Automatisierte Antriebssysteme ermöglichen vibrationsarme akustische Halbleitermesstechnik

In einer Zusammenarbeit zwischen dem Systemintegrator MRK Systeme, dem Antriebstechnikspezialisten HIWIN und dem Halbleiterhersteller Infineon Technologies AG wurde eine automatisierte akustische Prüfzelle für die Validierung mikroakustischer Komponenten in Großserie entwickelt. Das System automatisiert ein zuvor manuelles Laborprüfverfahren für MEMS-Mikrofone, wie sie in der Unterhaltungselektronik, beispielsweise in In-Ear-Kopfhörern, eingesetzt werden.

Mechanische Geräuschentkopplung und strukturelle Steifigkeit
Die akustische Charakterisierung von Wandlern im Submillimeterbereich erfordert eine vollständige Entkopplung von externen mechanischen Geräuschen und Strukturresonanzen. Die automatisierte Zelle nutzt zwei synchronisierte elektrische Linearantriebe zur Betätigung des schallisolierten Messkammergehäuses. Da die massiven Abschirmungselemente mehr als 100 Kilogramm pro bewegter Baugruppe wiegen, muss das Bewegungsprofil große bewegte Massen hochdynamisch führen, ohne dabei Restschwingungen oder strukturelle Oszillationen im Stillstand zu erzeugen.

Die Aktuatoren basieren auf einem geschälten Kugelgewindetrieb, der für eine hohe mechanische Steifigkeit und minimale Reibungsschwankungen ausgelegt ist. Diese Baugruppe verhindert Stick-Slip-Effekte über Arbeitszyklen von mehreren tausend Wiederholungen pro Woche und unterdrückt Strukturschwingungen, die sich andernfalls in die akustische Sensorik übertragen und das Signal-Rausch-Verhältnis verfälschen könnten.

Integrierte Servoarchitektur und industrielle Synchronisation
Die Antriebskonfiguration basiert auf abgestimmten Linearantriebssträngen, bestehend aus Elektrozylindern, Servomotoren der Serie EM1 und Servoverstärkern der Serie ED1. Als aufeinander abgestimmtes mechatronisches System gewährleisten die beiden Achsen eine exakte dynamische Synchronisation bei schnellen Öffnungs- und Schließzyklen.

Die Einbindung in die Steuerungsarchitektur erfolgt nativ über Industrial Ethernet via Profinet in eine Siemens-Steuerungsplattform. Diese einheitliche Hardwaretopologie verhindert herstellerübergreifende Laufzeitverzögerungen sowie Regelkreis-Diskrepanzen und ermöglicht eine deterministische Bewegungskoordination mit einem benachbarten kollaborativen Roboter. Geführt von einem optischen 3D-Bildverarbeitungssystem gleicht der Roboter Positionsabweichungen der Komponenten in Echtzeit aus, um die mikroskopischen Prüflinge stoßfrei in die Messkammer einzubringen.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und Wettbewerbs-Benchmarking, die in der ursprünglichen Produktankündigung nicht enthalten waren.

In industriellen schallisolierten Prüfzellen stellen Pneumatikzylinder und herkömmliche lineare Direktantriebe die typischen Alternativen zu spindelbasierten Elektrozylindern dar. Pneumatikzylinder weisen zwar geringere Anschaffungskosten auf, bieten jedoch keine frei programmierbare Mehrpunktpositionierung; zudem kann die Endlagendämpfung ohne aufwendige Dämpfungsmaßnahmen akustische Spitzenwerte von 70 bis 80 dB(A) verursachen. Eisenbehaftete Linearmotoren bieten hohe Beschleunigungswerte und gleichmäßige Geschwindigkeitsprofile, erzeugen jedoch bei Anwendungen mit dauerhaft hohen Haltekräften gegen schwere Massen erhebliche Verlustwärme, was in empfindlichen Halbleiterprüfumgebungen zu thermischer Drift führen kann. Synchronisierte elektromechanische Aktuatoren mit geschälten Kugelgewindetrieben stellen eine ausgewogene mechanische Alternative dar: Sie bieten wiederholgenaue Positionierung im Mikrometerbereich, mechanische Selbsthemmung und kontrollierte Verzögerungsprofile, die mechanische Hintergrundanregungen unter dem Niveau der Umgebungslaborgeräusche halten.

Herausgegeben von Evgeny Churilov, Induportals Media – Angepasst durch KI.

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