Fertigungsautomat

Antriebe für die Bearbeitung von Waferscheiben

Das Handling der teuren Waferscheiben auf denen die Chips entstehen ist eine diffizile Sache. Aus diesem Grund ist die Fertigung weitgehend automatisiert. Ein Arbeitsschritt in der Chip-Herstellung ist das Ätzen. Dazu müssen die Wafer in eine Handling-Dose eingelegt, und diese verschraubt werden. Elektronisch kommutierte Kleinmotoren mit integriertem Motion Controller erlauben dabei einen sicheren, wartungsarmen Drei-Schicht-Betrieb.

Sensorelemente werden heute in großen Stückzahlen benötigt. Nur die möglichst weit gehende Automatisierung des Fertigungsprozesses erlaubt eine kostengünstige Herstellung. Viele dieser Massenartikel müssen später sicherheitsrelevante Aufgaben übernehmen, beispielsweise ABS-Sensoren, Beschleunigungssensoren und andere. Darum steht Qualität an vorderster Stelle. Bisher wurden die Siliziumwafer von Hand in eine so genannte Dose eingelegt und verschraubt. Nur exakt im Träger ausgerichtete Scheiben können im weiteren Fertigungsprozess geätzt werden. Da die Wafer in diesem Schritt schon einen erheblichen Wert darstellen, ist größte Vorsicht im Umgang mit ihnen angebracht. Der Schichtbetrieb rund um die Uhr verteuert die manuellen Arbeiten zusätzlich.

Hohe Ansprüche

Der Spezialist für Handlingsanlagen in der Elektronikfertigung INGENIA hat deshalb einen speziell auf die Chipfertigung ausgelegten Montageautomat entwickelt. Um den Belangen des oft individuellen Fertigungsbetriebes gerecht zu werden, sind die Automaten am Handlingkonzept des jeweiligen Kunden ausgerichtet. Die Anforderungen an ein solches Handlingsystem sind enorm: Neben der Dauerbelastung des Drei-Schicht-Betriebes muss auch noch die Sicherheit und eine exakte Positionierung auf Dauer gewährleistet sein. Um den teuren Siliziumwafer optimal zu ätzen, ist es wichtig, ihn lagerichtig exakt in die Dose für die spätere Weiterverarbeitung einzulegen und diese zu verschrauben.
Werden nicht Standard-ICs sondern Sensor- oder Mikromechanik-Chips gefertigt, sind die Ansprüche an die Handhabung noch höher. Hier wird im Gegensatz zu üblichen Speicherchips oder CPUs der Wafer von beiden Seiten bearbeitet. Nur so lässt sich die filigrane Struktur der mechanischen Elemente mit der notwendigen Elektronik optimal kombinieren. Da in der Fertigung keine Handlingsfachleute und Antriebsspezialisten arbeiten, muss die Einrichtung und Wartung der Anlage und ihrer Antriebe sehr einfach sein. Nur so kann auch im laufenden Betrieb schnell nachgeregelt und optimiert, oder nach Unterbrechungen die Anlage schnell wieder angefahren werden. So senkt eine einfache Handhabung auch die Betriebskosten einer Anlage.

Sicher eingelegt

Wie überall in der Automatisierung gilt auch in der Chipfertigung der Grundsatz einer möglichst anpassungsfähigen Auslegung der Produktionsmittel. Ein Mix aus Standard-bauteilen und speziellen Lösungen erlaubt daher ein optimales Handling. Das Gerät übernimmt alle Arbeitsschritte, von der Ausrichtung der Scheiben, der Bestückung der Trägerrahmen, bis hin zur Ablage der bestückten Rahmen. Dabei werden alle Montageschritte in einer Ebene ausgeführt.
Für die Zuführung der Wafer und die Lagerung der fertig in der Dose montierten Wafer sorgen Hubgreifer. Um bei Stromausfall die Sicherheit und exakte Position sowie die CE-Konformität sicherstellen zu können, werden in diesen gefährdeten Anlagenteilen Motoren mit angebauter, kompakter Haltebremse eingesetzt. So ist ein teurer Crash sicher ausgeschlossen. Der hohe Taktzyklus, wie er in der Elektronikfertigung Standard ist, verlangt zudem nach leistungs- und drehmomentstarken Motoren. Trotz der hohen Dynamik muss aber exakt positioniert werden. Die eigentliche Ausrichtung der Wafer in der Dose selbst und die Verschraubung erfordern nicht so hohe Kräfte, sind aber genauso kritisch bei der Positionierung. Schließlich soll der Wafer genau zentrisch liegen, um optimale Flächennutzung zu garantieren. Die Schrauben des Rahmens schließlich müssen nicht nur alle genau an Ort und Stelle eingesetzt werden, sie müssen auch alle exakt gleichmäßig angezogen sein, um Abweichungen durch Verzug des Rahmens oder nicht ganz bündig sitzende Schraubenköpfe auszuschließen.

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(Entgeltliche Einschaltung)