Fertigungsprozess Teilscheiben
Wie eine Glas-Teilscheibe entsteht: vom Rohglas zum fertigen Teil
Eine Glas-Teilscheibe durchläuft mehr als ein Dutzend Prozessschritte: Reinigen, Verchromen, Belacken, Belichten, Entwickeln, Ätzen, Entlacken, Schneiden, Kantenschleifen, Prüfen, Verpacken. Dieser Artikel geht den gesamten Ablauf durch und erklärt, welches Problem jeder Schritt löst und welche Risiken bei mangelhafter Ausführung in der Scheibe zurückbleiben.
Eine Glas-Teilscheibe sieht aus wie eine dünne Glasscheibe mit einem aufgedruckten Ring schwarzer Linien. Dieser Ring kann jedoch mehrere tausend Striche umfassen, jeder nur einige Dutzend oder sogar wenige Mikrometer breit, mit sauberen Kanten, vollständig lichtdicht und konzentrisch zur Mittelbohrung. So etwas wird nicht einfach „gedruckt“, sondern in mehr als einem Dutzend Prozessschritten Schritt für Schritt hergestellt.
Drei Phasen: Schicht, Muster, Kontur
Zerlegt man den Ablauf, bleiben eigentlich nur drei Aufgaben (Abb. 1):
- Schicht erzeugen: Glas reinigen und eine Chromschicht aufbringen.
- Muster erzeugen: Die Striche mit Fotolithografie auf die Chromschicht „kopieren“ und überschüssiges Chrom ablösen.
- Kontur erzeugen und ausliefern: Außendurchmesser und Bohrung schneiden, Kanten schleifen, prüfen, reinigen, verpacken.
Im Folgenden gehen wir die Schritte in dieser Reihenfolge durch.
Phase 1: Sauberes Glas plus eine Chromschicht
Reinigen ist der erste und zugleich am häufigsten unterschätzte Schritt. Bleibt auch nur ein dünner Ölfilm oder ein winziges Partikel auf dem Glas, haftet die Chromschicht dort schlecht oder es entsteht ein Pinhole.
Verchromen erfolgt im Vakuum, meist durch Sputtern oder Aufdampfen. Die Chromschicht ist typisch etwa 0,1 μm dick, mehrere hundert Mal dünner als ein Haar, blockt das Licht aber bereits vollständig. Die „schwarzen“ Bereiche der Scheibe sind diese Chromschicht.
Phase 2: Das Muster per Fotolithografie kopieren
Das Prinzip ähnelt dem Abklebeband beim Streichen: Eine Fotolackschicht deckt die Bereiche ab, die erhalten bleiben sollen, das freiliegende Chrom wird abgelöst.
- Belacken: Fotolack in die Mitte des Substrats geben und durch schnelle Rotation zu einem dünnen, gleichmäßigen Film schleudern.
- Vortrocknen (Prebake): Durch Erwärmen das Lösungsmittel austreiben und den Lackfilm stabilisieren.
- Belichten: UV-Licht fällt durch die Maske auf den Lack. Die Maske ist das „Negativ“ des Scheibenmusters.
- Entwickeln: Beim üblichen Positivlack lösen sich die belichteten Bereiche im Entwickler, das darunterliegende Chrom wird freigelegt.
- Ätzen: Die Ätzlösung löst das freiliegende Chrom; das vom Lack bedeckte Chrom bleibt als Strich stehen.
- Entlacken: Den restlichen Lack entfernen, die Chromstriche liegen vollständig frei.
Die endgültige Strichbreite bestimmen Belichtungsdosis, Entwicklung und Ätzung gemeinsam; weicht einer der Schritte ab, weicht auch die Strichbreite ab. Dieselbe Maske wird immer wieder verwendet, alle Scheiben Charge für Charge stammen vom selben „Negativ“ – deshalb sind lithografisch hergestellte Teilscheiben so gleichmäßig.
Phase 3: Kontur schneiden, prüfen, ausliefern
Laserschneiden schneidet Außendurchmesser und Bohrung mit der Mustermitte als Bezug. Ist der Schnitt versetzt, sind Strichring und Bohrung nicht konzentrisch, und nach dem Aufsetzen auf die Welle entsteht ein Exzentrizitätsfehler: Bei 20 mm Abtastradius entsprechen 5 μm Exzentrizität etwa 52″ Winkelfehler.
Kantenschleifen und Fasen entfernt Mikrorisse und scharfe Kanten an der Schnittkante, reduziert Ausbrüche und macht die Scheibe belastbarer bei der Montage.
Prüfen umfasst üblicherweise Strichbreite, Exzentrizität, optische Dichte und optische Fehler; dafür eignen sich Bildmessung und automatische optische Inspektion (AOI). Zum Schluss wird noch einmal gereinigt, die Scheiben werden mit Zwischenlagen getrennt und feuchtigkeits- und ESD-geschützt verpackt ausgeliefert.
Was jeder Schritt sicherstellt
| Schritt | Hauptzweck | Typische Folge bei Mängeln |
|---|---|---|
| Reinigen | Oberfläche frei von Öl und Partikeln | Schichtablösung, Pinholes |
| Verchromen | Gleichmäßige, dichte Abdeckschicht | Ungenügende Abdeckung, Pinholes |
| Belacken, Vortrocknen | Gleichmäßiger Lackfilm | Ungleichmäßige Strichbreite |
| Belichten, Entwickeln | Muster in den Lack übertragen | Strichbreitenabweichung, Lackreste |
| Ätzen, Entlacken | Muster ins Chrom übertragen | Chromreste, Strichunterbrechungen, Strichbreitenabweichung |
| Schneiden, Kantenschleifen | Konzentrische Kontur, intakte Kante | Exzentrizität, Ausbrüche, Risse |
| Prüfen, Verpacken | Freigabe und Schutz | Ausschuss beim Kunden, Transportkratzer |
Fazit
Die Prozessschritte einer Glas-Teilscheibe lassen sich in drei Phasen gliedern: Schicht, Muster, Kontur. Die Fotolithografie bestimmt Form und Breite der Striche, das Schneiden die Konzentrizität von Strichen und Bohrung; Reinigung und Sauberkeit ziehen sich durch den gesamten Ablauf. Weitere Artikel behandeln jeden Schritt einzeln im Detail.
Übersetzung des chinesischen Originalartikels (0021). ENC7 – Hersteller von Encoderscheiben (Anfrage) · Fachartikel · https://enc7.com
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