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Korrosionsbeständige Edelstahldünnringlager für die Reinraumtechnik

Saubere Sache
Korrosionsbeständige Edelstahldünnringlager für die Reinraumtechnik

Mit den Edelstahldünnringlagern der Reali-Slim-Baureihe bietet Rodriguez Komponenten an, die den hohen Anforderungen im Bereich Reinraumtechnik, der Optik- und Lasertechnologie, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Biowissenschaften, der medizinischen Forschung oder in der keimfreien Produktion von Lebensmitteln gerecht werden.

Exklusiv in KEM Die Autorin: Nicole Dahlen, Director Sales & Marketing, Rodriguez GmbH, Eschweiler

Elektronische Bauteile wie Wafer und Mikrochips benötigen bei der Herstellung neben absoluter Präzision vor allem Sterilität. Um dies zu erreichen und eine Zerstörung der mikrometerkleinen integrierten Schaltkreise durch kleinste Partikel oder andere Verschmutzungen zu verhindern, werden sie in Rein- und Reinsträumen gefertigt. Für die verwendeten Werkzeuge und Produktionsanlagen gelten die besonderen Regeln der jeweiligen Reinraumklasse.
Präzision und Reinheit
Ein entscheidendes Werkzeug bei der Herstellung und Miniaturisierung von Mikrochips sind Waferstepper und Waferscanner. Diese optischen Systeme projizieren die Strukturinformationen der integrierten Chips lithografisch auf Wafer aus Silizium. Die hochkomplexen Lithografiesysteme arbeiten in unterschiedlichen Temperaturbereichen unter Vakuum oder in speziellen Gasatmosphären. Ihre Funktionalität muss den Anforderungen der Rein- und Reinstraumregeln genügen. Zudem fordern enge Toleranzen präzise Mechaniken. Das gilt auch für die Lagerungen in den Objektivblenden der lithografischen Systeme. Diese Blenden werden üblicherweise sehr kompakt und flach konstruiert. Hier sind entsprechend kleinbauende Lager mit einem minimalen Lagerspiel bei einem relativ geringen Drehmoment gefragt.
Aufgrund der geforderten Qualitätsvorgaben im Hinblick auf Präzision und Sauberkeit sind Standardlager aus dem Rodriguez-Portfolio keine Option. Die Komponenten müssen eine außergewöhnlich hohe Reinheit aufweisen. Lager in konventioneller Ausführung sind jedoch in der Regel mit Schmierstoff ausgestattet, der unter Umständen ausgasen könnte. „Optische Geräte sind hochsensibel. Es wäre möglich, dass sich die Schmierstoffausgasung auf der Optik des lithografischen Systems ablegt und dadurch dessen Funktionalität beeinträchtigt wird oder es sogar zerstört“, betont Ulrich Schroth. Der Geschäftsbereichsleiter Präzisionslager weiß um die besonderen Rahmenbedingungen von Lagertechnik in Reinraumapplikationen.
Zudem können Lager in Hochvakuumanwendungen, wie sie ebenfalls in der Halbleiterindustrie zu finden sind, die Wärme nicht ableiten. Das kann zu einem Ausflocken des Schmierstoffs führen. Auch aus diesem Grund muss das Lager in der Blende dauerhaft im Trockenlauf arbeiten. Bei Wälzkörpern aus Stahl, die in Standardlagern eingesetzt werden, würde dies zu Abrieb führen und damit zu einer Überschreitung der Grenzwerte der zulässigen Partikelkontamination des Reinraums. Auch beeinträchtigt der Abrieb im Lager dessen Laufeigenschaften, was sich wiederum nachteilig auf die Präzision und folglich auch die Optik auswirkt.
Dünnringlager aus Edelstahl
Um all diese Anforderungen zu erfüllen, werden daher in diesen Fällen bevorzugt Dünnringlager aus Edelstahl verbaut. Neben den produkttypischen Vorteilen – einem geringen Gewicht und einem kleinen Lagerquerschnitt, der auch bei steigenden Bohrungsdurchmessern konstant bleibt – zeichnen sich diese Lager durch weitere Eigenschaften aus, die sie für den Einsatz in Rein- und Reinsträumen empfehlen. Edelstahldünnringlager wie beispielsweise die Lager der Reali-Slim-Baureihe von Kaydon minimieren Oberflächenabnutzung sowie Partikelbildung und sind korrosionsbeständig. Sie bestehen aus Edelstahllaufringen, nichtmetallischen oder Messingkäfigen sowie Kugeln aus Edelstahl oder Keramik. Speziell die Kombination aus Edelstahllaufringen und Kugeln bzw. Rollen aus Keramik trägt zu einer besonderen Steifigkeit und einem niedrigen Drehmoment bei. Dadurch steigen Genauigkeit und Wiederholbarkeit, vor allem beim schmiermittelfreien Einsatz.
Rodriguez bietet diese Speziallager in einer Vielzahl gängiger metrischer und zölliger Abmessungen an. Für die Lagerung in den Blenden der lithografischen Systeme zur Mikrochipherstellung eignet sich beispielsweise eine im Reinraum montierte Variante aus Edelstahl-Innen- bzw. -Außenringen mit Wälzkörpern aus Keramik und einem Kugelkäfig aus Teflon. Da Keramik chemisch stabil und korrosionsbeständig ist, lässt sich unerwünschter Abrieb oder die Bildung von „Fremdkörpern“ durch den Einsatz von Keramikkugeln vermeiden. Sie verfügen darüber hinaus über ein höheres Elastizitätsmodul und machen dadurch das Lager steifer, weniger anfällig gegen Vibrationen und somit präziser. Zudem sind Keramikkugeln leichter und elektrisch isolierend. Bei aggressiven Umgebungsbedingungen muss auch das Käfigmaterial entsprechend beschaffen sein. So ist eine PTFE-Ausführung aufgrund der Reaktionsträgheit selbst gegen angreifende Säuren resistent. Das Material verfügt über einen geringen Reibungskoeffizienten. Zudem ist die Haftreibung ebenso groß wie die Gleitreibung, sodass der Übergang vom Stillstand zur Bewegung ohne Rucken stattfindet.
Gerade bei solchen Spezialausführungen profitieren Anwender von der applikationsspezifischen Beratung und Entwicklungskompetenz des Antriebsspezialisten. In den lithografischen Systemen zur Mikrochip-Herstellung müssen die Dünnringlager Höchstleistung erbringen und über mehrere Millionen Zyklen zuverlässig arbeiten. „Sie werden vorab in umfangreichen Tests auf Herz und Nieren geprüft“, so Schroth. Mitunter konnte auf dem Prüfstand mehr als das Doppelte der geforderten Lebensdauer erreicht werden. I

Info & Kontakt
Rodriguez
Ulrich Schroth
Geschäftsbereichsleiter Präzisionslager
Tel.: 07144 8558-12
Detaillierte Informa‧tionen zu den Dünnringlagern
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