Handling in der Mikroelektronik: Schutz nach Maß durch Kleinstoßdämpfer

• In der Halbleiterindustrie führt die Strukturverkleinerung zu kleineren, effizienteren, schnelleren und günstiger produzierten integrierten Schaltkreisen.
• Mit den Fortschritten in der Mikroelektronik steigen die Anforderungen an die Handlingsysteme, die für den sauberen, sicheren Transport der Wafer zuständig sind.
• In einer kundenspezifischen Applikation sorgen zehn Kleinstoßdämpfer von ACE für Schutz von jeder Linearachse.

In einem Handlingsystem für die Chip-Fertigung gewährleisten zehn kundenspezifisch angepasste Kleinstoßdämpfer von ACE den Schutz der Linearachsen.

Die Fotolithografie ist eine Schlüsseltechnologie bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente und Schaltkreise sowie bei der Fertigung von Mikrosystemen. Dabei wird ein Strukturmuster von einer Fotomaske in eine fotostrukturierbare, lichtempfindliche, dünne Schicht aus Fotolack auf einen Wafer übertragen. Für deren einwandfreie Fertigung legen Konstrukteure sowohl höchste Sorgfalt auf die Programmierung der automatisierten Prozesse als auch auf die Überwachung der Abläufe. Aufgrund der Nachfrage nach Mikroprozessoren und Speicherchips und weil Ausfallsicherheit bei der Waferproduktion das A und O ist, arbeiten viele Chiphersteller im Bereich der Handlingsysteme mit firmeneigenen Zulieferunternehmen. Diese können sie ohne zu hohes Risiko in die Fertigungsprozesse einweihen und statten ihre Konstruktionen meist mit hochwertigen, bewährten Standardkomponenten für Antriebe, Steuerung und Linearachsen aus.

Handlingsysteme in der Chipfertigung

Um letztgenannte durch robuste, mechanische, stromunabhängige Maschinenelemente, die auch in Reinräumen genutzt werden können, bestmöglich zu sichern, kommt es zu Kooperationen mit der ACE Stoßdämpfer GmbH. Ein weiterer wesentlicher Grund für die Zusammenarbeit: Das Unternehmen aus Langenfeld bietet auch kundenspezifische Lösungen an. Diese passt ein erfahrenes Ingenieurteam den Erfordernissen der Halbleiterhersteller genau an. Denn jede Komponente wird per Software präzise ausgelegt und dann im Prüflabor von ACE getestet. Somit stellt man gemeinsam mit den Kunden den wirksamen Schutz der Produktionsachsen sicher, um Schäden beim Handling auszuschließen.

Auslegung, Simulation, Prüfstand: Wie ACE aus Standarddämpfern Unikate macht

Wie der Firmenname verrät, liegt eine Stärke von ACE im Bereich der Stoßdämpfungstechnik. Der ursprünglich aus den USA stammende Hersteller hat vor fast 60 Jahren als Erster einstellbare Industriestoßdämpfer auf den Markt gebracht. Das seit 2016 zur Stabilus Gruppe gehörende Unternehmen bietet Konstrukteuren zudem auch Komponenten wie Industriegasfedern, Rotationsbremsen, Klemmelemente sowie zahlreiche weitere Lösungen unter anderem zur Entkopplung von Schwingungen an. Dabei sind die Klein- und Industriestoßdämpfer ebenso wie die Sicherheitsstoßdämpfer ein zentraler Geschäftsbereich von ACE geblieben. Das damit verbundene Know-how konnten die Entwicklungsingenieure in den USA und in Europa über die Jahre immer weiter ausbauen, sodass es auch in diesem Einsatzfall zu den vom Kunden gewünschten Ergebnissen führt.

Für die Chipfertigung hat man bei der betreffenden Applikation hochpräzise, reibungsfreie Achsen in einem Handlingsystem verbaut. Deren X- und Y-Achsen dürfen laut Hersteller im Crash-Fall ebenso wie die Center-Pole-Achse (CP) nur mit maximal zulässigen Kräften belastet werden, um zu 100 Prozent sicher zu stellen, dass die Gesamtanlage nicht beschädigt wird. Entsprechend waren bei dieser Applikation die drei Achsen mit drei verschiedenen Typen aus der Palette der Kleinstoßdämpfer von ACE auszurüsten. Dabei kommen für die Y-Achse vier Kleinstoßdämpfer mit Gewinde M20 zur Anwendung, für die X-Achse ebenfalls vier, allerdings mit Gewinde M18 und zwei für die CP-Achse mit der Gewindegröße M25.

Spezifikationen für die Kleinstoßdämpfer

Im ersten Schritt ermittelte ACE zusammen mit dem Kunden für jede der drei Achsen den passenden Dämpfertyp, der den genauen, vom Kunden genannten Spezifikationen zu entsprechen hatte. Zusätzlich wurde den Ingenieuren von ACE die maximal tolerierte Stützkraft im Crash-Fall vorgegeben. Im Fall der Y-Achse waren es beispielsweise die folgenden Parameter, die jeweils auf einen Dämpfer heruntergebrochen wurden: Masse, m = 95,85 kg und Geschwindigkeit, v = 1,08 m/s, somit einer kinetischen Energie von 55,90 Nm entsprechend. Die maximal erlaubte Stützkraft für diese Achse betrug 5’700 Nm.

Auf Basis dieser Angaben wurde darauf in der Entwicklungsabteilung von ACE in einem zweiten Schritt das Bohrbild für den bei den genannten Massekräften und der Geschwindigkeit des elektrischen Antriebs in Frage kommenden Kleinstoßdämpfertypen entsprechend simuliert. Wie Bild 3 zeigt, gelang es dabei, Energie und Geschwindigkeit gleichmäßig über den gesamten Hub von 14 mm zu verzögern. Dabei konnte man die maximale Stützkraft auf einen Wert von ca. 5’300 Nm herunterbringen. Die vorgegebenen Werte für den bestmöglichen Schutz der beiden anderen Achsen durch mechanische Komponenten konnte ACE ebenfalls erfüllen.

Schutz nach Maß an allen drei Bewegungsachsen

In einem dritten und letzten Schritt wurden die den Simulationsergebnissen entsprechend maßgeschneidert gefertigten Kleinstoßdämpfer nach ausgiebigen Tests an den Hightech-Kunden ausgeliefert. Dort sorgen die jeweils 10 Kleinstoßdämpfer von ACE seitdem für Schutz nach Maß an allen drei Bewegungsachsen eines jeden, bei der Waferproduktion genutzten Handlingsystems.

Kleinstoßdämpfer: Tuning für so gut wie jede Konstruktion

Applikation stehen exemplarisch für die zehn Produktfamilien im Bereich der Kleinstoßdämpfer bei ACE. Dazu gehören auch Dämpfungs- und Bremselemente aus Edelstahl, welche nicht nur die strengen Anforderungen der Halbleitertechnologie, sondern auch die Hygienevorschriften in der Medizintechnik oder Lebensmittelindustrie erfüllen.

Bedenkt man, dass jede Stoßdämpferfamilie aus mehreren Typen besteht, die so gut wie alle Kraftbereiche von Handling- und Automatisierungsaufgaben abdecken, erklärt sich, warum ACE weltweit erfolgreich in Millionen von industriellen Konstruktionen vertreten ist. Die Qualitätsprodukte optimieren Maschinen auf so zuverlässige wie effektive Weise, indem sie Massen schnell und zerstörungsfrei bremsen.

Bestimmte Modelle der kompakten, wartungsfreien, hydraulischen Maschinenelemente arbeiten bei Bedarf auch direkt im Pneumatikzylinder. Sie senken die Belastung dort ebenso gut wie beim Einsatz in Miniaturschlitten, in Handhabungsgeräten und in vielen anderen industriellen Anwendungen. Für hohe Standzeiten sorgen dabei innovative Dichtungstechniken und die aus hochfestem, legiertem Stahl, massiv und topfförmig aus dem vollen Material gefertigten Stoßdämpferkörper mitsamt Hochdruckhülsen. Neben reichlich Zubehör, wie etwa Bolzenvorlagerungen, bietet ACE zusätzlich Sondergewinde, spezielle Fluide, Sonderhübe und Sonderausführungen.

Messehinweise

ACE Stoßdämpfer GmbH auf der:

• Technishow Stand 11.D001 vom 30. August bis 2. September 2022, Uetrecht, NL
• Motek, Halle 1, Stand 1311, vom 4. bis 7. Oktober 2022, Messe Stuttgart
• FMB, Stand C34, vom 12. bis 14. Oktober 2022, Bad Salzuflen
• Bauma, mit Stabilus in Halle 5, Stand 315, vom 24. bis 30. Oktober 2022, München
• Precisiebeurs, Stand 335, am 16. und 17. November 2022, s’Hertogenbosch, NL

Bild 1 oben: Im Zuge der kundenspezifischen Anpassung der Kleinstoßdämpfer für bestmöglichen Schutz der Endlagen eines Handlingsystems führt ACE vor der Auslieferung der hydraulischen Maschinenelemente diverse Testläufe auf dem eigenen Prüfstand durch. Bildquelle: ACE Stoßdämpfer GmbH

Weitere Informationen: https://www.ace-ace.de/

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