Moderne Feinstbearbeitung: Tempo mit Präzision

Den Spagat zwischen Geschwindigkeit und Präzision meistert Okamoto beispielsweise mit den Flachschleifmaschinen der ACC-Serie. Ausgerüstet sind sie mit einem separaten Hydraulikaggregat, dem patentierten Okamoto Servo-Ventil-System für die Tischlängsbewegung sowie der automatischen, verlustfreien Schmierung aller Führungsbahnen. Feinstbearbeitung im „Sprint" ist beispielsweise mit der ACC CA-Li möglich. Der Linearmotorenantrieb in der Längsachse, die Schleifspindel in wartungsfreier Pinolenbauweise mit spielfrei eingestellten Präzisionslagern und AC-Servomotoren mit Kugelumlaufspindel und Linearrollenführungen für Horizontal- und Vertikalbewegungen sorgen für höchste Positioniergenauigkeit. Thomas Loscher: „Der 15 kW Schleifspindelmotor und 40m/min Tischgeschwindigkeit bedeuten auch beim Hochpräzisionseinstechschleifen eine Zeitersparnis von 46 Prozent und beim Flachschleifen von 30 Prozent gegenüber anderen Maschinen aus dem Marktumfeld."

Bei der Waferherstellung kommt es darauf an, das Ausgangsmaterial, Siliziumblöcke (Ingots), möglichst effizient auszunutzen. Neue Drahtschneidetechniken (Multi-Wire-Slicen, MWS) ermöglichen es, mit feinem Schnitt immer dünnere Scheiben zu schneiden und somit mehr Wafer pro Ingot herzustellen. Voraussetzung dafür sind extrem genau geschliffene Seitenflächen und Kanten des Ingots. Sie sind mit einem neuen Okamoto Maschinenkonzept zum vollautomatischen Oberflächenschleifen und Kantenverrunden speziell für Silizium-Ingots noch schneller und wirtschaftlicher machbar als mit herkömmlichen Systemen: Der Solar Ingot Grinder SiG 154 H von Okamoto vereint die Erfahrungen des Schleifmaschinenherstellers aus dem Halbleiter-Bereich. So ist die gesamte Konzeption mit einer vibrationsresistenten Maschinenkonstruktion sowie einer Hochgenauigkeits-Tischlagerung auf höchste Präzision ausgelegt. Die Fertigungsüberwachungs- und Korrektureinheit sorgt permanent für vollautomatische Prozesssicherheit. Die Kantenbearbeitung ist sowohl als Radius wie auch als Fase möglich. Die fünf Achsen werden über 32 Programme gesteuert.

Thomas Loscher: „Mit dem Solar Ingot Grinder SiG 154 H können gleichzeitig mehrere Ingots in einer Aufspannung bearbeitet werden. Das erhöht die Produktivität um das 3-fache gegenüber ähnlichen Systemen am Markt, da auch die Rüstzeit spürbar minimiert wird. Darüber hinaus wird die Schleifzeit pro Standard-Ingot unter anderen durch die Tischgeschwindigkeit von bis zu 12.000 mm/min deutlich reduziert."

Die Königsdisziplin ist das „Mirror-Finish"

Hochglanzpolitur beziehungsweise „Mirror Finish" stellt besondere Anforderungen an die Maschinen und Werkzeuge. Thomas Loscher: „Optische Spiegel werden bis zu 30 nm genau gefertigt. Oder bildlich dargestellt: Würde ein Spiegel von 1 Quadratmeter inklusive der Ungenauigkeit von zirka 20 Nanometern auf die Oberfläche des Bodensees vergrößert, so betrüge die Höhe der ’Ungenauigkeits-Welle’ auf dem See etwa eine Haaresbreite." Für diese „Königsdisziplin" der Polierprozesse hat Okamoto die UPG-Reihe entwickelt, die mit allen notwendigen Komponenten zur Hochpräzision ausgerüstet ist. Herzstück ist das Non-Contact-Hydrostatik-System zur Tischstabilisierung. Es überwacht die Stärke des Ölfilms an verschiedenen Stellen und passt den Tisch vollautomatisch und unmittelbar an die jeweiligen Belastungen an. Thomas Loscher: „Das vermeidet Schwankungen der Aufspannfläche, minimiert die Stärke des Ölfilms, steigert die Genauigkeit des Werkstücks in manchen Fällen um rund 400 Prozent und reduziert den Energieverbrauch um bis zu 60 Prozent."

Die Ergebnisse sind beeindruckend: Mit einem Materialabtrag von nur 0,004 Millimetern wird durch die Bearbeitung mit der UPG 84 NC eine Oberflächenrauigkeit von Ra = 0,087 µm erreicht. Thomas Loscher erklärt: „In der optischen Industrie beispielsweise schaffen Okamoto Hightech-Anlagen beim Bearbeiten von Messgläsern, Präzisionsspiegeln oder Hochpräzisionsteilen maschinell Ebenheiten von 30 nm über eine Fläche von 1.500 mm²."

Fazit: Der Bedarf an Hochpräzisions-Lösungen zur Feinstbearbeitung wächst ständig. Beste Oberflächengüten, aber auch Schnelligkeit, Wirtschaftlichkeit und Effizienz sind entscheidende Faktoren, bei denen die Industrie keine Abstriche macht. Okamoto stellt dafür abrasive Komplettlösungen zur Feinstbearbeitung bereit.