-
Die Erfindung betrifft eine Halte-
und Positioniervorrichtung für
einen scheibenförmigen
Gegenstand sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines solchen scheibenförmigen Gegenstands.
-
Bei der Herstellung von elektronischen
Bauteilen werden eine Vielzahl von Bearbeitungsschritten mit Halbleiter-
oder Nutzenscheiben durchgeführt,
zumal eine parallele Durchführung
von Verfahrensschritten für
eine Vielzahl von auf einer Halbleiter- oder Nutzenscheibe vorliegenden
elektronischen Bauteilen besonders kostengünstig möglich ist. Gängige Verfahrensschritte,
die auf der Halbleiter- oder Nutzenscheibenebene durchgeführt werden,
sind bspw. das elektrische und optische Messen und sowie das Verpacken
von aktiven und passiven Bauelementen und Halbleiterchips.
-
Zur Durchführung dieser Verfahrensschritte müssen die
Halbleiter- oder Nutzenscheiben sehr präzise positioniert und zuverlässig in
der gewünschten
Position gehalten werden. Die dabei bisher zur Anwendung kommenden
Haltevorrichtungen sind einem hohen Verschleiß unterworfen und benötigen darüber hinaus
intensive Wartung, bspw. Schmierung und regelmäßige Kalibrierung der eingesetzten Haltewerkzeuge.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine
verschleiß-
und wartungsarme Halte- und Positioniervorrichtung für einen
insbesondere scheibenförmigen
Gegenstand anzugeben, die präzise
einstellbar ist und mit welcher der Gegenstand zuverlässig gehalten
werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein einfach
durchführbares
Verfahren zum Bearbeiten eines insbesondere scheibenförmigen Gegenstands
anzugeben, mit dem hochgenaue Bearbeitungsergebnisse erreicht werden
können.
-
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
-
Eine erfindungsgemäße Halte-
und Positioniervorrichtung für
einen insbesondere scheibenförmigen
Gegenstand weist einen Tragring mit einer Tragseite auf. Auf dieser
Tragseite sind Luftstromöffnungen
vorgesehen, durch die Druckluft herausgeblasen oder ein Luftstrom
angesaugt werden kann. Bei dem scheibenförmigen Gegenstand kann es sich um
eine Scheibe aus Halbleitermaterial mit wenigstens einem elektronischen
Bauteil oder um eine Nutzenscheibe mit mehreren darauf angebrachten
Nutzen bzw. Arrays handeln. Die Halte- und Positioniervorrichtung
ist darüber
hinaus für
jeden beliebigen Gegenstand geeignet, der auf die Halte- und Positioniervorrichtung
aufgelegt werden kann und der eine wenigstens in Teilbereichen plane
Unterseite aufweist.
-
Die Halte- und Positioniervorrichtung
verfügt weiterhin über einen
Drehteller, der einen solchen scheibenförmigen Gegenstand aufnehmen
kann. Dieser Drehteller ist auf der Tragseite des Tragrings angeordnet
und zumindest in einem abgehobenem Zustand vom Tragring um eine
zentrale Drehachse drehbar. Um den Drehteller dabei von der Tragseite abzuheben,
kann ein Druckluftstrom angelegt werden, der aus den Luftstromöffnungen
austritt. Um zu verhindern, dass sich der Drehteller zu weit vom Tragring
entfernt, ist oberhalb des Drehtellers wenigstens ein Axialanschlag
zur Begrenzung der Bewegung des Drehtellers in Richtung der zentralen Drehachse
vorgesehen. Dabei ist es ausreichend, wenn der Axialanschlag bzw.
die Axialanschläge
so angeordnet ist bzw. sind, dass ein Anheben des Drehtellers nur
um wenige μm
möglich
ist.
-
Des weiteren umfasst die Halte- und
Positioniervorrichtung wenigstens einen an den Tragring angeflanschten
bzw. an dem Tragring befestigten Drehantrieb zur Drehung des Drehtellers
um seine zentrale Drehachse. Dieser Drehantrieb kann dabei mit einem
manuell antreibbaren Ritzel versehen sein, der an dem Drehteller,
insbesondere an dem Außenrand des
Drehtellers angreift und diesen in radialer Richtung bezogen auf
die zentrale Drehachse drehen kann.
-
Die erfindungsgemäße Halte- und Positioniervorrichtung
kann auch als Chuck bzw. als Bearbeitungstisch bezeichnet werden.
-
Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung
ist der Drehteller in einem abgehobenen Zustand vom Tragring sehr
leicht und mit nur minimalen Reibwiderständen drehbar, wodurch eine
hochgenaue Positionierung des Drehtellers sowie des auf dem Drehteller
angeordneten Gegenstands erreicht wird. Die rotierende Bewegung
des Drehtellers wird dabei mittels Druckluft, mittels Axialanschlägen und mittels
eines Drehantriebs erreicht. Eine derartig beschaffene Halte- und
Positioniervorrichtung weist nur einen sehr geringen Verschleiß auf und
benötigt
nur wenig Wartung.
-
Des weiteren wird durch das Abheben
des scheibenförmigen
Gegenstands vor dem Ausführen der
Drehbewegung auch der ungünstige,
durch die normalerweise zwischen dem Drehteller und der darunter
angeordneten Auflegeplatte wirkenden Gleit- und Haftreibungskräfte verursachte
Slip-Stick-Effekt vermieden, der sich ergibt, wenn der scheibenförmige Gegenstand
gedreht wird, solange er auf der Auflegeplatte aufliegt.
-
Bei Unterbrechung der Druckluftzufuhr
wird der Drehteller mit dem darauf angeordneten Gegenstand wieder
auf den Tragring abgesenkt. Dabei können ein zwischen dem Tragring
und dem Drehteller ausgebildeter konischer Sitz oder eine zusätzliche mechanische
Klemme zwischen dem Tragring und dem Drehteller für eine stabile
Fixierung und für
eine zuverlässige
Zentrierung des Drehtellers auf dem Tragring sorgen.
-
Gemäß einem weiteren Grundgedanken
der Erfindung können
die Fixierung und/oder die Zentrierung des Drehtellers auf dem Tragring
dadurch gewährleistet
oder verbessert werden, indem über
die Luftstromöffnungen
Luft angesaugt wird und dadurch in den Luftstromöffnungen unter dem Drehteller
ein Vakuum oder zumindest ein Unterdruck entsteht. Dadurch kann
ein sehr fester Sitz des Drehtellers auf dem Tragring erreicht werden,
der auch stabil gegen laterale Kräfte ausgebildet ist. Ein derartig
fixierter scheibenförmiger
Gegenstand kann sehr zuverlässig und
vorteilhaft bearbeitet werden.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung verbreitert sich die Luftstromöffnung bzw. die Luftstromöffnungen
zur Tragseite des Tragrings hin. Das Vorsehen von bei herkömmlichen
Luftlagerungen üblichen
Ventilen direkt unter den Luftstromöffnungen ist dabei nicht nötig. Ebenso
kann eine bei solchen herkömmlichen
Luftlagerungen notwendige aufwendige Luftzuführungsregelung entfallen, mit der
die Höhe
des über
dem Tragring befindlichen Gegenstands genau eingestellt werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Halte-
und Positioniervorrichtung ist es ausreichend, wenn durch die Luftstromöffnungen
Druckluft mit einem vorbestimmten Luftstrom ausgeblasen werden kann,
um den Drehteller in einen durch den Axialanschlag bzw. durch die
Axialanschläge
definierten abgehobenen Zustand vom Tragring zu versetzen, sowie
wenn Luft angesaugt werden kann, um den Drehteller auf dem Tragring
zu fixieren. Die erfindungsgemäße Halte-
und Positioniervorrichtung benötigt
keine aufwendige Luftstromregelung und kann daher kostengünstig hergestellt
und betrieben werden.
-
Wenn wenigstens ein Axialanschlag
als auf dem Tragring befestigtes Kugellager und/oder als auf dem
Tragring befestigte Exzenterrolle ausgebildet ist, so erfüllt dieses
Kugellager auch die Funktion eines Radiallagers, denn der Drehteller
kann mit solchen Kugellagern leicht und präzise um vorgegebene Winkel
gedreht werden. Solche Kugellager sind auch sehr verschleißarm.
-
Bei einer besonders vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung kann für je ein Kugellager und/oder
für je
eine Exzenterrolle auf dem Tragring jeweils ein am Umfangsrand des
Drehtellers angeordnetes Widerlager mit Seitenanschlägen vorgesehen
sein. Dabei greift zumindest im abgehobenen Zustand des Drehtellers
vom Tragring je ein Kugellager in je ein Widerlager ein. Diese Lagerart
ist sehr verschleißarm.
Der Drehteller mit dem darauf angeordneten scheibenförmigen Gegenstand
kann hochgenau in den durch die Seitenanschläge der Widerlager vorgegebenen
Winkelbereichen geführt
und positioniert werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung weist der Drehantrieb einen Zahnriemen und ein Zahnriemenantriebs ritzel
auf, über
das der Zahnriemen geführt
ist. Zusätzlich
weist der Drehteller wenigstens zwei an seinem Umfangsrand angeordnete
Zahnriemenbefestigungen bzw. Zahnriemeneinspannklammern auf, mit
denen je ein Ende des Zahnriemens fixiert ist. Ein derartiger Drehantrieb
kann einfach und kostengünstig
gefertigt werden und arbeitet schon sehr genau.
-
Die Genauigkeit kann noch weiter
erhöht werden,
wenn der Drehantrieb zusätzlich
mit wenigstens einer Zahnriemenumlenkrolle ausgestattet ist und
wenn der Zahnriemen auch über
die Zahnriemenumlenkrolle bzw. die Zahnriemenumlenkrollen geführt ist.
-
Ein vorstehend beschriebener Drehantrieb kann über das
Ritzel bzw. über
das Zahnriemenantriebsritzel manuell betätigt werden. Zur automatisierten
Positionierung des jeweils auf dem Drehteller aufgelegten scheibenförmigen Gegenstands
kann der Drehantrieb auch als Schrittmotor ausgebildet sein, der
in der Lage ist, den Drehteller nacheinander in mehrere Bearbeitungspositionen
zu fahren.
-
Wenn der Drehteller eine Gitterstruktur
zur Aufnahme des scheibenförmigen
Gegenstands, insbesondere der Silizium- oder der Nutzenscheibe mit matrixförmig angeordneten
Arrays von elektronischen Bauteilen aufweist, so kann bereits beim
Auflegen des scheibenförmigen
Gegenstands auf die Gitterstruktur eine schon relativ genaue Vorpositionierung
des scheibenförmigen
Gegenstands auf dem Drehteller erreicht werden, besonders wenn an
der Unterseite des scheibenförmigen
Gegenstands Ausformungen vorgesehen sind, die in die Aussparungen
der Gitterstruktur eingreifen können.
-
Die Befestigung des scheibenförmigen Gegenstands
auf dem Drehteller kann prinzipiell durch alle denkbaren Verbindungsarten
erreicht werden. Eine besonders zuverlässige, besonders leicht herstellbare
und besonders leicht wieder lösbare
Verbindungsmöglichkeit
des scheibenförmigen
Gegenstands mit dem Drehteller stellt eine Verbindung mittels Unterdruck
bzw. mittels Vakuum dar. Dafür
kann der Drehteller Nuten, insbesondere Matrixnuten und/oder eine
Ringnut, sowie mindestens eine Luftansaugöffnung aufweisen, mittels derer
ein Unterdruck bzw. ein Vakuum an die Nuten angelegt werden kann,
um den scheibenförmigen
Gegenstand mit seiner Rückseite
auf dem Drehteller festzuhalten.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren
zum Bearbeiten eines scheibenförmigen
Gegenstands, insbesondere einer Halbleiter- oder einer Nutzenscheibe mit wenigstens
einem elektronischen Bauteil. Dabei wird zunächst eine vorstehend beschriebene
Halte- und Positioniervorrichtung bereitgestellt. Anschließend wird
der scheibenförmige
Gegenstand mit seiner Rückseite
auf den Drehteller aufgelegt. Danach wird der Drehteller mit dem
scheibenförmigen
Gegenstand durch Anlegen von Druckluft an die Luftstromöffnungen
des Tragrings um wenige μm
angehoben. Dabei fährt
der Drehteller bzw. der Gegenstand auf dem Drehteller gegen den
Axialanschlag bzw. gegen die Axialanschläge, die auch als Kugellager
ausgestaltet sein können.
Dann wird der Drehteller mit dem darauf angeordneten Gegenstand
durch Betätigen
des Drehantriebs in radialer Richtung, bezogen auf die zentrale
Drehachse des Drehtellers, genau positioniert. Im darauffolgenden
Verfahrensschritt wird der Drehteller auf dem Tragring abgesenkt
und fixiert, indem Luft durch die Luftstromöffnungen des Tragrings angesaugt
wird. Dabei entsteht in den Luftstromöffnungen unter dem Drehteller ein
Unterdruck bzw. ein Vakuum, wodurch der Drehteller sicher auf dem
Tragring fixiert wird. Derart befestigt, können beliebige Bearbeitungsschritte
mit dem scheibenförmigen
Gegenstand durchgeführt werden,
bspw. elektrische und optische Messungen sowie die Verpackung der
aktiven und passiven Bauelemente und Halbleiterchips auf der Halbleiter-
bzw. Nutzenscheibe.
-
Mit diesem erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren
können
eine sehr schnelle und sehr genaue Positionierung und Fixierung
von scheibenförmigen
Gegenständen
erreicht werden. Infolge der höheren
Genauigkeit, mit der die darauffolgenden Bearbeitungsschritte dabei
durchgeführt
werden können,
wird die Qualität
der hergestellten elektronischen Bauelemente erhöht und gleichzeitig der Ausschuss
verringert. Auf eine aufwendige Luftzuführungsregelung wird dabei erfindungsgemäß verzichtet,
wodurch der Verschleiß und
der Wartungsaufwand verringert werden.
-
Wenn der Gegenstand auf dem Drehteller durch
Ansaugen von Luft an im Drehteller vorgesehenen Nuten, insbesondere
Matrix- und/oder
Ringnuten fixiert wird, so lässt
sich die Positionsgenauigkeit des scheibenförmigen Gegenstands noch weiter
erhöhen.
-
Zum Beenden des Verfahrens kann das
Ansaugen von Luft durch die Luftstromöffnungen des Tragrings und
an den Nuten des Drehtellers über
die Luftansaugöffnungen
unterbrochen werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch
für eine
Automatisierung oder für
einen Einsatz in der Massenproduktion.
-
Unter den Luftstromöffnungen
können
erfindungsgemäß Vakuumsaugventile
zum Einsatz kommen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein solches mit
Druckluft betriebenes Vakuumsaugventil in den Tragring eingeschraubt
werden kann, wenn es für
einen Betriebsdruck von 4 bar – 10
bar und für
eine Umgebungs- und
Mediumstemperatur von –10°C – +60°C geeignet
ist, wenn es Stahl mit einen verzinkten Überzug als Gehäusewerkstoff,
einen Normal-Nenn-Durchfluss 1 – 2
(S) von 5 l/min und ein Produktgewicht von 4g aufweist.
-
Die Erfindung ist in den Zeichnungen
anhand eines Ausführungsbeispiels
näher veranschaulicht.
-
1 zeigt
eine Explosionszeichnung einer Halte- und Positioniervorrichtung
mit einem Tragring, mit einem Drehteller und mit einem Drehantrieb,
-
2 zeigt
einen Schnitt entlang der Schnittlinie aus 1 durch einen eine Luftstromöffnung aufweisenden
Bereich des Tragrings mit aufgesetztem Drehteller,
-
3 zeigt
eine Explosionszeichnung der Halte- und Positioniervorrichtung aus 1 mit einer oberhalb des
Drehtellers angeordneten Siliziumscheibe,
-
4 zeigt
eine dreidimensionale Ansicht der Halte- und Positioniervorrichtung
aus 1 in zusammengesetztem
Zustand mit der auf der Oberfläche
des Drehtellers aufgesetzten Siliziumscheibe,
-
5 zeigt
eine vergrößerte dreidimensionale
Ansicht des Drehantriebs mit abgenommener Abdeckhaube sowie des angrenzenden
Teilbereichs des Tragrings und des Drehtellers.
-
1 zeigt
eine Explosionszeichnung einer Halte- und Positioniervorrichtung 1 mit
einem Tragring 2, mit einem Drehteller 3 und mit
einem Drehantrieb 4.
-
Die Begriffe "rechts" und "links" werden bezogen auf die x-Achse, die Begriffe "vorne" und "hinten" bezogen auf die
y-Achse und die
Begriffe "oben" und "unten" bezogen auf die
z-Achse der in den 1 – 4 dargestellten
Achsenkreuze verwendet. Die 0°-Position
ist durch die y-Achse bestimmt.
-
Oberhalb des Tragrings 2 befindet
sich der Drehteller 3 in einer vom Tragring 2 nach
oben abgehobenen Position. Der Tragring 2 weist eine im
wesentlichen kreisförmige
Aussparung mit einem Durchmesser von 30 cm auf. Die Tragseite des
Tragrings 2 ist mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet.
An der 45°-,
an der 135°-,
an der 225°-
und an der 315°-Position
der Tragseite 24 sind jeweils längliche Luftstromöffnungen 21 in
der Tragseite 24 vorgesehen, die den Auslass für die jeweils
mittig in den Luftstromöffnungen 21 angeordneten
Luftstromleitungen 22 bilden. Diese Luftstromleitungen 22 sind mit
einem in der 1 nicht
gezeigten Aggregat verbunden, das in der Lage ist, Luft anzusaugen
sowie Druckluft auszublasen. An der 90°-, an der 230°- und an
der 310°-Position
der Tragseite 24 sind jeweils nach oben aus der Tragseite 24 herausstehende
Kugellager 23 vorgesehen.
-
Die Luftstromöffnungen 21 und die
Luftstromleitungen 22 an den 45°- und an den 315°-Positionen
der Tragseite 24 sowie das Kugellager 23 an der
310°-Position
der Tragseite 24 sind in Fi gur 1 teilweise von dem Drehteller 3 verdeckt.
Links an den Tragring 2 schließt sich die hier nicht weiter
erläuterte Befestigung
der Halte- und Positioniervorrichtung 1 an.
-
Der Drehteller 3 weist eine
im wesentlichen kreisförmige
Außenform
auf und ist als flache Scheibe ausgebildet. Der Durchmesser des
Drehtellers 3 entspricht in etwa dem Außendurchmesser des Tragrings 2,
so dass der Drehteller 3 derart auf den Tragring 2 aufgesetzt
werden kann, dass die Tragringrandseite 25 in etwa mit
der Randseite des Drehtellers 3 abschließt. Der
Drehteller 3 weist insgesamt sechzehn im wesentlichen quadratische Öffnungen auf,
die sich von seiner Ober- bis zu seiner Unterseite in einer 4×4-Matrixanordnung über seine
Oberfläche erstrecken.
Zwischen jeweils benachbarten Öffnungen
sind jeweils schmale Gitterstege 31 ausgebildet.
-
In den Gitterstegen 31 sowie
um die äußeren Ränder der Öffnungen
sind längliche
Matrixnuten 33 in der Oberfläche des Drehtellers 3 angeordnet.
Diese Matrixnuten 33 sind mit Luftansaugöffnungen 32 auf
der Oberfläche
des Drehtellers verbunden. Des weiteren ist auf der Oberfläche des
Drehtellers eine Ringnut 34 vorgesehen, die im wesentlichen
parallel zum äußeren Rand
des Drehtellers 3 in der Oberfläche des Drehtellers 3 verläuft und
welche die Öffnungen
auf der Oberseite des Drehtellers mit ihren Matrixnuten 33 umschließt. Die
Ringnut 34 weist ebenfalls eine Luftansaugöffnung 32 auf.
Die Luftansaugöffnungen 32 sind über in 1 nicht gezeigte Luftansaugleitungen
mit einem in 1 ebenfalls nicht
gezeigten Luftansaugaggregat verbunden, das in der Lage ist, Luft
anzusaugen und so einen Gegenstand mit einer planen Unterseite,
der auf den Matrixnuten 33 und/oder auf der Ringnut 34 aufliegt,
auf der Oberfläche
des Drehtellers 3 zu fixieren.
-
An der 90°-, an der 230°- und an
der 310°-Position
des Außenrands
des Drehtellers 3 sind Widerlager 35 angeordnet,
die jeweils untere Anschläge 37 sowie
auf ihrer rechten und linken Seite jeweils Seitenanschläge 36 aufweisen.
Der Winkel zwischen dem rechten und dem linken Seitenanschlag 36 je
eines Widerlagers 35 beträgt in 1 ±4,5°. An der
130°- und
der 140°-Position
der Randseite des Drehtellers 3 sind in 1 jeweils Zahnriemeneinspannklammern 38 mittels
ersten Befestigungsschrauben 39 zu befestigen, wie in 1 schematisch dargestellt.
-
Neben der rechten Vorderseite der
Tragringrandseite 25 ist der Drehantrieb 4 dargestellt,
der mit einer Abdeckhaube 44 versehen und mittels zweiten
Befestigungsschrauben 45 an der Tragringrandseite 25 anzuflanschen
ist, wie in 1 schematisch dargestellt
ist. Der Drehantrieb 4 weist einen von unten nach oben
führenden
Getriebemotor 46 sowie einen Anflanschbereich 47 auf,
dessen Höhe
in etwa der Höhe
des Tragrings 2 entspricht. Der Drehantrieb 4 wird
an der Tragringrandseite 25 befestigt, indem zweite Befestigungsschrauben 45 durch
den Anflanschbereich 47 geführt und in der Tragringrandseite 25 verankert
werden. Die in 1 jeweils
dem Tragring 2 und dem Drehteller 3 zugewandten
Seiten des Anflanschbereichs 47 und der Abdeckhaube 44 weisen
eine kreisringartige Form mit einer der Außenkrümmung des Tragrings 2 und
des Drehtellers 3 entsprechenden Krümmung auf, so dass der Drehantrieb 4 passgenau
an dem Tragring 2 befestigt werden kann.
-
Eine Schnittlinie A-A verläuft rechts
vorne durch den Tragring 2, und zwar entlang der Krümmung des
Tragring 2 durch die Luftstromöffnung 21.
-
2 zeigt
einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A durch den Bereich mit
der Luftstromöffnung 21 rechts
vorne im Tragring 2 und mit aufgesetztem Drehteller 3.
-
In 2 ist
erkennbar, dass die Luftstromleitung 22 mittels eines Schlauchs
von unten an den Tragring 2 geführt ist und mit einer zylindrischen
Verbreiterung an einer in der Unterseite des Tragrings 2 gebildeten
und senkrecht durch den Tragring 2 verlaufenden kreisförmigen Öffnung ansetzt.
Das andere Ende des Schlauchs der Luftstromleitung 22 ist
an das in 2 nicht gezeigte
Luftaggregat angeschlossen.
-
Der Drehteller 3 setzt gemäß 2 mit einem an der Unterseite
des Drehtellers 3 ausgebildeten Gegenlager 30 auf
der planen Fläche
der Luftstromöffnung 21 auf.
Dieses Gegenlager 30 weist dabei eine polierte, besonders
glatte Oberfläche
auf, wodurch ein besonders luftdichter Abschluss des Gegenlagers 30 mit
der Luftstromöffnung 21 entsteht.
-
3 zeigt
eine Explosionszeichnung der Halte- und Positioniervorrichtung 1 mit
einer oberhalb des Drehtellers 3 angeordneten Siliziumscheibe 5.
-
Die oberhalb des Drehtellers 3 dargestellte Siliziumscheibe 5 umfasst
insgesamt sechzehn Arrays 51, von denen im Ausführungsbeispiel
jedes einzelne Array 51 insgesamt 2012 elektronische Bauteile
umfasst. Die Anordnung der Array 51 entspricht im Ausführungsbeispiel
der Anordnung der Öffnungen im
Drehteller 3. Die Siliziumscheibe 5 weist eine
im wesentlichen kreisrunde Form und einen im wesentlichen mit dem
Durchmesser des Drehtellers 3 übereinstimmenden Durchmesser
auf. Dabei sind an der Außenseite
der Siliziumscheibe 5 elektrische Kontaktfixierungen 52 zur
Fixierung der Siliziumscheibe 5 auf dem Drehteller 3 vorgesehen,
mit denen die Siliziumscheibe 5 im Verhältnis zum Drehteller 3 so
positioniert werden kann, dass die Arrays 51 oberhalb der Öffnungen
des Drehtellers 3 angeordnet sind.
-
4 zeigt
eine dreidimensionale Darstellung der Halte- und Positioniervorrichtung 1 in
zusammengesetztem Zustand mit der auf der Oberfläche des Drehtellers 3 aufgesetzten
Siliziumscheibe 5.
-
Der Drehteller 3 ist dabei
so auf den Tragring 2 aufgesetzt, dass er mit seiner planen
Unterseite oder mit seinen Gegenlagern 30 die Luftstromöffnungen 21 abdeckt.
Die Kugellager 23 des Tragrings 2 greifen in die
Widerlager 35 des Drehtellers 3 ein. Die Bewegung
des Drehtellers 3 nach oben ist dabei durch die unteren
Anschläge 37 begrenzt,
in welche die Kugellager 23 eingreifen. Die Bewegung des Drehtellers 3 in
Drehrichtung d ist durch die Seitenanschläge 36 begrenzt.
-
Der Drehantrieb 4 ist in 4 mit seinem Anflanschbereich 47 an
dem Außenrand
des Tragrings 2 befestigt. Die Abdeckhaube 44 liegt
mit ihrer Oberseite fast an dem Außenrand des Tragrings 3 an
und schließt
nach oben in etwa bündig
mit der Oberfläche des
Drehtellers 3 ab.
-
5 zeigt
eine vergrößerte dreidimensionale
Ansicht des Drehantriebs 4 mit abgenommener Abdeckhaube 44 sowie
des angrenzenden Teilbereichs des Tragrings 2 und des Drehtellers 3.
-
Der Drehantrieb 4 ist dabei
mit seinem Anflanschbereich 47 mittels den zweiten Befestigungsschrauben 45 an
der Randseite des Tragrings 2 angeschraubt. Der Drehantrieb 4 weist
auf der Höhe
der Tragseite 24 eine im wesentlichen dreieckige Grundplatte 48 auf,
die sich nach außen
an die Oberseite des Anflanschbereichs 47 anschließt. Der
Getriebemotor 46 setzt von unten an dieser Grundplatte 48 an und
ist fest mit einem Zahnriemenantriebsritzel 42 verbunden,
das drehbar auf der Oberseite der Grundplatte 48 angeordnet
ist. In 5 sind auch
die mittels ersten Befestigungsschrauben 39 an die Randseite
des Drehtellers 3 angeschraubten Zahnriemeneinspannklammern 38 zu
sehen. Zwischen den Zahnriemeneinspannklammern 38 befindet
sich eine Exzenterrolle 49, die drehbar gelagert ist und
die wie auch die Kugellager 23 zur Fixierung des Drehtellers 3 in
radialer Richtung dient.
-
Ein Zahnriemen 41 ist mit
seinen beiden Enden jeweils fest in die Zahnriemeneinspannklammern 38 eingespannt.
Auf der Oberseite der Grundplatte 48 sind links und rechts
neben dem Zahnriemenantriebsritzel 42 zwei drehbar ausgebildete
Zahnriemenumlenkrollen 43 angeordnet, die nach hinten in Richtung
zu der Randseite des Drehtellers 3 verschoben sind. Der
Zahnriemen 41 ist mit seinen beiden Enden jeweils in den
Zahnriemeneinspannklammern 38 fest eingespannt und über das
Zahnriemenantriebsritzel 42 sowie über die beiden Zahnriemenumlenkrollen 43 geführt. Durch
eine Drehung des Zahnriemenantriebsritzels 42 wird der
Zahnriemen 41 über
die Zahnriemeneinspannklammern 38, und mit ihm der Drehteller 3 bewegt.
Dabei bleibt der Tragring 2 mit dem Drehantrieb 4 ortsfest,
so dass sich eine Relativbewegung des Drehtellers 3 bezüglich des Tragrings 2 ergibt.
-
Nachfolgend ist die Funktionsweise
der Halte- und Positioniervorrichtung 1 mit Bezug auf die 1 – 4 erläutert.
-
Zu Beginn des Bearbeitungsverfahrens
liegt der Drehteller 3 mit dem äußeren Rand seiner Unterseite
auf der Tragseite 24 des Tragrings 2 auf. Der Drehteller 3 kann
auch wie in 2 gezeigt
nur mit seinen Gegenlagern 30 in den Luftstromöffnungen 21 des
Tragrings 2 aufliegen.
-
Die Kugellager 23 des Tragrings 2 greifen
in die Widerlager 35 des Drehtellers 3 ein, wie
in 4 gezeigt. An den
Luftstromöffnungen 21 sowie
an den Luftstromleitungen 22 des Tragrings 2 liegt
noch kein Luftstrom an.
-
Zunächst wird die Siliziumscheibe 5 so
auf die Oberfläche
des Drehtellers 3 aufgelegt, dass ihre Arrays 51 oberhalb
der Öffnungen
des Drehtellers 3 liegen und dass ihre elektrischen Kontaktfixierungen 52 bezüglich des
Drehtellers 3 eine vorgegebene Ausrichtung annehmen.
-
Dadurch ist die Siliziumscheibe 5 bezüglich des
Drehtellers 3 schon grobausgerichtet. Nun wird über die
Luftstromöffnungen 32 Luft
an den Matrixnuten 33 und an der Ringnut 34 angesaugt,
wodurch in den Matrixnuten 33 und in der Ringnut 34 ein
Unterdruck oder ein Vakuum entsteht. Dadurch wird die Siliziumscheibe 5 – wie in 4 gezeigt – mit ihrer
im wesentlichen planen Rückseite
fest auf dem Drehteller 3 fixiert, wodurch ein Verrutschen
bzw. ein Verschieben der Siliziumscheibe 5 bezüglich des
Drehtellers 3 zuverlässig
vermieden wird.
-
Nun wird der Drehteller 3 nach
oben von dem Tragring 2 abgehoben, indem aus den Luftstromöffnungen 21 austretende
Druckluft an die Luftstromleitungen 22 angelegt wird. Die
Abhebehöhe
beträgt
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ca. 5 μm
und ist durch den vertikalen Abstand zwischen den unteren Rändern der
Kugellager 23 und den unteren Anschlägen 37 der Widerlager 35 im
auf den Tragring 3 aufgesetzten Zustand des Drehtellers 3 genau
bestimmt. Ein zu starkes, unerwünschtes
Abheben des Drehtellers 3 vom Tragring 2 wird
durch das Zusammenwirken der Kugellager 23 mit den Widerlagern 35 zuverlässig vermieden.
-
Nun wird über die Drehung des Zahnriemenantriebsritzels 42 der
Zahnriemen 41 und damit der gesamte Drehteller 3 soweit
bewegt, bis sich die auf dem Drehteller 3 fixierte Siliziumscheibe 5 in
der exakten Bearbeitungsposition befindet. Der Drehteller 3 ist
dabei vom Tragring 2 abgehoben, so dass dabei zwischen
dem Tragring 2 und dem Drehteller 3 keine störenden Gleit-
und Haftreibungskräfte
wirken. Die zwischen den Kugellagern 23 und den Widerlagern 35 wirkenden
Reibungskräfte
sind vernachlässigbar gering.
Somit kann die Positionierung der Siliziumscheibe 5 mit
hoher Präzision
erfolgen.
-
Nach dem Erreichen der genauen Positionierung
der Siliziumscheibe 5 wird Luft über die Luftstromleitungen 22 angesaugt.
Dadurch sinkt der Drehteller 3 wieder auf den Tragring 2 ab,
wobei aufgrund der geringen Absinkhöhe von 5 μm die radiale Position der Siliziumscheibe 5 sehr
genau erhalten bleibt.
-
Gleichzeitig entsteht in den Luftstromöffnungen 21 unter
der planen Rückseite
des Drehtellers 3 ein Unterdruck bzw. ein Vakuum, wodurch
der Drehteller 3 mit der darauf angeordneten Siliziumscheibe 5 zuverlässig in
Position gehalten wird. Nun ist die Siliziumscheibe 5 exakt
ausgerichtet und zuverlässig
fixiert. An der Siliziumscheibe 5 bzw. an den Arrays 51 der
Si liziumscheibe 5 können
nun beliebige Bearbeitungsschritte durchgeführt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden die elektronischen Bauteile der Arrays 51 elektrisch
und optisch gemessen.
-
Nach erfolgter Durchführung der
Bearbeitungsschritte an der Siliziumscheibe 5 wird das
Ansaugen von Luft über
die Luftstromleitungen 22 sowie über die Luftstromöffnungen 32 unterbrochen.
Die Siliziumscheibe 5 kann nun von der Halte- und Positioniervorrichtung 1 abgenommen
und weiterverarbeitet, bspw. zersägt werden.
-
- 1
- Halte-
und Positioniervorrichtung
- 2
- Tragring
- 21
- Luftstromöffnungen
- 22
- Luftstromleitungen
- 23
- Kugellager
- 24
- Tragseite
- 25
- Tragringrandseite
- 3
- Drehteller
- 30
- Gegenlager
- 31
- Gitterstege
- 32
- Luftansaugöffnungen
- 33
- Matrixnuten
- 34
- Ringnut
- 35
- Widerlager
- 36
- Seitenanschläge
- 37
- untere
Anschläge
- 38
- Zahnriemeneinspannklammern
- 39
- erste
Befestigungsschrauben
- 4
- Drehantrieb
- 41
- Zahnriemen
- 42
- Zahnriemenantriebsritzel
- 43
- Zahnriemenumlenkrollen
- 44
- Abdeckhaube
- 45
- zweite
Befestigungsschrauben
- 46
- Getriebemotor
- 47
- Anflanschbereich
- 48
- Grundplatte
- 49
- Exzenterrolle
- 5
- Siliziumscheibe
- 51
- Arrays
- 52
- elektrische
Kontaktfixierungen
- A
- zentrale
Drehachse
- d
- Drehrichtung
- x,
y, z
- Koordinatenachsen