+++ Exklusiver Fachartikel +++ 12.04.2021, 08:21 Uhr

Höchste Sicherheit bei der Chip-Produktion

Die Strukturverkleinerung in der Halbleiterindustrie führt zu immer kompakteren, 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 einem besonderen Fall sorgen 10 Kleinstoßdämpfer von ACE für Schutz in allen Lagen.

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

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

Die Fotolithografie ist eine Schlüsseltechnik beim Herstellen von mikroelektronischen Bauelementen und Schaltkreisen sowie beim Fertigen 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 zum einen höchste Sorgfalt auf die Programmierung der automatisierten Prozesse und zum anderen auf die Überwachung der Abläufe.

Aufgrund der hohen Nachfrage nach Mikroprozessoren und Speicherchips und weil Ausfallsicherheit bei der Waferproduktion das A und O ist, arbeiten viele Chip-Hersteller auch bei Handlingsystemen mit unternehmenseigenen Zulieferunternehmen. Diese können ohne zu hohes Risiko in die sensiblen Fertigungsprozesse eingeweiht werden und statten ihre Konstruktionen meist mit hochwertigen und bewährten Standardkomponenten für Antriebe, Steuerung und Linearachsen aus. 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.

Kundenspezifische Lösung für die Halbleiterbranche

Ein weiterer wesentlicher Grund für die Zusammenarbeit besteht darin, dass das Unternehmen aus Langenfeld neben einer großen Vielfalt an Standardprodukten auch kundenspezifische Lösungen bietet. Diese werden von einem erfahrenen Team den Erfordernissen der Halbleiterhersteller genau angepasst und dafür vorab präzise ausgelegt sowie vor Ort im Prüflabor getestet. Auf diese Weise stellt ACE gemeinsam mit den Kunden sicher, dass alle Produktionsachsen wirksam geschützt sind, um Schäden in den Endlagen beim Handling auszuschließen.

Besonderes Augenmerk bei den Tests der Kleinstoßdämpfer legen die Ingenieure auf die Erfüllung der vorgegebenen Werte im Falle einer Havarie, bei der die Maschinenelemente die Massenkräfte in der Endlage jeder der simulierten Achsen augenblicklich vollständig zu absorbieren haben. (Bild: ACE Stoßdämpfer GmbH)

Wie der Unternehmensname verrät, liegt eine der unbestrittenen Stärken 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 einzigartige Know-how konnte durch die Entwicklungsingenieure in den USA und in Europa über die Jahre immer weiter ausgebaut werden, sodass es auch in diesem Einsatzfall zu den vom Kunden gewünschten Ergebnissen führt.

Auslegung der Achsen schützt die Gesamtanlage

Für die Chipfertigung werden bei der betreffenden Applikation hochpräzise, reibungsfreie Achsen in dem Handlingsystem verbaut. Die X- und Y-Achse dürfen laut Hersteller im Crashfall ebenso wie die Center-Pole-Achse (CP) nur mit maximal zulässigen Kräften belastet werden, um zu 100 % sicher zu stellen, dass die Gesamtanlage nicht beschädigt wird. Entsprechend waren bei dieser Applikation die Achsen mit drei verschiedenen Typen aus der Kleinstoßdämpferpalette 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, die Gewindegrößen von M25 aufweisen.

Entsprechend den Spezifikationen für die maximale Aufprallmasse an jeder Achse und der Geschwindigkeit des dort verwendeten Antriebs simulieren die Ingenieure das Bohrbild für den jeweiligen Dämpfer und passen die einzelnen Dämpfertypen genau den Toleranzwerten an. (Bild: ACE Stoßdämpfer GmbH)

Im ersten Schritt ermittelte ACE zusammen mit dem Kunden für jede der drei Achsen den passenden Dämpfertyp, der den genauen Spezifikationen zu entsprechen hatte, die seitens des Kunden genannt wurden. Zusätzlich wurde den Ingenieuren von ACE die maximal tolerierte Stützkraft im Crashfall 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, damit einer kinetischen Energie von 55,90 Nm entsprechend. Die maximal erlaubte Stützkraft für diese Achse betrug 5.700 Nm.

Mit Simulation und Tests zum optimalen Dämpfer

Auf Basis dieser Angaben wurde darauf in der Entwicklungsabteilung 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 die Abbildung zeigt, gelang es, Energie und Geschwindigkeit gleichmäßig über den gesamten Hub von 14 mm zu verzögern und dabei die maximale Stützkraft auf einen Wert von circa 5.300 N herunterzubringen. Die vorgegebenen Werte für den bestmöglichen Schutz der beiden anderen Achsen durch mechanische Komponenten konnte ACE ebenfalls erfüllen. In einem dritten und letzten Schritt wurden die maßgeschneidert gefertigten Kleinstoß- dämpfer nach ausgiebigen Tests von entsprechend ausgelegten Exemplaren an den Hightech-Kunden ausgeliefert. Dort sorgen die zehn Klein­stoßdämpfer von ACE seitdem zuverlässig für Schutz in allen Lagen.

Die Vielseitigkeit der selbsteinstellenden Kleinstoßdämpfer der Produktfamilie SC190 bis SC925 zeigt sich an ihrem Innenleben und dem Konstruktionsmerkmal, dass sie wahlweise mit einer linearen oder progressiven Abbremskurve ausgelegt werden können. (Bild: ACE Stoßdämpfer GmbH)

Die drei verschiedenen Komponenten mit Gewinden in den Größen von M18 bis M25 der eingangs geschilderten Applikation stehen exemplarisch für die zehn Produktfamilien im Bereich der Kleinstoßdämpfer bei ACE. Dazu gehören zum Beispiel 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 Handlings- und Automatisierungsaufgaben abdecken, erklärt sich, warum ACE weltweit erfolgreich in Millionen von industriellen Konstruktionen vertreten ist. Die bewährten 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 unter anderem die innovativen Dichtungstechniken und die aus hochfestem, legiertem Stahl, massiv und topfförmig aus dem vollen Material gefertigten Stoßdämpferkörper mitsamt Hochdruckhülsen. Neben reichlich Zubehör, beispielsweise Bolzenvorlagerungen, bietet ACE auch noch Sondergewinde, Sonderhübe und auf spezielle Anforderungen zugeschnittene Sonderausführungen.

Die Kleinstoßdämpfer der Produktfamilie SC190 bis SC925 sind in den Gewindegrößen M14×1,5 bis M25×1,5 bei Dämpfungshüben bis 40 mm sowie Energieaufnahmen von 25 bis 110 Nm je Hub verfügbar. (Bild: ACE Stoßdämpfer GmbH)

Außer den an dieser Stelle exemplarisch aufgeführten Kleinstoßdämpfern gibt es im Unternehmensbereich der Dämpfungstechnik von ACE zahlreiche weitere Typen aus der Familie der Industriestoßdämpfer für größere Aufgaben. Zudem ist das Unternehmen auch im Feld der Festkörperdämpfer mit hochwertigen und innovativen Lösungen vertreten, wie die Strukturdämpfer der Tubus-Serien zeigen. Dies gilt ebenfalls für Stoßdämpfungsplatten und Palettenstopper. Alle diese Lösungen lassen sich auf folgenden gemeinsamen Nenner bringen: Mit ihnen wird kinetische Energie in Wärme gewandelt, und die Bewegungen von Massenkräften werden je nach Anwendung optimal verzögert und abgebaut. Dadurch können Konstrukteure Maschinen schneller, leiser, langlebiger, leichter, preiswerter und somit wettbewerbsfähiger sowie profitabler machen.

Kontakt: ACE Stoßdämpfer GmbH, 40764 Langenfeld, Tel. (0 21 73) 92 26 — 10, info@ace-int.eu, www.ace-ace.de

Von Robert Timmerberg

Robert Timmerberg, Fachjournalist in Düsseldorf.

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