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Steuerungslösung für die Direktbelichtung

Präzision im Sub-µm-Bereich

Die Zusammenarbeit von Visitech und Sieb & Meyer begann vor über zehn Jahren, als zunächst eine passende Steuerungslösung für komplexe Aufgaben zum Direktbelichten von Leiterplatten benötigt wurde. Nun stellt Antriebsanbieter ein komplettes Mehrkanalsystem bestehend aus Motion Controller MC2 und SD2x-Antrieben bereit. Mit dieser Kombination steht dem Anwender Präzision bis in den Sub-µm-Bereich zur Verfügung.
Bild: SIEB & MEYER AG

Die Steuerungslösung sollte aber auch in der Halbleiter-, Verpackungs- sowie in der Additiven Fertigungstechnik in industriellen und biomedizinischen Anwendungen zum Einsatz kommen.

Sieb & Meyer entwickelte dafür mit dem MC2 einen geeigneten Motion Controller für bis zu acht Achsen. Ergänzt wurde der MC2 um geeignete Servoverstärker der Serie SD2x und das proprietäre Bussystem Servolink 4. In der Zwischenzeit hat sich die Komplettlösung in diversen Anwendungen bewährt. Die Besonderheit dabei: Bei der Umsetzung steht der Endkunde immer mit beiden Unternehmen in Kontakt und kann auf die jeweilige Expertise zugreifen.

 Visitechs LLS-Systeme werden z.B. bei der Fertigung von Leiterplatten, Lötstoppmasken, HDI-Leiterplatten, Innen- und Außenlagen sowie in der Verpackungstechnik verwendet.
Visitechs LLS-Systeme werden z.B. bei der Fertigung von Leiterplatten, Lötstoppmasken, HDI-Leiterplatten, Innen- und Außenlagen sowie in der Verpackungstechnik verwendet. Bild: Visitech

Lithographiesystem für hohe Auflösung

„Wenn ich die Kamera bewege, während ich ein Foto mache, dann muss ich währenddessen das Foto verschieben“, erläutert Ralph Sawallisch, Key Account Manager bei Sieb & Meyer, die Schwierigkeit des Verfahrens. „Im Grunde wird das Bild während der Belichtung auf einer Rolle durchgewalzt. Das passiert natürlich elektronisch.“

Visitech hat dafür das Luxbeam-Lithographiesystem (LLS) entwickelt. „Das System projiziert UV- oder IR-Licht auf ein Digital Micromirror Device (DMD). Das sind tausende digitale Spiegel, die einzeln angesteuert werden können, um dann wiederum ein Bild auf ein bestimmtes Substrat zu projizieren, und zwar auf die genaueste und schnellste Weise, die es gibt“, erläutert Sebastian Aske, Produktmanager bei Visitech. „Es ist eine vollständig intern entwickelte Kerntechnologie, die wir hauptsächlich in unseren Produkten für die Additive Fertigung und die Lithografie einsetzen. Sie besteht aus Software, Firmware, Optik, Elektronik und Hardware.“

 Im Motion Controller MC2 läuft ein Echtzeit-Betriebssystem, mit dem eine zeitsynchrone Datenübertragung auf bis zu acht Drive Controller realisiert werden kann. Dadurch ist eine kontrollierte Raumbewegung der Achsen bis in den Sub-µm-Bereich möglich.
Im Motion Controller MC2 läuft ein Echtzeit-Betriebssystem, mit dem eine zeitsynchrone Datenübertragung auf bis zu acht Drive Controller realisiert werden kann. Dadurch ist eine kontrollierte Raumbewegung der Achsen bis in den Sub-µm-Bereich möglich. Bild: Sieb & Meyer AG

Präzisionssteuerung für Direktbelichter

Mit dem MC2-System kann der erforderliche Gleichlauf, die Positioniergenauigkeit und die Synchronisierung zwischen der Bildverarbeitung und der Position des Belichtungskopfes hergestellt werden. Eine Herausforderung dabei ist die separate Ansteuerung bis sieben Achsen in den Direktbelichtern. So gibt es an beiden Seiten des Portals zunächst zwei Y-Antriebe, die sogenannten Gantry-Achsen. Die zwei Motoren müssen synchron laufen, um Ungenauigkeiten zu vermeiden. Über den Y-Achsen sitzt das Portal, auf dem sich eine X-Achse bewegt. Je nach Anzahl der Belichterköpfe gehen von der X-Achse wiederum ein bis vier unabhängige Z-Achsen aus, an denen jeweils die Köpfe sitzen.

„Wir müssen die Belichterköpfe präzise bewegen, so dass weder Überlappungen noch Zwischenräume zwischen den Bildern entstehen“, erklärt Sawallisch. „Das heißt, der Belichter muss in Richtung der Y-Achse mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt werden, damit der Abrollprozess funktioniert. Nachdem die finale Position angefahren wurde, werden die Belichterköpfe von der X-Achse zur nächsten Zeile verfahren. Anschließend belichtet das Portal parallel zur vorherigen Zeile in die entgegengesetzte Richtung. Auf beiden Achsen haben wir eine Toleranz von unter 300nm. Die Z-Achse ist mit 150nm Toleranz noch präziser.“

Der Kunde erhält das komplette Antriebspaket inklusive Steuerung aus einer Hand. Der MC2 kommuniziert über Ethercat mit der übergeordneten Steuerung des Anwenders. Auf diese Weise wird die Istposition der Belichterköpfe kontinuierlich mit den Bilddaten abgeglichen. Die Schnittstelle zwischen dem Motion Controller und den Servoverstärkern bildet das proprietäre Bussystem Servolink 4 über Lichtwellenleiter. „Die Servoverstärker steuern Linearmotoren an, die im Direktbelichter auf allen Achsen zum Einsatz kommen“, erklärt Sawallisch. „Sie übernehmen die Lageregelung der Motoren und sorgen für die nötige Präzision und Dynamik des Direktbelichters.“

Gemeinsam zum Erfolg

Durch die Zusammenarbeit mit Teams aus Norwegen, Shanghai, den USA, Japan und Deutschland konnte ein passendes System geschaffen werden, um ein möglichst attraktives Ergebnis für den Kunden zu erzielen. Der intensive Austausch beider Unternehmen hat im Laufe der Zeit zu zahlreichen Verbesserungen des Systems geführt. Mit einer lösungsorientierten Einstellung sowie viel Konzentration gelang die Entwicklung des Hochleistungssystems für die Direktbelichtung.

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