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Six-Sigma in der Siliziumkarbid-Substratherstellung mit LOTOS 3D-Messystemen.

Das Erreichen der strengen Null-Fehler-Strategie in der Automobilindustrie wird zu einer großen Herausforderung für die Hersteller von Siliziumkarbid-Substraten. Sowohl die Umstellung von 150- auf 200-mm-Wafer, als auch die generelle Verlagerung ihres Schwerpunktes weg von reinem Silizium, zwingen die Hersteller um ausreichende Erträge und Zuverlässigkeit zu ringen.

SiC ist eine Kombination aus Silizium und härteren Karbidmaterialien und hat sich aufgrund seiner großen Bandlücke zu einer Schlüsseltechnologie für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge entwickelt. Siliziumkarbid funktioniert bei höherer Leistung, höheren Temperaturen und höheren Schaltfrequenzen als Silizium. Diese Eigenschaften können genutzt werden, um die Reichweite von Elektrofahrzeugbatterien zu erhöhen und die Ladezeit zu verkürzen.

"Die Leute wollen ihr Auto in weniger als 10 bis 15 Minuten aufladen, und das wird sich weiter entwickeln", sagte Sam Geha, CEO von Infineon Technologies' Memory Solutions. "Das erfordert Siliziumkarbid und andere Technologien sowie eine stärkere Automatisierung.“

LOTOS 3D-Messysteme helfen bei Umsetzung der Null-Fehler-Strategie hin zu Produktionsprozessen mit hoher Ausbeute ohne jeglichen Ausschuss. Bereits kurz nach der Kristallzucht können die Siliziumkarbid-Blöcke auf geometrische Größen geprüft werden, sodass in den nachfolgenden Produktionsprozessen kein Ausschuss mehr entstehen kann.

LOTOS kontrolliert alle gängigen Parameter wie Außendurchmesser und Durchmesser am Primär- und Sekundär-Flat, die Flat-Längen, die Notch-Kontur, sowie deren genaue Winkelpositionen.

Elektromobilität ist weltweit eine Kernkomponente für klimafreundliche Mobilität und Innovation. Elektrofahrzeuge erzeugen vor allem in Verbindung mit regenerativ erzeugtem Strom deutlich weniger CO2.
Die Forschung, Entwicklung und Produktion von Batterien und Batteriezellen gewinnt dabei eine immer größere Bedeutung. Neben der Leistungsfähigkeit spielt die Nachhaltigkeit der Batterien eine wichtige Rolle. Doch noch entscheidender ist ein effizientes Gesamtkonzept aus E-Motor, Batterie und dem Batteriemanagement.
LOTOS 3D-Messsysteme können die Fertigung verschiedenster Bauteile aus diesem Gesamtkonzept effektiv und nachhaltig durch eine 100% Kontrolle unterstützen.
Hierfür wird die Geometrie der Bauteile im Sekundentakt auf vorgegebene Toleranzen geprüft und bewertet. Die Beladung kann dabei manuell oder vollautomatisch mittels Automatisierungskomponenten umgesetzt werden.

 

Im Fahrzeugbau spielen die Maßhaltigkeiten zwischen den Teilen des Antriebs bzw. des gesamten Antriebsstranges für das Schwingungsverhalten am Fahrzeug eine wichtige Rolle. Besonders bei großen Drehzahlen und Drehmomenten machen sich Abweichungen vom Soll durch Geräusche und Vibrationen oder im schlimmsten Fall durch Fehlfunktionen bemerkbar und führen zu Qualitätseinbußen bis hin zum Totalausfall.

Es ist daher erforderlich, immer mehr Geometrien auf ihre exakte Maßhaltigkeit zu prüfen. Hinzu kommt, dass etablierte taktile Messverfahren sowie Prüfungen über Abstecklehren den geforderten Taktzeiten der Produktion bei steigender Anzahl an zu prüfenden Maßen nicht mehr gerecht werden.

Der dadurch angestrebte Grad an Automatisierung in modernen Fertigungsanlagen erfordert schnelle und vollautomatische Bauteilprüfungen, welche direkt in den Produktionsablauf integriert sind.

Mit LOTOS 3D-Messsystemen können Bauteile des Antriebsstrangs schnell und zuverlässig auf Maßhaltigkeit geprüft werden. Darüber hinaus können die Teile direkt in verschiedene Toleranzbänder klassifiziert und sortiert werden.

Die Prüfteile werden dazu entweder manuell per Hand oder vollautomatisch via Roboter auf dem Messsystem platziert. Die automatische Qualitätsprüfung wird dann sowohl für Außen- als auch Innenmaße anhand vordefinierter Messprogramme durchgeführt.

Dies kann beispielsweise die geometrische Prüfung einer Antriebswelle sein: (LOTOS Video)

Inspektion von Rohr-Geometrien mit LOTOS 3D-Messsystemen

Eine exakte Prüfung verschiedenster Bearbeitungsschritte in der Rohrfertigung gewinnt an enormer Bedeutung. Einerseits ist es hierbei wichtig Prozesse zu automatisieren, zum anderen ist für eine kosteneffiziente Fertigung unabdingbar, Ausschuss möglichst frühzeitig zu erkennen.

Werden Fehler erst während der Endkontrolle oder gar nach Auslieferung beim Kunden erkannt, führen diese zu extrem hohen Kosten.
Die Anforderungen an Genauigkeit und eine schnelle, prozesssichere Prüfung, bis hin zur 100% Kontrolle der Bauteile direkt in der Fertigung, steigen stetig.
Die 3D-Messysteme LOTOS dienen dabei sowohl zur Qualitätsprüfung der Rohr-Stücke als auch zur Prozesssteuerung und definierten Ausrichtung für die nächsten Bearbeitungsschritte.

Dabei prüfen LOTOS-Systeme beispielsweise:

  1. Geometrien von Querschnittskonturen bis hin zu Freiformflächen
  2. Positionen und Geometrien von Bohrungen/Laser-Ausschnitten
  3. Länge, Geradheit, Rechtwinkligkeit und Ebenheit der Rohr-Stücke
  4. Bearbeitungszustand der Rohrenden, wie Fasen oder Verrundungen der Rohrkanten
  5. Die korrekte Ausrichtung auf eine definierte Position anhand geometrischer Merkmale

Die Qualitätssicherung durch geometrische Messungen spielt immer mehr nicht nur bei der Endkontrolle eine Rolle. Die Überprüfung von Maßhaltigkeiten rückt zunehmend an den Anfang des Fertigungsprozesses, um Ausschuss frühzeitig zu erkennen und zu minimieren.

Die 3D-Messysteme LOTOS eignen sich unter anderem zur exakten Vermessung von Ingots, die am Beginn der Produktion von Halbleiter-Wafern stehen. Um den optimalen Ertrag an Wafern aus den Ingots zu erhalten ist eine hochgenaue Geometriebestimmung zu Beginn des Fertigungsprozesses wichtiger denn je.

Die hochpräzise Vermessung des Ingots ist von entscheidender Bedeutung für die Qualität und die Produktivität des Wafer-Schneideprozesses. Nur eine exakte Geometrie erlaubt es perfekte Schnitte zu setzen.

Eine Lösung mittels mechanischer Messungen ist möglich, jedoch sehr anfällig. Das Material ist sehr spröde, somit können mechanische Einwirkungen sehr leicht fürs menschliche Auge unsichtbare Mikro-Risse verursachen. Diese führen in späteren Prozessschritten zum Wafer-Bruch und somit zu kostenintensivem Ausschuss.

Die Vorteile der Geometrieprüfung von Ingots mit LOTOS 3D-Messsystemen sind:

  1. Weniger Verschnitt und Ausschuss des teuren Materials
  2. Optimale Ausnutzung der Querschnittsfläche des Ingots erhöht die Produktivität
  3. Kontaktloses Messverfahren ermöglicht eine Lösung ohne mechanische Belastung des Materials, Mikrorisse aufgrund mechanischer Belastung sind damit ausgeschlossen

Das folgende Video zeigt die Vermessung eines Ingots mit LOTOS

cloud.kocos.com/index.php/s/dmXzPjWoBBRZJH6

Sowie das Scan-Ergebnis als 3D-Darstellung

cloud.kocos.com/index.php/s/d3PiSii2FywWwLT

Das LOTOS LT ist ein flexibel einsetzbares Standard-Messsystem und überaus kosteneffizient.
Es eignet sich für die vielfältigsten Einsatzmöglichkeiten in der Automobilindustrie, im Bereich der Medizintechnik, der Kunststoff- und Verpackungsindustrie, sowie auch zur vollautomatisierten Prüfung von Bau- und Dämmstoffen.

Es verfügt über einen höhenverstellbaren Bedien-Touchscreen, sowie einer integrierten Auswerteeinheit. Dank des kleinen Footprints ist dieses Standard-Modul extrem platzsparend. Die integrierte Auswerteeinheit sorgt für schnelle und vollautomatische Messauswertungen. Im Inneren verfügt das LOTOS LT über verschiedene Anschlussmöglichkeiten um es mit Peripherie, wie beispielsweise Code-Lesern, zu erweitern. Das Stand-alone-Gerät eignet sich sowohl zur Verwendung in Fertigungsumgebung als auch einem Labor oder Messraum.

Prüfteile können sowohl mit extrem hoher Geschwindigkeit auf 2D-Maßhaltigkeit, sowie vollständig in 3D vermessen werden.

Video vom Messvorgang:
https://cloud.kocos.com/index.php/s/XWz6Bg3WG2iyA6S

Grafische Messergebnisse:

Beispiel für die Vermessung von Dämmstoffteilen: