Antriebssystem für höchste Geschwindigkeiten - Bergische ...

2. Eigenschaften eines Hochgeschwindigkeitsantriebes 5
2. Eigenschaften eines Hochgeschwindigkeitsantriebes
Der Begriff Hochgeschwindigkeitsantrieb wird in der Literatur oft ohne
genaue Angaben über die tatsächliche Drehzahl verwendet. In vielen Fällen
findet man den Begriff Hochgeschwindigkeit bereits bei Drehzahlen
bis 20.000 Umin -1 in Verbindung mit Leistungen im zweistelligen Kilowatt
Bereich. Daher wird hier der Leistungs- und Drehzahlbereich der in
dieser Arbeit betrachteten Antriebe explizit erläutert.
Betrachtet werden hier ausschließlich Antriebe, die in der Fertigung von
Leiterplatten für elektronische Schaltungen zum Einsatz kommen. Damit
ist der Begriff des Hochgeschwindigkeitsantriebes an Drehzahlen deutlich
über 100.000 Umin -1 und Leistungen unter einem Kilowatt definiert. Die
eingesetzten Maschinen werden allgemein als Schnelllaufspindeln oder
Hochfrequenzspindeln bezeichnet. Der Begriff „Hochfrequenz“ ist bezogen
auf die Grundschwingung der Ständerspannung, die sich zurzeit im
Bereich von 1kHz bis 5kHz bewegt. Im Vergleich hierzu beträgt die
Grundschwingungsfrequenz einer Standardmaschine 50Hz.
Im Laufe der Entwicklung der Bohrantriebe haben sich sowohl aus technischen
Gründen als auch aus Kostengründen bewährte Antriebsstrukturen
etabliert. Mit der Forderung nach immer höheren Drehzahlen stößt die
eingesetzte Technik jedoch an ihre physikalischen Grenzen.
2.1 Stand der Technik
Im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung der Bauelemente steigt die
Packungsdichte auf den Leiterplatten. Weiterhin steigt die Zahl der Bauteilanschlüsse
pro Bauteilfläche ständig. Ein markantes Beispiel hierfür
sind programmierbare Logikarrays und Mikroprozessoren mit unter dem
Bauelement angeordneten BGA-Kontakten (Ball Grid Array) mit einem
Abstand von 1 mm (sogenannte Fine Pitch BGA) [20].
Als Folge der steigenden Packungsdichte sinkt der Lochdurchmesser für
Durchkontaktierungen und Lagenkontaktierungen. Zurzeit sind Bohrdurchmesser
von 100 µm als Standard anzusehen. Auf Wolfram-Karbid-
Basis sind bereits Bohrer mit einem Durchmesser von 50 µm erhältlich,
Bohrerdurchmesser bis 10 µm sind langfristig geplant [21]. Je nach Basismaterial
der zu bohrenden Leiterplatte werden die Bohrer mit Oberflä-