Halbleitertechnik
Ultraschall bewegt Chips und Dies komplett kontaktlos

© ZS-Handling GmbH

Das Handling der empfind­lichen Wafer und Chips unter den Rein­raum­bedingungen der Halb­leiter­fertigung und Elektronik­industrie ist eine extrem diffizile Sache. Am saubersten und sichersten geschieht das komplett berührungslos.

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Gängige Methoden arbeiten z.B. mit Druck­luft bzw. erzeugen ein Vakuum (Bernoulli-Effekt bzw. Venturi-Prinzip), was aber entweder Luft­verwirbelungen erzeugt und damit das Risiko einer Partikel­kontamination mit sich bringt oder eben doch nicht ganz ohne Ober­flächen­kontakt auskommt – das gilt selbst für Innovationen wie den Form­gedächtnis-Vakuum­greifer aus Saarbrücken. Festo hat darum bereits Motion-Lösungen mit Supra­leitern und Permanent­magneten im Programm, die unter dem Label SupraMotion laufen. Bei ZS-Handling in Regensburg, einem ausgereiften Spin-off der TU München, setzt man dagegen auf das Haus­patent: die berührungs­lose Hand­habung per Ultraschalllager.

Ein Schwingungsgeber – die sogenannte Sonotrode – erzeugt dabei ein gleich­mäßiges Schwingungs­muster zwischen Sonotroden­oberfläche und Werk­stück, das sich auf den Gasdruck im Spalt zwischen dem Werk­stück und der schwingenden Ober­fläche auswirkt: Die Luft oder das Prozess­gas wird komprimiert, und es ergibt sich ein tragender Gas­film von 10 bis 150 μm Stärke – ein sogenanntes Ultraschall­lager. Ein mechanischer Kontakt findet dabei nicht statt, auch die Schwingungen werden nicht auf das Werkstück übertragen.

Damit ist nicht nur das vollständig reibungslose Handling von Werk­stücken möglich, auch die Druckluft­kosten entfallen, und es entsteht keine Verwirbelung, die im Rein­raum Fremd­partikel eintragen könnte. Die Ultraschall­lager haben aber noch einen weiteren Vorteil:

„Zusätzlich können flexible Materialien durch diese Technik berührungs­los ‚glattgezogen‘, also in einer gleich­mäßigen zentrierten Position gehalten werden. Bei sehr kleinen Bau­teilen (bis ca. 12 × 12 mm) wirkt bei genauer Anpassung der Greifer­spitze der Selbst­zentrierungs­effekt, wodurch selbst für sehr genaues Positionieren keine Rand­anschläge erforderlich sind.“

Als jüngstes Anwendungsbeispiel nennt ZS-Handling die Vereinzelung und Ablage von geschnittenen Wafer-Dies unter­schiedlicher Größe (10 × 10 mm, 5 × 5 mm und 5 × 12 mm) mit dem neuen MicroLevi-Greifer in einer Umgebung der Reinraum­klasse ISO 6. Er ist noch kleiner und präziser als die bisherigen Ultraschall­lösungen für das Wafer­handling (kombiniert sieht man sie im YouTube-Video). Die jeweils passende Greifer­spitze (wichtig für die optimale Selbst­zentrier­wirkung) wird einfach per Spann­zange befestigt, die Anbindung an praktisch beliebige Roboter bzw. Achsen­systeme erfolgt per adaptier­barem Flansch. Dabei zeigt sich auch, dass die Ultraschall­lager-Technologie selbst bei schnellen Beschleunigungen von über 2 g präzise greift und ablegt.

Vergleichbare Lösungen gibt es bei ZS-Handling bereits für Solar-Wafer (LeviSolar) und für die Linsen der Medizin­technik (OptoMicroMed), aber z.B. auch für den Linear­transport (LinearLevi) oder als Tisch­oberfläche (UltraLevi-Desk).