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.
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. 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).
