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Von der Kunst konstanter Kühlung: Effizienz statt Unterbrechungen in der Dünnschichttechnologie

Platzmangel, ineffiziente Kühlprozesse und häufige Produktions-unterbrechungen – mit diesen Problemen wandte sich unser Kunde, Spezialist und Global Player für Dünnschichttechnologie, an uns. Dank unserer Expertise und der Lösungen aus dem Hause WINKELMANN gehören solche Szenarien nun der Vergangenheit an. Heute profitiert unser Kunde von optimal genutztem Bauraum, zuverlässiger Kühlung und reibungslosen Produktionsabläufen. In dieser Erfolgsstory erfahren Sie, wie unsere maßgeschneiderten Wasserverteilungslösungen die Effizienz und Qualität seiner Sputteranlagen revolutionieren konnten.


Dürfen wir vorstellen: Der Experte in der Dünnschichttechnologie

Seit mehr als 70 Jahren ist unser Kunde ein wichtiger Akteur auf dem Markt für die Entwicklung und Herstellung von Dünnschicht-Produktionslösungen und nimmt eine führende Position in der Halbleiter-, Optoelektronik- und Photonikindustrie ein.
Dünnschichttechnologie ist ein Verfahren zur Herstellung extrem dünner Schichten von Materialien, die auf Oberflächen aufgetragen werden, um spezifische Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Lichtdurchlässigkeit oder Schutz vor äußeren Einflüssen zu erzielen. Diese innovativen Technologien sind integraler Bestandteil zahlreicher Anwendungen, die unser modernes Leben prägen. Von der Beleuchtung im Auto bis zur Gesichtserkennung in Handys bieten diese Lösungen eine breite Palette von Anwendungen.

Größe: 400+ Mitarbeitende

Standort/Region: Schweiz, Standorte weltweit

Mit seinem Fokus auf Qualität, Flexibilität und Kundenzufriedenheit setzt unser Kunde Maßstäbe in seiner Branche und trägt dazu bei, die Grenzen der Dünnschichttechnologie kontinuierlich zu erweitern.

Gemeinsam zum Ziel: Optimale Wasserverteilung für höchste Effizienz

Für dieses Projekt wollte der Kunde eine Sputteranlage (von „to sputter“ engl. für zerstäuben, dünne Materialschichten werden hierbei durch Ionenbeschuss erzeugt) errichten und benötigte dafür eine unabhängige Wasserversorgung für die Kühlprozesse der Maschine. Hierfür war eine Lösung erforderlich, die diese Menge an spezifischen Anforderungen erfüllen konnte:

  • zukünftige Erweiterungen und Anpassungen möglich,
  • verschiedene Prozesse und Substratgrößen,
  • eine nachgewiesene Produktionsleistung der Anlage,
  • einen Kühlprozess bzw. eine Wasserverteilung, die mit dem vorgesehenen Anlagendesign ohne Prozesseinbußen einhergeht,
  • eine Schnittstelle zwischen der Hauptwasserversorgung und dem Wasserverteilsystem der Anlage, einschließlich Wassereingang und -ausgang, die dezentral vom Wasserverteilsystem platziert werden sollten.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat WINKELMANN nicht nur eigens entwickelte und etablierte Lösungen, sondern auch die benötigte Fachkompetenz in der Konstruktion der Wasserverteilung, um eine optimale Integration trotz der Komplexität zu gewährleisten.

Von Bauraum bis Integration: Wo klemmt es genau?

Zunächst galt es die Problemstellen genau zu identifizieren. Hierbei stellten sich die folgenden Hürden als Dreh- und Angelpunkte für die Entwicklung der Lösung heraus:

1. Geringer Bauraum

Der verfügbare Platz in der Sputteranlage unseres Kunden war stark begrenzt. Diese Raumbeschränkung stellte eine große Herausforderung dar, da die Maschinen kompakt und dennoch leistungsfähig sein sollen. Der geringe Bauraum erschwerte die Installation und Wartung der Kühlprozesse - für diesen Fall eine besonders kritische Anforderung, denn in der Dünnschichttechnologie sind präzise Steuerung und Effizienz unerlässlich. Wird diese Herausforderung nicht gemeistert, kann die Gesamtleistung der Maschinen beeinträchtigt werden.

2. Flexibilität der Konfiguration

Für unseren Kunden war es essenziell, dass die Maschinen flexibel konfiguriert werden können, um auf wechselnde Produktionsanforderungen und neue Technologien zu reagieren. Anpassungen sollten nicht zeitaufwendig und kostenintensiv sein. Die Lösung musste flexibel und modular sein, um sich leicht vergrößern oder verkleinern zu lassen. Unser Kunde wollte effizient auf Kundenanforderungen und Marktveränderungen reagieren können und damit seine Wettbewerbsfähigkeit sichern.

3. Konstante Kühlung

Die Herstellung großflächiger Beschichtungen erfordert eine gleichmäßige Materialverteilung und eine präzise Prozesssteuerung über große Flächen. Ohne adäquate Kühlung kann es hierbei zu Überhitzung und ungleichmäßigen Beschichtungen kommen, was die Qualität und die Funktionalität der Endprodukte beeinträchtigt. Die Sicherstellung einer konsistenten Beschichtungsqualität über große Flächen hinweg war daher eine essenzielle technische Anforderung, die es zu erfüllen galt.

4. Integration in die Fertigungsautomatisierung

Eine weitere Herausforderung bestand darin, den Kühlprozess nahtlos in die Anlage zu integrieren, um die Produktionsleistung und -qualität zu optimieren. Eine reibungslose Integration sollte Störungen und ineffiziente Abläufe verhindern. Dabei ist die Integration verschiedener Komponenten in die Maschinenkonstruktion generell eine komplexe Herausforderung, denn bei der Herstellung muss bereits die Einbindung in die Automatisierungssysteme der Anwender berücksichtigt werden. Unterschiedliche Systeme und Kommunikationsprotokolle können hier zu Kompatibilitätsproblemen führen, die die Effizienz beeinträchtigen.

Warum konstante Kühlung für eine Sputteranlage unerlässlich ist

Eine herausragende Rolle für die Funktionsfähigkeit der Sputteranlage spielt die Kühlung. Ohne eine effiziente und gleichmäßige Kühlung treten in einer Sputteranlage zahlreiche Probleme auf:

  • Überhitzung: Sputteranlagen erzeugen während des Betriebs erhebliche Wärme. Eine unzureichende Kühlung führt zu Überhitzung, was die Maschinenleistung beeinträchtigt und die Lebensdauer der Anlage verkürzt.
  • Qualitätsmängel: Präzise Beschichtungen erfordern eine stabile Temperaturkontrolle. Schwankungen in der Kühlung können zu ungleichmäßigen Beschichtungen und damit zu Qualitätsmängeln in den Endprodukten führen.
  • Betriebsstörungen: Unregelmäßige Kühlung kann zu häufigen Wartungsarbeiten und unvorhergesehenen Ausfallzeiten führen. Dies beeinträchtigt die Effizienz der Produktion und erhöht die Betriebskosten.
  • Prozessstabilität: Eine konstante Kühlung ist notwendig, um die Prozessparameter stabil zu halten. Instabile Kühlprozesse können die Produktionsabläufe stören und zu unzuverlässigen Ergebnissen führen.
  • Anpassungsfähigkeit: Moderne Produktionsanforderungen verlangen flexible und anpassungsfähige Systeme. Eine gut konzipierte Kühlanlage muss sich an verschiedene Prozessanforderungen und Substratgrößen anpassen können, ohne die Effizienz zu beeinträchtigen.

Um diese Herausforderungen zu meistern, hat WINKELMANN spezialisierte Wasserverteilungslösungen entwickelt. Diese Systeme gewährleisten eine gleichmäßige Kühlung, integrieren sich nahtlos in bestehende Anlagenstrukturen und sind flexibel genug, um zukünftige Erweiterungen und unterschiedliche Produktionsanforderungen zu unterstützen. Damit tragen sie entscheidend zur Optimierung der Produktionsleistung und -qualität bei.

Aber wie passt die Kühlung in die Anlage?

Leichter gesagt als getan. Für eine effiziente Kühlung und eine gleichmäßige Beschichtungsqualität muss die Wasserverteilung so gestaltet sein, dass sie problemlos in die bestehende Maschinenstruktur passt, ohne den begrenzten Platz zu überlasten oder andere Systeme zu stören. Außerdem muss sie flexibel genug sein, um sich an verschiedene Produktionsanforderungen und Substratgrößen anzupassen. Daraus ergeben sich weitere Herausforderungen wie die genaue Kontrolle von Temperatur und Druck im Wassersystem sowie die Vermeidung von Verunreinigungen, die die gesamte Produktion gefährden können. Eine effektive Wasserverteilung muss gut mit den anderen Systemen der Anlage zusammenarbeiten. Denn Kompatibilitätsprobleme können schnell zu ineffizienten Abläufen und hohen Wartungskosten führen.

Somit musste die Wasserverteilung der Sputteranlage folgende, relevante Kriterien erfüllen.

Für die Zuleitung:

  • Verhinderung eines Rückflusses
  • Einstellbare Druckreduzierung auf 4 bar
  • Druckanzeige
  • Handbetätigung, um die Zuleitung zu schließen
  • Filter (25µm-Filter)

Für die Rückleitung:

  • Automatisches Öffnen der Rückleitung, wenn im Kühlsystem der Produktionsanlage genügend Druck vorhanden ist
  • Öffnungsdruck muss einstellbar sein
  • Handbetätigung, um die Rückleitung zu schließen

Unser Kunde suchte daher nach einer Lösung, die sowohl technisch ausgereift als auch leicht in bestehende Strukturen integrierbar ist. Diese Herausforderung nahmen wir gern an. Mit unserer Expertise in der Wasserverteilung entwickelten wir eine maßgeschneiderte Lösung, die sich problemlos in die Anlage einfügen ließ und so die Effizienz und Qualität der Beschichtungsprozesse nachhaltig verbesserte.

Perfekte Kühlung in der Beschichtungstechnik dank DiWa OptiPrime 

Bei der Integration einer optimalen Wasserverteilung in die Sputteranlage des Kunden stellte sich schnell heraus, dass eine dezentrale Lösung der Schlüssel zum Erfolg sein würde. Mit dem DiWa OptiPrime in Verbindung mit der DiWa von WINKELMANN haben wir eine Lösung gefunden, die all diesen speziellen Anforderungen entsprach.

Dieses System ermöglicht eine flexible und modulare Wasserzufuhr für die Sputteranlage, die sich nahtlos in bestehende Anlagen integrieren lässt. So wird sichergestellt, dass das Wasser genau dort bereitgestellt wird, wo es benötigt wird, was die Effizienz der Wasserzirkulation verbessert und den begrenzten Bauraum optimal nutzt.

Verbaute Module:

  • Eingangsmodul
  • Filtermodul
  • Druckmindermodul
  • Ausgangsmodul
  • Leerlaufschutz (kundenspezifisch konstruiert)

Durch die präzise Kontrolle von Temperatur, Druck und Wasserqualität gewährleistet DiWa OptiPrime eine gleichmäßige Kühlung und reduziert die Gefahr von Verunreinigungen. So werden Ausfallzeiten und Wartungskosten minimiert, was wiederum die Gesamtproduktivität und die Lebensdauer der Anlage erheblich steigert. So konnten wir die komplexen Anforderungen unseres Kunden an eine hochmoderne Wasserverteilungslösung erfüllen und die Qualität seiner Anlage nachhaltig optimieren.

Neugierig was DiWa OptiPrime für Sie leisten kann? Mehr zur Lösung erfahren.

Gemeinsam erfolgreich: Innovation durch enge Zusammenarbeit

Die langjährige Zusammenarbeit mit unserem Kunden hat sich zu einer Partnerschaft entwickelt, die auf Vertrauen, Engagement und gemeinsamen Erfolgen beruht. Durch kontinuierlichen Austausch und enge Zusammenarbeit konnten wir nicht nur die aktuellen Bedürfnisse im Rahmen der Sputteranlage erfüllen, sondern auch eine zukunftsweisende Lösung integrieren, die sich modular erweitern oder verkleinern lässt.

Der persönliche Austausch auf Augenhöhe ist uns besonders wichtig, da wir nur so die Anforderungen vollständig verstehen und innovative Ansätze entwickeln können, die die Anlagenkonstruktion nachhaltig verbessern. Gemeinsam lösen wir nicht nur aktuelle Herausforderungen, sondern entdecken und nutzen auch neue Chancen, die weit über das ursprüngliche Anliegen hinausgehen. Mit Engagement und Innovationsanspruch setzen wir uns für unsere Kunden ein und sind zuversichtlich, dass wir gemeinsam weiterhin herausragende Ergebnisse erzielen und die Grenzen des Möglichen in der Wasserverteilungstechnologie überschreiten können.

Konstante, zuverlässige Kühlprozesse sind derzeit auch Ihre größte Herausforderung?

Wir beraten Sie gern persönlich und unverbindlich.

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