Bewegungen ohne Wenn und Aber

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Hochgenau und schnell: Positioniersysteme für die Halbleiterindustrie verfahren mit bis zu 3 m/s bei 10 g Beschleunigung.
23.07.2015 | Mit seinen Positionier- und Bewegungssystemen besetzt die Schneeberger AG weltweit eine Nische, in der Hochpräzision gepaart mit Zuverlässigkeit als Richtschnur gelten. Speziell für dieses Produktsegment investierten die Spezialisten aus Roggwil in einen neuen Reinraum und untermauern dadurch den Anspruch auf Innovationsführerschaft. TR-Chefredaktor Wolfgang Pittrich hat sich vor Ort informiert.

Positioniersysteme kennt der Fachmann als Hilfsmittel, um exakte und genau definierte Bewegungen auszuführen; egal ob linear, rotativ oder interpolierend in Kombination. Neu war für den Chronisten, dass für deren Fertigung ein Reinraum benötigt wird. Javier de Oñate, Leiter Systeme bei der Schneeberger AG, klärt auf: «Unser neuer Reinraum ist exklusiv für Positioniersysteme bestimmt, die in die Halbleiterindustrie gehen. Wir müssen unsere Systeme mit dem gleichen Reinheitsgrad liefern, der in der Chip-Fertigung gefordert wird.»


Das bedeutet beispielsweise für die mittlere Reinraumklasse 5 nach ISO 14644-1: Es dürfen maximal 832 Partikel mit 1 µm Durchmesser auf 1 m3 Luft enthalten sein. Wobei es mit dem Reinraum alleine nicht getan ist. Denn jedes mechanische System produziert Abrieb, egal, ob Energieführungsketten geknickt werden oder sich Kugeln in Linearführungssystemen bewegen. «Es ist eine Kunst», sagt Javier de Oñate, «die Komponenten in diesen Systemen so unter Kontrolle zu haben, dass wir genau wissen, wo Partikel generiert werden, und wie wir diese eliminieren können.»


Eine Möglichkeit ist, die Systeme so zu konstruieren, dass der zwangsläufig anfallende Abrieb lokal begrenzt unter Kontrolle bleibt; umsetzbar beispielsweise durch statische Aufladung. Auch durch die Ummantelung von Energieführungsketten mit Silikon lässt sich die Entstehung von Partikeln deutlich reduzieren. Ebenfalls tabu sind Ausgasungen aus Materialien oder auch nur der Hauch von Magnetismus, wenn es um Anwendungen in Vakuum geht.


Eingesetzt werden die Positioniersysteme von Schneeberger in der Halbleiterindustrie vor allem bei der Produktion der Wafer, um die Strukturen aufzubringen, und in der Qualitätskontrolle der fertig designten Chips. Je nach Einsatz bewegen sich die Genauigkeitsanforderungen im nm- oder µm-Bereich, erläutert Adrian Raible, Leiter Projektakquisition bei Schneeberger: «Wir unterscheiden zwei Hauptmerkmale: Wie stabil kann ein System an einer Position verharren? Das erfassen wir in Nanometern. Und: Wie genau muss sich ein System bewegen können? Hier bewegen wir uns in der Mikrometerwelt.»


Vor allem wenn es um den vermeintlichen Stillstand der Positioniereinheiten geht, also das Verharren in einer genau definierten Stellung, wird die Materie sehr komplex. «Wir haben es dann mit Strukturen zu tun», sagt Adrian Raible, «die sich im Nanometer-Bereich abspielen. Es geht nicht mehr um simple Mechanik oder lineare Bewegungen. Es rührt sich eigentlich nichts mehr, und trotzdem ist das System in Bewegung.»


Um diese Mikroschwingungen erfassen zu können, benötigt man hochauflösende Messsysteme. Um sie zu kompensieren, ist viel Wissen um mechanische und mechatronische Wirkungsweisen notwendig, aber auch, wie Systeme konstruktiv ausgelegt werden müssen. Das beginnt für Adrian Raible bereits bei der Auswahl der Linearführungen: «Rollenführung generieren Pulsationen, die ins System eingespeist werden. Mit Kreuzrollenführungen beispielsweise erzielen wir Anregungen, die bei bestimmten Anwendungen ein optimales Pulsationslevel ergeben.» Für die Abteilung «Systeme» ist es dabei ein grosser Vorteil, auf die hauseigenen Linearführungen zurückgreifen zu können, wie Javier de Oñate betont: «Es gibt nicht sehr viele Anbieter von Linearsystemen, die sich in dem Leistungssegment bewegen, das wir benötigen. Zudem können wir schnell und spezifisch auf Sonderwünsche eingehen.» So gibt es beispielsweise spezielle Linearführungen für den Vakuumeinsatz der Positioniersysteme, die nicht an Dritte verkauft werden.


Ebenfalls wichtig für ein hochgenaues Gesamtsystem ist die Auslegung der mechanischen Grundkörper. So geht Schneeberger laut Adrian Raible als einziger Anbieter den Weg, hybride Materialkombinationen zu wählen: «Mit der Kombination von Kohlefaser und Aluminium erzielen wir eine hohe Steifigkeit bei niedrigem Gewicht.» Was so einfach klingt, ist in der Umsetzung nicht ganz so trivial: Kohlefaser reagiert bei Dauerbelastung anders als homogene Metallgitterstrukturen. Im Einsatz in der Halbleiterindustrie muss Schneeberger für seine Systeme eine fünfjährige Genauigkeits- und Funktionstüchtigkeitsgarantie abgeben. Nicht umsonst bemerkt Adrian Raible: «Die Umsetzung dieser hybriden Strukturen war tricky.»

«Ideale Systeme für grossflächige Printprodukte»

«Ideale Systeme für grossflächige Printprodukte»
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Argus

Herr de Oñate, Schneeberger hat mit seinen Positioniersystemen einen starken Ruf in der Halbleiter- und Flachbildschirmindustrie. Ist das nicht eine zu einseitige Abhängigkeit?
Wir sind mit unseren Systemen beispielsweise auch in der Solar- und optischen Industrie präsent. Aber Sie haben Recht: Wir versuchen uns in Zukunft breiter aufzustellen.
 
In welche Richtung zielen Sie?
Unsere Produkte verfügen unter anderem über eine hohe Genauigkeit, wenn es um regelmässige Bewegungen über eine grosse Strecke geht. Und genau deshalb sehen wir eine grosse Affinität zum Printbereich. Also nicht dort, wo es um kleine Formate geht, sondern um grosse Drucke, mit mehreren Metern X-Weg und hochauflösender Bildqualität.
 
Sie wollen Druckmaschinen bauen?
Nein, aber wir stellen für die Druckindustrie die Anlagen zur Verfügung. Denn die müssen hochgenau sein, da das Auge eine Passerungenauigkeit bei grossflächigen Motiven sofort erkennt. Die reine Drucktechnik soll nach wie vor von den Spezialisten kommen. Das diese Kombination funktioniert, haben wir zur genüge mit unseren Maschinen für die Flachbildschirmindustrie unter Beweis gestellt. Auch dort haben wir bereits Colorfilter auf die Bildschirme gedruckt.
 
Gibt es sonst noch Branchen, die für Sie interessant wären?
Ein weiterer Bereich ist die Medizinaltechnik. Aber da kämen nur gewisse Nischen infrage. Für ein breites Angebot sind unsere Produkte zu speziell.


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Messsystem zum prüfen von Flachbildschirmen

Dass es sich nach wie vor rentiert, in der ach so teuren Schweiz eine hohe Fertigungstiefe zu unterhalten, zeigt eindrucksvoll Schneeberger mit seinen Positioniersystemen. Flexibilität, Höchstpräzision und vor allem Langlebigkeit sind die Trümpfe, mit denen die Spezialisten aus Roggwil die Wettbewerber weltweit ausstechen. Interessant, weil viele Kunden in Asien sitzen; erstaunlich, da man für ähnliche Produkte, soweit sie überhaupt zu finden sind, im Ausland deutlich mehr Franken hinblättern muss als im Hochlohnland Schweiz.


Autor: Wolfgang Pittrich, TR-Redaktion


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