芯片制造的極致精度丨e-skin flat助力JAT公司的FAST 4PNP超精密系統實現零顆粒污染的能源供給
半導體行業對設備的精度、響應速度和可靠性要求幾乎到了“吹毛求疵”的地步。Jenaer Antriebstechnik GmbH公司依靠FAST 4PNP超精密系統,開發了一款拾取與貼裝設備,其元件定位精度能做到±0.1微米。憑借e-skin flat的創新應用,這家企業成功拿下了igus創新vector大賽銀獎。
根據ISO 14644標準定義的無塵等級,對所有無塵室內使用的設備都提出了嚴苛要求。這絕非沒有道理:在半導體行業等領域的無塵室中,即使是最微小的污染物也可能造成重大損失:往往僅需一顆微粒,就足以對昂貴的微芯片批次造成無法挽回的損害。盡管面臨巨大挑戰,無塵室在工業領域的重要性卻與日俱增:半導體行業是萬物互聯時代的核心支柱產業,各國政府都在大力推動本土芯片產能。“半導體行業是實打實的黃金增長賽道。”JAT公司機電業務部負責人Volker Hille說道,他牽頭做的FAST 4PNP超精密系統就是專為無塵室場景開發的。這款拾取與貼裝設備能把微芯片等元器件高精度地定位在PCB板上,同時系統可實現高達100m/s2的加速度 – 而這一切都需要能適用于無塵等級滿足ISO 3到5級的無塵室。面對如此嚴苛的要求,JAT公司顯然必須選用經過無塵室專項認證的產品,最終能源供給系統選擇了通過ISO認證的e-skin flat系統搭配chainflex電纜,也因此榮獲了igus頒發的vector大賽銀獎。該獎項每兩年頒發一次,旨在表彰涉及拖鏈系統領域的最具創新性的項目。
電纜布線面臨的挑戰
Volker Hille及其團隊在開發FAST 4PNP時,解決了機械設計中一個經典難題。“電纜布線一直是我們最頭疼的點。”他說道。痛點很直白:電纜運動會產生摩擦而掉粉- 在無塵室中,這是絕對不允許的。根據DIN EN ISO 14644-1標準,ISO 1級無塵室的顆粒物限值極為嚴格。0.1微米以下的顆粒其最大允許濃度為每立方米10個。此外,該系統運行速度極快:“它是實打實的高動態機型。”Volker Hille說道。盡管如此,開發初期團隊還是遵循了久經考驗的設計理念:嘗試采用igus生產的常規拖鏈, JAT公司多年來已在各種應用中成功使用了該產品。“但常規拖鏈運行時,鏈節之間相互接觸會產生摩擦顆粒。”Volker Hille說。
因此,該團隊轉而采用了一款當時在市場上還非常新穎的產品: igus的e-skin flat系統。總部位于克隆的igus公司意識到無塵室應用在全球范圍內正變得越來越重要。這款用igus高性能工程塑料制成的系統,看不出磨損痕跡,耐磨性極佳。igus與弗勞恩霍夫IPA研究所合作,已根據ISO 1級標準對e-skin flat系統進行了無塵等級認證。根據需求,該系統可按需擴展,也可采用多層設計。其噪音比普通扁平線纜低9dB(A)。e-skin flat系統設計為自身可架空應用,也可選配帶支撐鏈的e-skin flat系統。
以往的市場解決方案未能令人信服
在采用e-skin flat系統之前,JAT公司最初使用過市面上常見的電纜軟管。“但它們缺乏穩定性。”Volker Hille指出。e-skin flat系統恰恰具備這種穩定性,還有個原因贏得了JAT公司的青睞:里面的線纜能快速靈活地更換。這對這家圖林根州的專精企業至關重要,因為只有在設計過程結束時,才能確定具體客戶應用所需的電纜類型。線纜部分JAT公司直接選了igus的chainflex CFCLEAN系列,該系列就是專為無塵室小彎曲半徑場景量身定做的。“我們設備里幾乎都使用了igus的產品。”Volker Hille笑著說,FAST 4PNP的工作臺底下,甚至還藏了兩條適配無塵室的E6.1系列拖鏈。
隱形冠軍,產能再升級
精度、速度、耐磨性:這三個核心優勢直接讓JAT公司敲定了e-skin flat系統。不過,對于這項在超精密系統中的創新應用,雙方都表現出了極大的熱情。“無塵室中要求嚴苛的高精度系統配上e-skin flat,這套方案完全說服了我們。”igu拖鏈產品經理、無塵室領域專家Kira Weller說道。擁有150名員工的JAT公司實打實證明了德國在半導體行業藏著巨大潛力。“作為圖林根州的隱形冠軍,Jenaer Antriebstechnik公司在這件事上出了大力。”她解釋道。這家企業生產定制化的伺服元件和全套驅動系統,從研發到批量生產的所有環節,全在自家廠區里閉環。這次合作也讓igus自己收獲滿滿。“我們十分珍視從JAT公司項目中積累的寶貴落地經驗。”Kira Weller說道。最直觀的就是e-skin flat系統的接頭和分隔片都做了優化,安裝更加便捷。JAT公司的大客戶經理Thomas Haugk回頭看這次合作也特別開心:“e-skin flat系統幾乎完美適配該應用場景,這也推動我們將其推廣至其他產品線中。”
未來可期
在JAT公司眼里,獲得vector大獎銀獎是一種動力,激勵公司繼續為各個領域開發創新產品,半導體行業肯定是重中之重。JAT公司堅信,未來將繼續依托igus豐富的全系列產品矩陣開展研發工作。“我們十分認可這種平等協作的合作模式。”Max Fr?hlich說道。他正與同事們共同構思新的項目,e-skin flat系統將在其中繼續發揮核心支撐作用。

憑借e-skin flat系統的創新應用,Jenaer Antriebstechnik GmbH公司斬獲igus 創新vector大賽銀獎。(資料來源:igus SE & Co. KG)

這款高精度系統核心應用于半導體行業的無塵室工況。(資料來源:igus SE & Co. KG)

e-skin flat系統可實現全程無顆粒物污染的能源供給。(資料來源:igus SE & Co. KG)

共同出席vector銀獎頒獎儀式:JAT公司大客戶經理Thomas Haugk與電氣設計師Max Fr?hlich。

部門負責人Volker Hille對選用e-skin flat系統的技術決策高度認可。(資料來源:igus SE & Co. KG)

e-skin flat系統支持內部填充線纜的快速靈活更換。(資料來源:igus SE & Co. KG)
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