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Mittwoch, den 17.02.2021
Berührungslose Wafer-Handhabung in der Solar-Industrie

Photovoltaikanlagen bzw. Solarmodule, die aus der Zusammenschaltung von einzelnen Solarzellen bestehen, spielen bekanntlich eine wichtige Rolle für erneuerbare Energien. Das Potenzial durch die Energieleistung der Sonne ist sehr groß und durch die Weiterentwicklung der Solartechnologie konnte der Wirkungsgrad bereits deutlich gesteigert werden. Wichtigstes Halbleitermaterial für die Herstellung von Solarzellen ist Silizium.

Bei der Herstellung und Weiterverarbeitung von Siliziumwafern kommt es häufig zu Beschädigungen. Neben Ausfallzeiten und zusätzlichen Reinigungsschritten sowie Neujustierungen, fallen auch erhöhte Material- und Prozesskosten an. Je reibungsloser das Handling, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Material reißt oder bricht.

Außerdem werden mittlerweile auch häufig beide Seiten des Wafers beschichtet, wie zum Beispiel bei der Heterojunction-Technologie, um höhere Wirkungsgrade zu erzeugen. Dadurch werden die Handhabungsprozesse immer anspruchsvoller, um Abdrücke, Kratzer oder Partikel zu vermeiden. Mit Hilfe des patentierten Ultraschall-Lagers von ZS-Handling können Substrate gleichmäßig auf einem durch Schwingungen generierten Luftfilm schweben und dadurch während des Handlings berührungslos gehalten werden. Durch eine Kombination aus Unterdruck und Ultraschall wirken gleichzeitig anziehende und abstoßende Kräfte auf das Werkstück und halten es somit auch beim Transportieren von oben auf Abstand.

Wie funktioniert das Ultraschall-Lager?
Die Ultraschallbewegung der sogenannten Sonotrode erzeugt einen tragenden Gasfilm (Luft oder Prozessgas) zwischen der Sonotrodenoberfläche und dem Substrat. Das Substrat schwebt auf dem entstandenen Gasfilm in Abständen von 10 - 150 μm. Auf diese Weise wird jeder mechanische Oberflächenkontakt vermieden.

In Kombination mit Unterdruck und dem damit entstehenden Kräftegleichgewicht (anziehend durch den Unterdruck und abstoßend durch den Ultraschall und die Gewichtskraft) wird die Handhabung bzw. das Greifen von oben ohne Kontakt ermöglicht.

Die Physik des Ultraschalllagers ergibt sich aus der Strömungsdynamik. Der Gasdruck im Spalt zwischen dem Werkstück und der schwingenden Oberfläche steigt durch die zyklische Kompression und Dekompression des dünnen Gasfilms. Daher ist es notwendig, ein gleichmäßiges Schwingungsmuster zu realisieren, um gleichbleibende Schwebekräfte über die gesamte Sonotrode zu erzeugen. Die Schwingungen werden nicht in die Substrate übertragen und führen zu keinen Beeinträchtigungen des Substratmaterials.

Vorteile
Mit den abstoßenden Kräften der Ultraschalllagers kann das Substrat ohne jegliche Reibung auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten gelagert werden. Zusätzlich können flexible Materialien durch diese Technik berührungslos „glattgezogen“, also in einer gleichmäßigen, ebenen Position gehalten werden.

Die Wirkungsweise der Handhabungssysteme von ZS-Handling ist ähnlich dem eines konventionellen Luftlagers, es ist jedoch keine Druckluftversorgung erforderlich. Das bedeutet, dass z.B. in einer Reinraumumgebung die laminare Luftströmung – anders als bei Bernoulli Greifern – durch keine hohen Strömungsgeschwindigkeiten gestört wird und keine Partikel durch Fremdluft bzw. über Leitungen eindringen können. Außerdem können die Kosten für die Druckluftversorgung in Produktionslinien eingespart werden.

Durch die Vermeidung von Oberflächenkontakt und ohne dynamische Turbulenzen im Umgebungsgas können keine Beschädigungen, Mikrokratzer, Mikrorisse oder Verunreinigungen das Substrat schädigen. Das Handling an bearbeiteten oder beschichteten Oberflächen kann berührungslos erfolgen, wodurch mehr Freiheitsgrade in der Prozess- und Maschinengestaltung möglich sind. Während des Handlings wird außerdem eine hohe Ebenheit des Substrats erreicht.

Die Systeme können in allen atmosphärischen Prozessen und in bis zu 20% Teilvakuumprozessen eingesetzt werden. Dabei werden weniger Ressourcen, wie z.B. Energie oder Druckluft benötigt als bei einem Standard-Luftlager. Dies wirkt sich in der Energie- und Kostenbilanz positiv für die Handhabungssysteme von ZS-Handling aus.

Weitere Informationen:
www.zs-handling.com

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Letzte Aktualisierung am 10.04.2021
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