HighTech-Getriebe in Werkzeugmaschinen für elektronische Bauelemente

Der Konstrukteur, Heft 11/2003
Autor: Folke Hedder (ZAE)

Speziell in der Halbleiterindustrie kommt es für die Hersteller von Wafern – dem Ausgangsprodukt für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Bauelementen – auf höchste Präzision während des Polierens an. Die PETER WOLTERS SURFACE TECHNOLOGIES GmbH & Co KG aus dem norddeutschen Rendsburg hat sich mit seinen 50 Jahren Erfahrung zum führenden Hersteller im Bereich Feinschleifen, Läppen und Polieren entwickelt. Bei den für die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems entscheidenden Komponenten Antriebe/Getriebe hat sich WOLTERS für eine Partnerschaft mit der erfahrenen ZAE-AntriebsSysteme GmbH & Co KG in Hamburg entschieden.

Für die neue Generation der 300mm-Wafer hat WOLTERS die Bearbeitungsmaschine AC 2000 P 2 entwickelt, die 15 Wafer in einem durchschnittlich halbstündigem Arbeitsgang poliert: Ähnlich einem Planetengetriebe bewegen sich zwischen dem innerem und äußerem Antriebskranz auf der Unterschleifscheibe fünf Laufräder, in denen jeweils drei Wafer gefasst sind. Die Eigenrotation der Werkstücke in den Laufrädern sorgt zusammen mit der Grundrotation der oberen und unteren Schleifscheibe für ein ausgewogenes Polierergebnis unter Sicherstellung der Maßtoleranzen.

Bearbeitungsmaschine AC 2000 P 2 Wafer

Bei einer geforderten Planparallelität (TTV) der Wafer von < 0,5µm werden die extrem hohen Anforderungen an die Präzision der Laufwerke bzw. Getriebe klar. Um Auswirkungen auf die Werkstück-oberfläche auszuschließen, kommt es einerseits auf die Vermeidung von Vibrationen und Schwingungen an, andererseits ist aber auch ein exzellenter Gleichlauf Grundvoraussetzung für das gewünschte Bearbeitungsresultat. Die hohen Verzahnungsqualitäten der für die beiden Hauptantriebe der jeweils 3,5 t schweren Polierscheiben eingesetzten ZAE-Schneckengetriebe (Baureihe 200, Übersetzungsverhältnis 10:1) in Kombination mit einem Stirnradgetriebe der Fa. WOLTERS (Eigenentwicklung) stellen dies mit ihren idealen Dämpfungseigenschaften sicher.

Ausgehend von 2 x 50kW Antriebsleistung (bei 2000 U/min.) entsteht auf der Abtriebsseite ein Drehmoment von 12.000 Nm bei 40 U/min.

ZAE-Schneckengetriebe

In den Bearbeitungsmaschinen der Reihe AC700, AC320 und AC530 kommen hingegen umfangreich modifizierte ZAE-Schneckengetriebe der Baugrößen 100, 125 und 160 zum Einsatz. Diese Modifikationen wurden durch das spezifische Anforderungsprofil notwendig und betreffen im wesentlichen den Direktantrieb, die Lagerung der Ober- und Unterscheibe sowie die Wasserdurchführung durch die QPQ-nitrierte Hohlwelle. Bis auf eine Ausnahme (AC 530) sind alle Antriebe mit Servomotoren ausgerüstet, die harmonisch mit den ZAE-Schneckengetrieben operieren.

Ebenfalls stark modifiziert werden musste das ZAE-Schnecken-
getriebe E125 für die Bearbeitungsmaschine CMP300. Sie ebnet die Siliziumscheiben nach dem Aufbringen der leitfähigen Bahnen und hat höchste Anforderungen an die Genauigkeit zu erfüllen. Das Getriebe wurde so optimiert, dass die Flanschwelle einen maximalen Planschlag von 10 µm im montierten Zustand nicht übersteigt.

Bearbeitungsmaschine CMP300

Da die Bearbeitungsmaschinen fast ausschließlich im 3-Schicht-
Betrieb eingesetzt werden, kommt es bei der Wartung darauf an, minimalen Aufwand bei langfristigen Zyklen zu erreichen. Individuell entwickelte Schmierpatronen für die Kegelrollenlager der Hauptantriebe sorgen für ideale Wartungsintervalle: Erst nach 15.000 Betriebsstunden, also knapp zwei Jahren, wird der erste Ölwechsel notwendig. Die Nebenantriebe sind voll gekapselt und aufgrund ihrer kurzen Betriebszeiten von einigen Sekunden pro Arbeitsgang wartungsfrei.

Insgesamt sind heute mehrere hundert Bearbeitungsmaschinen der unterschiedlichsten Ausführungen im Markt, von der neuen AC 2000 P2 alleine 50. ZAE leistet als Ausrüster für alle klassischen Aufgabenstellungen und Sonderlösungen des Antriebs seinen aktiven Beitrag zu dem Erfolg von WOLTERS.

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