Granit-Luftlager: Warum Halbleiter- und Präzisionslasergeräte darauf angewiesen sind

Ein Granit-Luftlager ist die leiseste Art, einen Präzisionstisch zu bewegen. Anstatt auf Kugeln zu rollen oder auf Öl zu gleiten, schwebt der Schlitten auf einem dünnen Druckluftfilm, und die Granitführung, über die er schwebt, sorgt für die Genauigkeit der Bewegung. Diese Kombination - eine von einem Linearmotor angetriebene Granit-Luftlagerführung - ist heute Standard in Halbleitergeräten, in Femtosekunden- und Pikosekunden-Lasersystemen sowie in den XY-Tischen und Präzisionstischen, die sich darunter befinden. In diesem Artikel geht es darum, warum.

Was ein Granit-Luftlager eigentlich ist

Ein Luftlager funktioniert, indem es einen dünnen Druckluftfilm, typischerweise einige Mikrometer dick, zwischen einen beweglichen Schlitten und seine Führung drückt. Da es keinen Kontakt von Metall-auf-Metallen gibt, gibt es keinen Verschleiß, kein Stick{3}}Slip und nahezu keine Reibung: Ein gut-konstruierter Luftlagertisch kann sich reibungslos von wenigen Mikrometern pro Sekunde bis hin zu Metern pro Sekunde bewegen und seine Position im Nanometerbereich halten. Die Führungsfläche ist der Lagerring, dessen Ebenheit und Geradheit die Genauigkeit der gesamten Achse bestimmen. Deshalb besteht die Führung meist aus Granit.

Warum die Führung aus Granit und nicht aus Stahl sein sollte

Stahl und Gusseisen können flach gemacht werden, aber Granit bringt drei Eigenschaften mit, die eine Luftlagerführung benötigt. Es ist formstabil, sodass der Luftspalt bei wechselnder Raumtemperatur konstant bleibt. Es dämpft Vibrationen intern, sodass die Folie keine kleinen Störungen überträgt, die sich sonst als Positionsfehler bemerkbar machen würden. Und es rostet nicht, was wichtig ist, wenn die Lageroberfläche jahrelang sauber und trocken bleiben muss. Schwarzer Granit von UNPARALLELED® hat eine Dichte von etwa 3100 kg/m³ und ist nicht-magnetisch, ein Vorteil, wenn der Tisch Linearmotoren und Positionssensoren trägt.

Halbleiterausrüstung: Wo die Nachfrage am höchsten ist

Halbleiterwerkzeuge sind die anspruchsvollsten Anwender eines Granit-Luftlagers. Wafertische, Lithographie- und Overlay-Werkzeuge, Wafer- und Maskeninspektion, Die-Bonding und fortschrittliches Packaging – sie alle positionieren einen Wafer oder ein Werkzeug auf Nanometer genau und bewegen sich dabei schnell. Ein luftgelagerter Tisch gibt ihnen eine Führung ohne Verschleißpartikel, was in einem sauberen Gehäuse wichtig ist, wo ein einzelner Partikel einen Defekt darstellt, und ermöglicht ihnen eine Bewegung ohne die Vibrationen, die ein Rollelement in den optischen Pfad einbringen würde.

Femtosekunden- und Pikosekundenlasergeräte

Ultraschnelle Lasersysteme - Femtosekunden- und Pikosekundenwerkzeuge, die zum Präzisionsschneiden, Bohren und Oberflächentexturieren - verwendet werden, sind auf einen stabilen optischen Pfad und einen Tisch angewiesen, der nicht überschwingt. Bei diesen Pulsenergien und Wiederholungsraten führt eine kleine Vibration oder ein Geradheitsfehler von einigen Mikrometern direkt zu einer Änderung des Schnitts. Eine Granit-Luftlagerachse hält das Werkstück und die Fokussieroptik über lange Verfahrwege in der gleichen relativen Position, sodass der Prozess seine Kantenqualität vom ersten bis zum letzten Merkmal beibehält.

XY-Tische und Präzisionstische

Unterhalb der Maschinenebene erscheint dieselbe Achse als XY-Tisch oder Portaltisch. Ein Granitsockel trägt eine oder zwei Luftlagerachsen, ein Linearmotor treibt sie an und ein Linearencoder liest die Position direkt von der Skala ab. Durch das Stapeln von zwei Achsen auf einem stabilen Granitblock oder den Bau eines H--Portals darüber bleiben die beiden Richtungen orthogonal und auf gleicher Höhe zueinander. Dies ist die Standardarchitektur für High-End-Inspektions-, Laserbearbeitungs-, Dosier- und Messstufen und basiert in allen Größenordnungen aus demselben Grund auf Granit.

Bearbeitung einer 20 Meter langen Luftlagerführung in einem Stück

Luftlagerführungen werden immer länger, weil die Anwendungen immer größer werden: Großformatinspektion, Platten- und Glasbearbeitung und Lasersysteme mit langen Verfahrwegen. UNPARALLELED® bearbeitet einzelne Granitbauteile mit einer Länge von bis zu 20 Metern, einer Breite von 4.000 mm und einer Dicke von 1.000 mm, sodass eine Luftlagerführung als ein durchgehendes Stück hergestellt werden kann, anstatt aus mehreren Blöcken zusammengefügt zu werden. Ein einziges Stück entfernt die Verbindungen, die sonst die Geradheit und Ebenheit der Lagerfläche beeinträchtigen würden, und sorgt dafür, dass der Luftspalt über den gesamten Hub gleichmäßig bleibt.

Große Schleifkapazität hinter der Führung

Die Geradheit einer langen Führung wird an der Schleifmaschine eingestellt, daher muss die Maschine genauso leistungsfähig sein wie das Teil. Unsere große Schleif- und Läppkapazität ist genau für diese Arbeit ausgelegt. Die folgende Tabelle fasst zusammen, was wir für ein Luftlagerprojekt leisten können.

Nach dem Schleifen wird die Lagerfläche geläppt und von Hand -geschabt, um die gesamte Führung in eine einzige Ebene zu bringen. Das fertige Teil wird vor dem Versand bei stabiler Temperatur auf Ebenheit, Geradheit und Parallelität geprüft. Bei einem langen Leitfaden ist diese kontrollierte Umgebung keine Formalität: Eine in einem unkontrollierten Raum durchgeführte Messung würde mehr über den Raum als über den Leitfaden aussagen.

Angabe eines Granit-Luftlagers

Wenn Sie eine luftgelagerte Bühne bauen, benötigen wir eine kurze Zeichnung: die Länge und Breite des Verfahrwegs, die gewünschte Geradheit und Ebenheit, die Last und die Art und Weise, wie der Schlitten angetrieben und gelesen wird. Daraus bearbeiten wir aGranit-LuftlagerFührung als Ganzes fertigen, Montageflächen für Antrieb und Encoder vorbereiten und, wenn die Achse auf einer größeren Maschine sitzt, zusammenfügenmaßgeschneiderte Präzisions-Granitsockelum den Vollrahmen zu bauen. Das Ergebnis ist eine Bühne, deren Genauigkeit auf einem stabilen, gedämpften, rostfreien Material beruht und nicht auf einer Kette zusammengebauter Teile. Senden Sie uns die Spezifikation und den Antrag und wir senden Ihnen den Leitfaden, die Basis und die entsprechenden Prüfdaten zurück.