Sensibelchen mögen Schall

Als Ultraschall werden Schwingungen und Frequenzen oberhalb der menschlichen Hörschwelle bezeichnet (>20 kHz). Die Physik des Ultraschalllagers wird trotz der Bezeichnung weniger durch die Akustik, sondern vielmehr durch fluidmechanische Beschreibungen abgebildet. Der Druck im Spalt zwischen Werkstück und der schwingenden Oberfläche des Schallerzeugers steigt aufgrund der zyklischen Kompression und Dekompression. Das Ultraschalllager erzeugt somit einen tragenden Gasfilm zwischen seiner schwingenden Fläche und dem Werkstück. Es nutzt dabei lokal vorhandenes Umgebungsgas (Luft oder Prozessgas) für den Druckaufbau. Damit können vom Schallerzeuger erhebliche abstoßende Kräfte auf das Werkstück ausgeübt werden, um es reibungsfrei zu bewegen – ganz ohne mechanischen Kontakt. Das Tragkraftprofil ist mit dem eines herkömmlichen Luftlagers vergleichbar, jedoch ohne die Notwendigkeit der Druckluftaufbereitung- und versorgung.

Viele Handhabungsaufgaben erfordern die gleichzeitige Kombination von anziehenden und abstoßenden Kräften, etwa beim Greifen an der Oberseite eines Werkstücks. Für diese Anwendung werden die abstoßenden Kräfte des Ultraschalls mit den anziehenden Kräften des Unterdrucks überlagert. Diese Technologie ist Grundlage für einfach einzusetzende, berührungslos arbeitende Handhabungssysteme, ähnlich dem gewöhnlichen Greifen an der Oberseite. Darüber hinaus ergibt sich die Möglichkeit, formlabile Bauteile ohne Kontakt zum Werkzeug in ihrer Position und Geometrie zu stabilisieren oder glattzuziehen. Mit diesen beiden Werkzeugkonzepten ergeben sich neue Lösungen für vielfältige Handhabungsaufgaben. Im Vordergrund stehen oberflächensensitive, formlabile, fragile und kontaminationsempfindliche Bauteile.

Hauptvorteil ist, dass kein Kontakt zwischen Handhabungswerkzeug und Substrat entsteht und dadurch das Handhaben/Greifen an beschichteten Oberflächen ohne Schäden und Qualitätsminderungen möglich ist. Durch das Ultraschalllager entstehen im Vergleich zu bestehenden Technologien viel größere Freiräume bei der Entwicklung von Prozessen und Maschinen. ZSH entwickelt die Technologie konsequent für neue Applikationen weiter. Außerdem sinkt der Energieverbrauch gegenüber anderen berührungslosen Technologien, und es sind präzise Aussagen zum Energy-Footprint der Handhabungstechnik möglich – eine wichtige Voraussetzung auf dem Weg zur Green Fab. So lassen sich beispielsweise Gläser in der Dünnfilm-Photovoltaik- und Flachbildschirmproduktion von 3.300 Millimeter Seitenlänge handhaben. Ebenso ist das kratzerfreie Handling von Substraten mit Ausrichten am Greifer sowie das Handling von gereinigten Scheiben in Reinräumen möglich. Durch die Berührungslosigkeit ist das Greifen auf der beschichteten (Ober-) Seite möglich. Ein weiteres Anwenderbeispiel ist die Handhabung von kristallinen Wafern für die Photovoltaik. bw