllen und sich präzise regeln lassen
Die Motoren für ihre Bewegung müssen deshalb ebenfalls sehr kompakt sein, zugleich aber sehr hohe Anforderungen an die Dynamik erfüllen und sich natürlich präzise regeln lassen. In sehr vielen Maschinen dieses Prozessbereichs finden sich die Faulhaber-Motoren aus den Baureihen BX4 mit integriertem Motion Controller (Abb. 3) oder aus dem Portfolio an linearen DC-Servomotoren.
 
Das meist schwarze Kunstharz läuft durch eine Spindel, deren Drehbewegung es in Richtung Spritzgussform befördert. Nach einer genau bemessenen Strecke im Millimeterbereich schaltet der Kleinstantrieb in den Rückwärtsgang, damit sich eine präzis definierte Menge des Harzes ablösen kann und in die Form gelangt. Der Chip ist jetzt fertig und wird im sogenannten Test-Handler geprüft. In dieser Maschine ist ein Pick & Place-Roboter für das Befördern und Platzieren der Chips in den Testvorrichtungen zuständig. Da hier Teile getestet werden, die höchstens einige Quadratzentimeter messen, sind die Dimensionen der Anlagenteile entsprechend filigran.

Schnelle Bestückung und Nadelprobe

fau261 Bild5Abb. 5: Chipprüfung mit AdapternadelnDie geprüften Chips werden meist in Kunststoffgurte verpackt und gelangen zur nächsten Etappe in der Mikroelektronik-Fertigung: zur Bestückung der Leiterplatten (Abb. 4). Auch hier herrscht Massenproduktion, unzählige Komponenten werden täglich auf Millionen von Leiterplatten befestigt. Diese Arbeit übernehmen Bestückungsautomaten. Die Gurte mit den Bauteilen werden auf Rollen der Bestückung zugeführt und so abgerollt, dass der Bestückkopf immer ein Bauteil aufnehmen kann. Letzteres geschieht in der Regel durch Unterdruck: Die Komponente wird angesaugt und auf diese Weise festgehalten. Der Kopf fährt dann an die Stelle der Leiterplatte, an der sich die passenden Aussparungen für die Anschlüsse des Chips oder eines anderen Bauteils befinden. Darauf platziert er die Chips, später werden sie mit der Platte verlötet.
 
Präzision ist beim Bestücken ebenfalls oberste Pflicht, damit die feinen Anschlüsse nicht beschädigt und exakt positioniert werden. Zugleich braucht man aber großen Durchsatz für die riesigen Stückzahlen. Manche Maschinen schaffen über 100 000 Bauelemente pro Stunde. Hier können die Kleinstantriebe ihre Stärken ebenso ausspielen wie bei der anschließenden Qualitätskontrolle (Abb. 5). Die vollautomatischen Testmaschinen müssen ebenfalls einen großen Durchsatz ermöglichen. Die Bewegung der Test-Nadeln etwa ist oft so schnell, dass man sie nur in Superzeitlupe verfolgen kann. Die Antriebssysteme aus Schönaich tragen damit in allen Produktionsschritten zum Erfolg der Mikroelektronik bei.
 

Antriebsexperten aus Schönaich

Faulhaber ist spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu etwa 250 W Abgabeleistung. Dazu zählt die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen ebenso wie ein umfangreiches Programm an Standardprodukten wie bürstenlose Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller. Die Marke gilt weltweit als Zeichen für hohe Qualität und Zuverlässigkeit in komplexen und anspruchsvollen Anwendungsgebieten wie Medizintechnik, Fabrikautomation, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik. Vom leistungsstarken DC-Motor mit 224 mNm Dauerdrehmoment bis zum filigranen Mikroantrieb mit 1,9 mm Außendurchmesser umfasst das Standardportfolio des Herstellers mehr als 25 Mio. Möglichkeiten, ein optimales Antriebssystem für eine Anwendung zusammenzustellen. Dieser Technologiebaukasten ist zugleich die Basis für Modifikationen, um auf besondere Kundenwünsche für Sonderausführungen eingehen zu können.

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 5
  • Jahr: 2020
  • Autoren: Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen, Leiter Marketing, Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co.KG, Schönaich und Ellen-Christine Reiff, M.A, Redaktionsbüro Stutensee

Der Leuze Verlag ist die Quelle für fundierte Fachinformationen.
Geschrieben von Fachleuten für Fachleute. Fachzeitschriften und Fachbücher
rund um Galvano- und Oberflächentechnik sowie Aufbau- und Verbindungstechnik in der Elektronik –
seit 118 Jahren professionelle Informationen und Fachwissen aus erster Hand.

UNTERNEHMEN

ZAHLARTEN

Paypal Alternative2Invoice
MaestroMastercard Alternate
American ExpressVisa

Zahlarten z.T. in Vorbereitung.

KONTAKT

Eugen G. Leuze Verlag KG
Karlstraße 4
88348 Bad Saulgau

Tel.: 07581 4801-0
Fax: 07581 4801-10

E-Mail: info@leuze-verlag.de oder
E-Mail: mail@leuze-verlag.de