(openPR) Das IHP – Leibnitz-Institut für innovative Mikroelektronik in Frankfurt (Oder)
betreibt Forschung und Entwicklung zu siliziumbasierten Systemen, Höchstfrequenz-Schaltungen und Technologien für drahtlose und Breitband-Kommunikation. Die Forschungsschwerpunkte des Instituts sind auf volkswirtschaftlich relevante Themen ausgerichtet, die ihre Anwendungen in der Telekommunikation, Halbleiter- und Autoindustrie, Luft- und Raumfahrt, Telemedizin sowie Automatisierungstechnik finden. Das Institut hat sich zu einem international anerkannten Kompetenzzentrum für Silizium-Germanium-Technologien entwickelt. Bei der Versorgung des Reinraumgebäudes mit Vakuum hat man sich beim IHP für eine hochmoderne Vakuumzentralanlage der Firma Dr.-Ing. K. Busch GmbH entschieden. Die vollautomatische Vakuumanlage versorgt bis zu 80 Vakuumverbraucher die in verschiedenen Abteilungen zum Halten oder zum Handling von Wafern benötigt werden.
Das IHP übt eine wichtige Brückenfunktion zwischen den Hochschulen und der Industrie aus. Besonders erfolgreich in dieser Zusammenarbeit sind die "Joint Labs" mit Universitäten und Fachhochschulen aus der Region Berlin-Brandenburg. Als öffentliches Forschungsinstitut wird es vom Land Brandenburg und der Bundesregierung gefördert. Das IHP beschäftigt 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus über 20 Ländern. Etwa die Hälfte davon sind Wissenschaftler, meist Ingenieure und Physiker, welche interdisziplinär und anwendungsorientiert forschen. Das Herzstück der innovativen Forschungseinrichtung ist das Reinraumgebäude mit 1.000 Quadratmeter Reinraumfläche der Klasse 1, in dem Wafer unter industrienahen Bedingungen präpariert werden. Dabei entstehen Nullserien von Wafern für den Nachweis einer möglichen späteren industriellen Fertigung. In sämtlichen Reinräumen zur Wafer-Präparation gibt es insgesamt um die 80 Vakuumverbraucher. Dies können einfache Saugpinzetten sein, mit denen Mitarbeiter beispielsweise Wafer manuell zur Sichtkontrolle halten. Auch automatische Handhabungsgeräte, die Wafer transportieren oder an einem definierten Ort zur weiteren Bearbeitung ablegen sind an dieses Hausvakuumnetz angeschlossen. Des Weiteren arbeiten verschiedene Haltevorrichtungen an Mikroskopen, in Ätz- und Beschichtungsanlagen oder in Lithografie-Anlagen mit Vakuum.
Seit Bezug des neuen Gebäudes im Technologiepark Ostbrandenburg in Frankfurt (Oder) im Jahr 1999 war eine Vakuumversorgung in Betrieb, die aus drei identischen Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen bestand. Mit dieser Lösung war man beim IHP allerdings nicht wirklich zufrieden. Zum einen benötigten diese Vakuumpumpen Wasser als Betriebsmittel. Dazu wurde entkalktes demineralisiertes Wasser (VE-Wasser] verwendet, was einen gewissen Aufwand und damit verbundene Kosten mit sich brachte. Zum anderen waren diese Vakuumpumpen nicht regelbar und konnten deshalb nicht an den tatsächlichen Vakuumbedarf angepasst werden, was unnötig Energie verbrauchte. Da alle Prozessschritte in den Reinräumen von der zentralen Vakuumversorgung abhängig sind, sorgte man sich auch um das Thema Betriebssicherheit, zumal auch die Versorgungssicherheit mit Ersatzteilen zunehmend kritischer wurde.
Im Jahr 2016 sah man sich deshalb nach einer zukunftsweisenden Vakuumtechnologie um, die technologisch auf dem neuesten Stand ist, möglichst wirtschaftlich betrieben werden kann und die ein Höchstmaß an Betriebssicherheit garantiert.
Die Wahl fiel auf eine Vakuumanlage mit drei Schrauben-Vakuumpumpen vom Typ COBRA NX der Firma Dr.-Ing. K. Busch GmbH. Im Dezember 2016 wurde diese Anlage während des laufenden Betriebes sukzessive – Pumpe für Pumpe – installiert und die bestehenden Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen demontiert.
Schrauben-Vakuumpumpen COBRA NX verdichten trocken. Das heißt, sie benötigen keinerlei Betriebsmittel zur Vakuumerzeugung. Dies ermöglicht die völlig berührungsfreie Funktionsweise dieser Vakuumtechnologie: Zwei Schrauben drehen sich gegenläufig in einem Gehäuse, ohne dass sie sich gegenseitig oder die Gehäusewand berühren. Dabei sind die Spalte so eng, dass keine Betriebsmittel zur Abdichtung notwendig sind. Diese Technologie hat zudem den Vorteil, dass keinerlei Verschleiß auftritt und somit keine Verschleißteile ausgetauscht werden müssen.
Alle drei installierten Schrauben-Vakuumpumpen COBRA NX sind drehzahlgeregelt und bedarfsabhängig gesteuert. Das heißt, dass nur so viele Vakuumpumpen in Betrieb sind, wie zum Aufrechterhalten des Vakuumniveaus von 50 bis 60 Millibar notwendig sind. Die Vakuumanlage ist so dimensioniert, dass für den Betrieb bei Volllast zwei COBRA NX Vakuumpumpen mit hundertprozentiger Leistung ausreichen. Die dritte Vakuumpumpe dient als Stand-by zur Erhöhung der Betriebssicherheit. Dabei sorgt die Steuerung dafür, dass alle drei Vakuumpumpen auf die gleiche Anzahl von Betriebsstunden kommen, damit sie gleichmäßig belastet werden. Die Steuerung ist in sich autark und garantiert die permanente Einhaltung des geforderten Vakuumniveaus. Die selbstregelnde Steuerung ist wiederum an die Gebäudeleittechnik angeschlossen, mit der verschiedene Parameter abgerufen werden können und die eventuell auftretende Störungen meldet.
Die Vakuumanlage ist rund um die Uhr das ganze Jahr über in Betrieb. Sie ist Teil des Anlagenparks für das Reinraumgebäude und im Erdgeschoss zusammen mit anderen Versorgungstools wie der Druckluftversorgung, der Prozesskühlwasseraufbereitung, den Abluftwäschern oder der Stromversorgungsaggregate untergebracht. Alle diese Versorgungseinheiten stehen in einem Reinraum. Im ersten Obergeschoss sind Zusatzanlagen wie Kühler, Chiller und Trafos untergebracht, während im zweiten Obergeschoss der eigentliche Kernbereich des Reinraumgebäudes liegt, in denen alle Prozessschritte zur Präparation der Wafer untergebracht sind.
Schon nach den ersten Monaten zeigte sich, dass sich die Betriebskosten um 40 Prozent reduzierten. Dies wurde dadurch realisiert, dass COBRA NX Schrauben-Vakuumpumpen aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades weniger Antriebsleistung benötigen und somit mit kleineren Motorbaugrößen gegenüber Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen auskommen. Durch die Drehzahlregelung ist eine exakte Abstimmung auf den tatsächlichen Bedarf möglich, während eine Drehzahlregelung bei Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen technisch nicht möglich ist. Außerdem entfallen die Kosten für das Wasser als Betriebsmittel und alle damit zusammenhängenden Energiekosten für dessen Aufbereitung und Zirkulation. Somit ist es gelungen, durch den Einsatz modernster Vakuumtechnologie von Busch die Vakuumversorgung wesentlich wirtschaftlicher zu gestalten und gleichzeitig die Betriebssicherheit zu erhöhen.
