Ultrakompakte Präzision trifft auf innovative Technologie: Der 3D-Mask-Aligner MP700-3 von Steinmeyer Mechatronik arbeitet mit parallelkinematischem Aufbau, Direktantrieben und Luftlagerung für die berührungslose Positionierung. Durch seine Mikrometer-Präzision, die äußerst flache Bauweise und hohe Dynamik könnte er neue Maßstäbe in der Leiterplattenfertigung setzen. Das skalierbare Mehrachssystem eignet sich für vielfältige Anwendungen in der Elektronik- und Halbleiterindustrie. Ein wichtiges Anwendungsfeld ist die hochgenaue Ausrichtung und Positionierung großer Substrate, Masken, Rahmen, Siebe und Druckplatten in partikelarmer Umgebung.
Printed Circuit Boards (PCB) finden sich in jedem elektronischen Produkt. Die zunehmende Komplexität von Bauteilen und Schaltungen erfordert dabei immer häufiger den Einsatz von Multilayer-Leiterplatten. Diese bestehen aus mindestens drei Schichten und ermöglichen eine einzigartige Kompaktheit bei sehr hoher Komponentendichte, was für die anhaltende Miniaturisierung in der Halbleiterindustrie wichtig ist.
Zur Herstellung von Leiterplatten haben sich verschiedene Verfahren etabliert. Bei der Siebdrucktechnik wird die Lotpaste vor der SMD-Bestückung mittels eines Drucksiebs auf die Leiterplatte aufgebracht. Dieser Vorgang wird Rakeln genannt. Die einzelnen Schichten werden nacheinander aufgetragen. Höchste Präzision im Mikrometerbereich ist dabei ein Muss – keine triviale Aufgabe bei den teils größeren Abmessungen der Substrate. Eine zusätzliche Herausforderung stellen die Kräfte dar, die beim Rakeln prozessbedingt auftreten und ein unerwünschtes Verrutschen des Siebs verursachen können. Das System zur Positionierung des Drucksiebs muss also nicht nur hochpräzise Bewegungen ausführen, sondern auch absolute Stabilität im Stillstand sicherstellen. Abhilfe schafft der innovative 3D-Mask-Aligner MP700-3 von Steinmeyer Mechatronik. Das Unternehmen aus Dresden verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Konstruktion und Herstellung von Positioniersystemen für Halbleiteranwendungen und entwickelt meist vollkommen neuartige Ideen und Lösungen – oft auch in Fällen, die andere für unlösbar halten.
3D Mask-Aligner MP700-3: Das flache Mehrachssystem mit einer Apertur von 730 x 730 mm ermöglicht eine mikrometergenaue Positionierung großer Masken, Rahmen sowie Druckplatten
Parallelkinematik – flach und hochpräzise
Das kompakte Mehrachssystem mit einer Apertur von 730 x 730 mm gewährleistet eine mikrometergenaue Positionierung großer Masken, Rahmen sowie Druckplatten und eignet sich ganz besonders als Halbleiterprinter zum Aufbringen von Schichtkomponenten. Es arbeitet zu 100 Prozent partikelfrei und ist vollkommen wartungsfrei.
Mit dem MP700-3 werden zwei translative Bewegungen von ±5 mm in der Ebene und eine Rotation um die Vertikale von ±3° realisiert. Die Bewegung R (Phi) resultiert aus der XY-Bewegungskombination. Der Aufbau ist parallelkinematisch. Das Zustellen einer Bewegung erfolgt also mittels mehrerer Antriebe, die parallel zur gleichen Zeit arbeiten.
„Beim 3D-Mask-Aligner MP700-3 ist es uns gelungen, Antrieb, Lagerung, Bremse und Feedbacksystem in einer kompakten Einheit zu integrieren und gleichzeitig ein robustes, einfaches System zu schaffen, das höchste Anforderungen in Bezug auf Präzision, Geschwindigkeit, Verschleiß und Lebensdauer erfüllt.“
Elger Matthes, Entwicklung und Produktmanagement bei Steinmeyer Mechatronik
„Parallelkinematische Positioniersysteme sind deutlich kompakter und steifer als klassische Konstruktionen, bei denen jeder einzelne Freiheitsgrad mit einem separaten Antrieb realisiert wird. Dadurch können sie präziser positionieren und kommen mit weniger Bauraum aus“, erklärt Elger Matthes, Entwicklung und Produktmanagement bei Steinmeyer Mechatronik. Die hohe Wiederholgenauigkeit von bis zu 0,4 µm oder ± 0,0002° bei Lasten bis zu 28 kg und die ultra-flache Bauweise mit Abmessungen von 990 x 1.090 x 225 mm liefern den Beweis.
Berührungslose Positionierung
Beim MP700-3 tragen drei identische Module (siehe Bild unten) den beweglichen Rahmen. Aus den Einzelbewegungen dieser drei Antriebseinheiten resultiert gemäß dem parallelkinematischen Prinzip die Gesamtbewegung. In jedem Modul sind poröse Luftlager aus Grafit, ein hochdynamischer elektronisch kommutierter Linearmotor und ein induktives Feedbacksystem auf Basis einer Maßverkörperung integriert. Mithilfe der Luftlager kann eine extreme Steifigkeit erreicht werden.
Sobald der Messkopf in Position gebracht ist, wird die Luft aus den Lagern gelassen und das System durch seine interne Vorspannung fixiert. Linearantriebe und Schrittweiten im Submikrometerbereich gewährleisten einen sehr hohen Durchsatz sowie stabile Druckprozesse auf kleinem Bauraum. Alle Kabel und Schläuche für die Datenkommunikation sowie die Luft- und Energiezuführung sind fest verbaut. „Das System arbeitet vollkommen berührungslos. Es gibt keinerlei bewegte Elemente, keinerlei Reibung, keinerlei Abrieb und keinen Verschleiß“, sagt Matthes. Dadurch sei es komplett wartungsfrei, absolut partikelfrei und habe tatsächlich eine unendliche Lebensdauer.
Parallelkinematik: Aus den Einzelbewegungen der drei identischen Antriebseinheiten resultiert die Gesamtbewegung
Individuelle Anpassungen
Durch die Vernetzung aller Abteilungen am Standort Dresden können Synergien optimal genutzt und spezifische Kundenanforderungen schnell und unkompliziert realisiert werden. Insgesamt produzieren mehr als 100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer Fertigungsfläche von über 3.900 m² Positioniersysteme im Submikrometerbereich für höchste Qualitätsanforderungen. Entsprechend groß sind die Möglichkeiten zur individuellen Anpassung für den MP700-3.
Europas größtes IKT-/Mikroelektronik-Zentrum
Ob Apertur, Probenhalterung oder Erweiterung mit Z-Achse, ob integrierter Motion Controller oder SPS-Anbindung, ob Stand-Alone-Gerät oder flexibles Inline-Konzept: Als Spezialist für kundenspezifische Lösungen bietet Steinmeyer Mechatronik eine breite Optionsvielfalt und wird nahezu allen Kunden- und Umgebungsanforderungen gerecht. Selbstverständlich sind auch ein individueller Aufbau mit Gestell, Schwingungsisolierung und Umhausung sowie eine Auslegung für Reinraum ISO 14644-1 bis Klasse 1 möglich. Der Positionierspezialist liefert alle Parallelkinematiken vollständig montiert, mit der notwendigen Steuerung ausgestattet und nach kundenindividuellen Kriterien getestet.
Beispiel für eine kundenindividuelle Stand-alone-Lösung mit Gestell und Umhausung, wobei auch Inline-Konzepte realisierbar sind
Das nächste Level der Leiterplattenfertigung
Mit dem 3D-Mask-Aligner MP700-3 erweitert Steinmeyer Mechatronik die technologischen Grenzen und bietet der Elektronikindustrie eine innovative, industrietaugliche sowie skalierbare Lösung für eine kompakte und präzise Justage mit hohem Durchsatz. Das parallelkinematische Konzept mit Luftlagern und Direktantrieben ermöglicht höchste Präzision bei äußerst kompakter Bauweise und hoher Dynamik.
Vielseitig einsetzbar in der Elektronikindustrie
Die Positionierung großer Substrate, Masken, Rahmen, Siebe und Druckplatten in partikelarmer Umgebung ist dabei nur ein Einsatzfeld. Weitere Anwendungsmöglichkeiten finden sich in den Bereichen UV-Drucker, Halbleiterinspektion, Halbleiter-Justage, Ausrichtung von Proben, Analyse, Auf- und Durchlichtmessungen, Transfermessungen sowie Elektronikfertigung. Perspektivisch ist auch ein Aligner für das Ausrichten von Wafern bis 200-300 mm in X, Y und Phi vor dem Belichten geplant.
Quelle: Steinmeyer
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