Ideale Motoren für Halbleiterfertigungsanlagen

Auf dem heutigen Markt wächst die Nachfrage nach Halbleitern. Anlagen zur Herstellung und Handhabung der Siliziumwafer für Halbleiter benötigen einen erhöhten Durchsatz, um mit der Nachfrage Schritt zu halten. Die Hauptantriebe dieses Geräts sind elektrische bürstenlose Gleichstrommotoren (Brushless DC Motors, BLDC). Sie werden für Positionier- und Halteaufgaben eingesetzt, wenn auf einem Wafer Prozesse zur Herstellung der benötigten Leiterstrukturen durchgeführt werden.

Wafer werden innerhalb jeder Produktionsstufe bewegt und neu positioniert. Um den Gesamtdurchsatz zu erhöhen, muss die Zeit zum Ausführen einer bestimmten Bewegung verringert werden, während eine außergewöhnliche Präzision, Genauigkeit und Positionswiederholbarkeit beibehalten werden. Die Verwendung von Zahnrädern und anderen Getriebekomponenten verringert die Positionsreproduzierbarkeit, die Laufruhe und die Wartungsfreundlichkeit. Genesis-Direktantriebsmotoren können die Grenzen des Durchsatzes verschieben.

Ein Direktantriebsmotor mit hoher Motorkonstante ist ideal zur Erhöhung des Durchsatzes in der Halbleiterherstellung. Eine höhere Motorkonstante bedeutet, dass bei gegebener Wärmeentwicklung mehr Drehmoment erzeugt wird. Mehr Drehmoment ermöglicht eine höhere Beschleunigung, was wiederum eine schnellere Bewegung ermöglicht.

Bei zwei Motoren der gleichen Größe ist ein Vergleich ihrer Motorkonstanten eine großartige Möglichkeit, ihren Leistungsunterschied zu beurteilen. Die Motorkonstante (K_m) ist das Verhältnis des Drehmoments eines Motors zur Wärmeerzeugung in Einheiten von \(Nm/√W\). Sie wird wie folgt definiert:

\(K_m=\ \frac{K_t}{\sqrt R}=\ \frac{T}{I\sqrt R}=\ \frac{T}{\sqrt{I^2R}}\)

 

Km	= Motorkonstante
Kt	= Drehmomentkonstante
R	= Endwiderstand
T	= Drehmoment
I	= Strom

Aus der obigen Formel geht hervor, dass bei einer bestimmten Wärmeentwicklung \(\sqrt{\left(I^2R\right)}\), der mit einer höheren K_m mehr Drehmoment erzeugen kann. Wenn man die Wahl zwischen zwei Motoren gleicher Größe hat, bietet der Motor mit dem höheren K_m-Wert mehr Drehmoment bei gleichem Platzbedarf innerhalb einer Maschine.

Zur Orientierung und Positionierung von Wafern, Lasern, Spiegeln und anderen optischen Instrumenten sind Bewegungen in der Halbleiterfertigung oft durch kurze Wege und Stopps gekennzeichnet. In diesen Fällen dreht sich der die Bewegungsachse antreibende Motor nur kurz vor seinem Stillstand. Kurzhub besteht hauptsächlich aus Beschleunigungs- und Verzögerungskomponenten (hohes Drehmoment), wobei bei konstanter Geschwindigkeit (niedriges Drehmoment) wenig oder keine Zeit verbracht wird. Da Beschleunigung und Verzögerung Zeiträume mit hohem Drehmoment (und hohem Strom) sind, ist ein Motor mit einem hohen K_m-Wert aufgrund seiner geringen Wärmeabfuhr ideal.

Mit höherem Drehmoment ab einem höheren K_m-Wert können die Beschleunigungs- und Verzögerungskomponenten schneller ausgeführt werden. Die folgenden Zeitreihendiagramme liefern zeitsparende Informationen, wenn die gleiche Bewegung zwischen zwei Motoren der gleichen Größe durchgeführt wird, die unterschiedliche K_m-Werte haben.

Motor mit einem niedrigeren Km-Wert	Motor mit einem höheren Km–Wert

Eine höhere Beschleunigung ist der Schlüssel zur Reduzierung der Bewegungszeit und Erhöhung des Durchsatzes, aber eine Bewegung ist erst abgeschlossen, wenn der Motor stoppt und sich beruhigt. Direktantriebsmotoren sind mit der Last verbunden, was bedeutet, dass es kein Spiel und extrem geringe Nachgiebigkeit gibt. Die Positionierung wird durch die Auflösung und Genauigkeit des Encoders bestimmt. Diese Faktoren ermöglichen eine wiederholbare Positionierung und ein schnelles Absetzen. Wenn der Motor nicht direkt an die Last gekoppelt ist, sondern über eine flexible Kupplung oder ein Getriebe, kann dies zu Trägheitsfehlanpassungen führen.

Direktantriebsmotoren sind ideal für die Optimierung der Drehpositionierung. Diejenigen mit hohen K_m-Werten können auch einen weiteren Beitrag zu Situationen leisten, in denen höchste Präzision und Genauigkeit erforderlich sind. Ein Motor mit einem höheren K_m-Wert könnte verwendet werden, um einen Motor der gleichen Größe (der einen niedrigeren K_m-Wert hat) zu ersetzen und das gleiche Drehmoment bei geringerer Wärmeabfuhr zu liefern. Weniger Hitze senkt die Gesamtmaschinentemperaturen, reduziert Probleme mit der Wärmeausdehnung und ermöglicht es anderen Präzisionsinstrumenten, die auf hohe Temperaturen empfindlich sind, eine bessere Leistung zu erbringen.

Ein weiterer Vorteil von Motoren mit hohen K_m-Werten ist, dass ein kleinerer Motor bei gleichem Drehmoment einen größeren ersetzen kann. Ein kleinerer Motor trägt zu Platz- und Masseneinsparungen bei. Dies ermöglicht zusätzliche Konstruktionsmerkmale für Geräte oder zusätzliche Geräteeinheiten innerhalb derselben Stellfläche. Dies erhöht die Kapazität und ist eine weitere Möglichkeit, den Durchsatz zu verbessern.

Je weiter die Welt voranschreitet, desto größer wird der Bedarf an Bauelementen, die Halbleiter enthalten. Für Unternehmen, die Halbleiter herstellen, ist eine schnelle Produktion der Schlüssel zu ihrem Erfolg. Direktantriebsmotoren mit hohen K_m-Werten werden entscheidend sein, um sicherzustellen, dass zukünftige Produktionsanlagen der Aufgabe gerecht werden.

Genesis Direktantriebsmotoren haben ein überlegenes Drehmoment zu Länge, Drehmoment zu Masse und Motorkonstante. Möchten Sie die Leistung Ihrer Ausrüstung steigern? Kontaktieren Sie uns mit Ihren Anwendungsanforderungen.