»Robert Hillinger, Business Development Manager, Kistler Gruppe, Wintherthur
Inhaltsverzeichnis 1. Vorteile von piezoelektrischen Sensoren bei der Kraftmessung 2. Piezoelektrische Sensoren als Teil der Messkette 3. Kistler mit breitem Spektrum an Piezoelektrischen Sensoren 4. Genaue Messergebnisse dank piezoelektrischer Sensoren 5. Kraftmessung mit piezoelektrischen Sensoren
Die aufgebrachte Prozesskraft ist ein kritischer Faktor bei der Herstellung von Halbleitern, sowohl bei Front-end Prozessen wie dem Schleifen, Polieren, chemisch-mechanischen Polieren (chemical mechanical polishing CMP) oder dem Delaminieren von Wafern, als auch bei Back-end Prozessen wie dem Stanzen von Leadframes, dem Chip-, Draht- und Waferbonden, Abdichten, und Sortieren. Abweichungen in der aufgebrachten Kraft während dieser Prozesse bedeuten mechanischen Stress und können zu Qualitätsproblemen führen. Die Kraftmessung ist daher ein wichtiger Parameter, um eine engere Prozesssteuerung zu gewährleisten und mechanische Belastungen zu vermeiden, die zum Beispiel durch Werkzeugverschleiß, verändertes Materialverhalten und Maschinenstörungen bei der Halbleiterherstellung auftreten. Anwender können damit Kraftsignale mit bestimmten Produktqualitätsparametern korrelieren.
Vorteile von piezoelektrischen Sensoren bei der Kraftmessung
Die Kraftmessung mit piezoelektrischen Sensoren hat sich in den vergangenen Jahren als hocheffiziente Methode zur Überwachung, Steuerung und Optimierung der Halbleiterproduktion erwiesen. Das Funktionsprinzip basiert auf dem piezoelektrischen Effekt. Dieser postuliert, dass piezoelektrische (PE) Materialien wie Quarzkristalle als Reaktion auf eine mechanische Belastung ein elektrisches Ladungssignal erzeugen. Das Entscheidende dabei ist, dass die Ladung linear proportional zu der aufgebrachten Kraft ist. Die hohe Linearität ermöglicht hochgenaue Messungen in weiten Messbereichen: Die hochauflösenden Sensoren sind für Messbereiche von 0,1 N bis 100 kN ausgelegt. Ein weiterer Vorteil ist, dass der PE-Effekt in Kraftrichtung, in Relation zur Kraft und diagonal als Schereffekt auftritt. Daher können PE-Sensoren auf verschiedene Weise in eine Maschine integriert werden. Wegen ihrer Steifigkeit reagieren sie präzise auf schnelle Kraftänderungen. Insgesamt eignen sich PE-Sensoren aufgrund ihrer Eigenschaften sehr gut für viele anspruchsvolle Messanwendungen.
Piezoelektrische Sensoren als Teil der Messkette
Piezoelektrische Sensoren werden nicht als einzelne Messeinheiten eingesetzt. Vielmehr sind sie Teil einer industriellen Messkette, in die sie sich nahtlos einfügen lassen. In einer solchen Kette misst der PE-Sensor die Kraft, ein Ladungsverstärker wandelt sie um und stellt der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder dem Industrie-PC ein elektrisches Signal zur Verfügung, das der gemessenen Kraft entspricht. Hard- und Software zur Prozessüberwachung wie etwa von Kistler verarbeitet die gemessenen Signale weiter. Jeder Produktionsschritt wird durch eine Kurve (entweder Kraft/Zeit oder Weg) visualisiert und kann so einfach auf seine Qualität hin überprüft werden. Zusätzlich kann der Anwender die Kurvenauswertung mit Hilfe von Auswerteobjekten (Evaluation Objects, EOs) an die individuelle Überwachungsaufgabe anpassen. Damit kann jeder Produktionsschritt überprüft und Schlecht- oder Gutteile ermittelt werden.
