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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.
Abb. 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.
Abb. 2: Antriebssysteme für die unterschiedlichsten AnforderungenDie 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.
Abb. 3: Kompakte DC-Antriebe, die sehr hohe Anforderungen an die Dynamik erfüllen und sich präzise regeln lassenDie 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.
Schnelle Bestückung und Nadelprobe
Abb. 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.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.
