Semicon-Industrie Mechatronik als Gamechanger für das schnelle Go-to-Market

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Die Halbleiterbranche drückt aufs Tempo: Wie Linearachsen, Mechatroniklösungen und Subsysteme die Zeit vom Labor bis zur Serienreife verkürzen und die Leistungsfähigkeit von Maschinen und Anlagen steigern.

Die Nachfrage nach immer leistungsfähigeren Chips, Speicher- und Elektronikbausteinen steigt. Laut einer Analyse von McKinsey soll der weltweite Halbleitermarkt von 2024 bis 2030 in einem Basisszenario von 775 Milliarden auf bis zu 1,6 Billionen US-Dollar anwachsen. Um die rasante Entwicklung mitzugehen, müssen Maschinenhersteller und OSAT-Supplier (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) ihre Anlagen noch schneller entwickeln, den Prototypenbau beschleunigen und die Zeit bis zur Serienreife verkürzen. Das Go-to-Market wird zum Wettbewerbsfaktor.

Welchen Beitrag Lineartechnik und Mechatronik leisten

Wer Maschinen- und Anlagenkonzepte schneller industrialisieren möchte, benötigt modulare, kompakte und adaptierbare Automatisierungslösungen. Deren Qualität, Performance und Effizienz hängen auch von den eingesetzten Lineartechnik und Mechatronik ab, wobei jede Wertstromphase ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringt. So fordert etwa das Front-End eine optimale Verbindung aus Präzision und Zuverlässigkeit, während im Back-End maximaler Durchsatz und hochdynamische Bewegungen gefragt sind.

Um das Go-to-Market unter den jeweiligen Voraussetzungen mit hohem Standardisierungsgrad zu beschleunigen, setzt Bosch Rexroth auf drei Säulen: ein weltweit verfügbares Portfolio an kompakten und reinraumzertifizierten Lineartechnik-Komponenten, mechatronische Baugruppen auf Basis von Standardkomponenten sowie einbaufertige und getestete Subsysteme, die sich in kürzester Zeit zur Serienreife bringen lassen. Diese drei Ansätze mit unterschiedlicher Integrationstiefe bieten Equipment-Herstellern eine hohe Flexibilität und haben sich in der Praxis bewährt. In rund 25 Jahren hat Bosch Rexroth in der Branche mehr als 150.000 Baugruppen in Betrieb gebracht.

Wie Linearmodule das Engineering verkürzen

Der erste Weg hin zu kürzeren Entwicklungszeiten führt über branchengerechte Baugruppen, wie zum Beispiel elektromechanische Zylinder oder Linearmodule. So sorgt etwa die Präzisionsbaureihe PSK mit einem Hauptkörper aus Stahl und direkt eingearbeiteten Führungsschienen für eine besonders hohe Präzision und Steifigkeit in vertikalen Achsen von Wafer- und Pin-Lifts. Großräumigere Bewegungen, wie sie etwa beim Wafer-Handling auftreten, lassen sich optimal über Compactmodule abbilden, die hohe Dynamik und Leistungsdichte vereinen.

Neben direkt angetriebenen Linearmodulen für Präzisions- und Hochgeschwindigkeitsanwendungen verwenden Equipment-Hersteller häufig auch Linearmotorachsen und lineare Aktuatoren sowie mechatronische Handlingsysteme inklusive Antriebstechnik. Auch Profilschienenführungen mit integrierten Messsystemen sowie hochpräzise Kugelgewindetriebe haben sich bewährt. Für die Verkettung von Anlagen und Prozessen finden Equipment-Hersteller im Rexroth Portfolio zudem reinraumtaugliche Montage-, Transfer- und Materialflusssysteme bis hin zu flexiblen 7-Achs-Cobots von Kassow Robots.

Zertifizierte Qualität für alle Nutzlastklassen

Das breite Portfolio an Rexroth Lineartechnik deckt die ganze Bandbreite des Halbleiter- und Elektronikwertstroms ab. Equipment-Hersteller finden hier neben Linearführungen und Präzisionsgewindetrieben auch ausgewählte Linearachsen und Komponenten, die vom Fraunhofer IPA nach ISO 14644-1 geprüft wurden und für Reinraumklassen bis ISO 3 zertifiziert sind. Für besondere Umgebungsbedingungen wie Reinräume, Vakuum oder Kontakt mit korrosiven Stoffen sind Standardvarianten mit speziellen Beschichtungen oder aus besonderen Materialien erhältlich. So beispielsweise der komplett aus Metall gefertigte Führungswagen NRTVG oder spezielle Schmierstoffe wie das Reinraumfett Castrol Tribol GR 215.

Mechatronische Subsysteme als Gamechanger

Die umfassendste Möglichkeit, den Aufwand für Entwicklung, Konstruktion und Validierung zu reduzieren, besteht in einem Co-Development für einbaufertige Subsysteme (Subassemblies). Die gemeinsame Lösungsentwicklung mit Bosch Rexroth auf Basis von Standardkomponenten einschließlich präziser Motion Control ist sinnvoll, wenn die Anlagenkomplexität steigt und sich der Kunde stärker auf den eigentlichen Fertigungsprozess konzentrieren möchte. Im Rahmen einer solchen Go-to-Market-Partnerschaft kombinieren die Rexroth Experten die technisch aufeinander abgestimmten Standardprodukte aus Lineartechnik, Antriebs- und Steuerungstechnik zu einbaufertigen Subsystemen.

Praxisbeispiele: Wafer-Handling

Solche vorbereiteten Subsysteme lassen sich schnell an individuelle Prozessanforderungen anpassen und mit geringem Aufwand in die neue Maschine integrieren. Typische Front-End-Beispiele sind etwa Wafer-Lifts für Reinigung (Cleaning), Ätzen (Etching), Beschichten (Deposition) oder chemisch-mechanisches Polieren (CMP) sowie mehrachsige Be- und Entladesysteme.

Durch die flexible Kombination aus Linearachsen, mechatronischen Bausteinen sowie Servomotoren und weiteren Bestandteilen der offenen Automatisierungsplattform ctrlX AUTOMATION kann Bosch Rexroth in kurzer Zeit leistungsfähige Subassemblies realisieren, die höchste Ansprüche an Uniformität, Präzision und Zuverlässigkeit erfüllen. So müssen beispielsweise Prozesse wie Sprühen, Tauchen oder Dosieren mit einer Positionsgenauigkeit im Mikrometerbereich erfolgen.

Zudem ist der Bauraum für die Mechatronik häufig begrenzt, weshalb beispielsweise beim Nassätzen die vertikale Bewegung der Sprüharme mit kompakten Linearmodulen der Präzisionsbaureihe PSK umgesetzt wird. Viele weitere Entwicklungsthemen wurden ebenfalls mit den Rexroth Standardkomponenten gelöst, darunter auftretende Vibrationen, die Widerstandsfähigkeit gegen korrosive Chemikalien oder die Integration in Nasslabor-Handhabungssysteme und Roboter-Transfermodule.

Co-Development oft doppelt so schnell

Die durch Co-Development erzielbaren Zeitgewinne erstrecken sich von einer schnellen Konzeptbewertung über die Entwicklung erster Lösungsansätze bis hin zur Ableitung funktionsfähiger Prototypen. In den meisten Fällen können die Semicon-Experten von Bosch Rexroth bereits nach 48 Stunden einen ersten Lösungsvorschlag oder Proof-of-Concept vorlegen und in weniger als drei Monaten einen kundenspezifischen Prototyp realisieren – egal, ob es sich um eine neue Aufgabenstellung oder eine Maschinenoptimierung hinsichtlich Bauraum, Präzision oder Zykluszeit handelt.

Nach den Erfahrungen aus der Praxis lässt sich die Zeitdauer von der ersten Idee bis zur Serienreife in vielen Fällen halbieren. Ein wichtiger Faktor ist dabei die Unterstützung der häufig weltweiten Rollouts. Um den hohen Anforderungen an Verfügbarkeit, Qualität und Reproduzierbarkeit gerecht zu werden, betreibt Bosch Rexroth ein internationales Netzwerk aus Entwicklungs-, Applikations- und Fertigungsstandorten, das auf die Bedürfnisse der Halbleiter- und Elektronikindustrie ausgerichtet ist. Auf diese Weise lassen sich co-entwickelte Konzepte rasch validieren und „copy exact“ als standardisierte, reproduzierbare Maschinenkonzepte skalieren.

Fazit: drei Wege passend zum Integrationsgrad

Die zeitsparende Zusammenarbeit mit einem Full-Liner und branchenerfahrenen Entwicklungspartner für Bewegungsaufgaben versetzt Equipment-Hersteller in die Lage, ihre eigene Entwicklung zu entlasten, ihren Fokus stärker auf den Prozess zu legen und sich selbstbewusst im Rennen um das schnellste Go-to-Market in der Halbleiter- und Elektronikfertigung zu positionieren. Bei Bosch Rexroth finden sie dabei für jeden Integrationsgrad das richtige Maß an Unterstützung: von präzisen Lineartechnikkomponenten für die eigene Entwicklungsarbeit über ein beschleunigtes Engineering mit Linearmodulen und standardisierten Mechatroniklösungen bis hin zum effizienten Co-Development auf Basis erprobter Subassemblies, die einen größtmöglichen Durchsatz und Ertrag erzielen. (mc)

* Jan Kazmaier ist Senior Sales Manager Semicon and Electronics Industry bei der Bosch Rexroth AG

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