El negocio principal de M-O-T Mikro- und Oberflächentechnik GmbH en Saarbrücken son instalaciones para la fabricación de microchips. En su camino para fabricar la mayor cantidad posible de las piezas de plástico necesarias, la empresa ha avanzado considerablemente con el uso del MAPAL NeoMill-Diamond-FlyCutter.
Fundada en 2001, M-O-T Mikro- und Oberflächentechnik GmbH forma parte del grupo empresarial Woll desde 2011 y complementa el espectro del versátil fabricante de máquinas especiales con la producción de instalaciones de procesos químico-húmedos para los sectores de microsistemas y semiconductores. Con cerca de 30 empleados, el especialista está completamente integrado en el grupo, lo que también se refleja espacialmente: M-O-T ocupa tres salas en medio de un taller de producción de Woll.
En esta área, algunas cosas son diferentes a la producción orientada principalmente al mecanizado de metales. No se permiten zapatos de calle y siempre hay una ligera sobrepresión. La producción no se lleva a cabo en una sala limpia, sino en una sala de limpieza, como explica el gerente de producción Mike Jakob. Las impurezas introducidas podrían alterar los valores en las instalaciones de trabajo precisas y poner en peligro el proceso. En los clientes, la operación se realiza más tarde en salas limpias.
Además de la electrónica incorporada, las instalaciones están prácticamente hechas completamente de plástico y están construidas de manera modular para los diferentes pasos del proceso que son necesarios en la fabricación de semiconductores. En la parte frontal, se alinean celdas de proceso donde se colocan las obleas de silicio para su procesamiento. Detrás de la máquina hay contenedores de reserva con los líquidos necesarios, principalmente ácidos, bases y disolventes.
Si es necesario, también es posible el galvanizado. Dependiendo del caso de aplicación, el tratamiento de superficies en las instalaciones diseñadas individualmente de M-O-T se lleva a cabo antes o después de la exposición de las obleas. Con componentes adquiridos, la fotolitografía también se puede integrar directamente en la instalación.
Plásticos según el uso
Para la fabricación de los contenedores para los procesos y el almacenamiento de productos químicos, M-O-T utiliza principalmente placas que se sueldan mediante un proceso de unión térmica. Se utilizan diferentes plásticos, cuya selección depende de los productos químicos respectivos y de la temperatura del proceso. Generalmente se utiliza PP o PVC, aunque en algunos casos también se requieren PEEK, que es resistente a altas temperaturas, o PVDF, que es completamente resistente a ácidos. Cuando se combinan diferentes requisitos extremos, a menudo PTFE es la mejor opción, también conocido como Teflón.
El número de instalaciones construidas ha aumentado considerablemente en los últimos años. Si en 2021 se construyeron entre cinco y seis por año, M-O-T ahora entrega entre 20 y 30. Sin embargo, hay fluctuaciones dependiendo de la situación del mercado, que a su vez depende del desarrollo en el mercado global de semiconductores. Además, las instalaciones se están volviendo más complejas. La producción al principio trabajaba principalmente con proveedores. El hecho de que las responsabilidades en M-O-T desde 2022 se centren en una producción propia también está relacionado con problemas de calidad debido a las piezas suministradas: en instalaciones terminadas ha habido repetidamente fugas.
La forma en que M-O-T procesa sus placas de plástico puede parecer curiosa al principio: la máquina proviene del modelismo, la herramienta fue desarrollada para fresar aluminio y el refrigerante (KSS) es en realidad un desinfectante. Sin embargo, para los propósitos del fabricante de instalaciones de Saarbrücken, la combinación inusual es bastante efectiva.
Después de un año de búsqueda, el NeoMill-Diamond-FlyCutter trae la solución
Como máquina, se eligió la fresadora de portal abierta T-Rex del fabricante CNC-Step. La pequeña interfaz SK30 se utiliza para la sujeción de herramientas, y en la mesa de vacío se pueden sujetar piezas de trabajo de hasta un tamaño de 1.000 x 1.000 mm. La búsqueda de una herramienta adecuada para los trabajos previstos, que se centran principalmente en una buena calidad de superficie, resultó ser difícil. Mike Jakob informa: “No estábamos satisfechos con la calidad alcanzada al principio. Busqué durante un año una cabeza de cuchillo adecuada, pero nadie pudo ofrecernos algo realmente adecuado para el acabado de la superficie. En la AMB 2024 en Stuttgart, encontré lo que necesitaba en MAPAL, donde había una fresadora con nuestra sujeción.”
Junto con el técnico de aplicaciones Klaus-Dieter Leick de MAPAL, se discutió cuál sería la mejor solución que se podría implementar en la máquina existente.
Se optó por un NeoMill-Diamond-FlyCutter con un diámetro de cabeza de fresado de 63 mm. “Desarrollamos esta herramienta originalmente para el mecanizado de componentes de aluminio en la industria electrónica, donde se trataba de generar superficies lo más perfectas posible en el mecanizado plano”, informa Leander Bolz del Component Management de MAPAL.
En el fabricante de herramientas de Aalen, estaban seguros de inmediato de que también funcionaría con plástico, especialmente porque la herramienta estaba diseñada desde el principio para conceptos de máquinas críticos como husillos pequeños y sujeción por vacío.
Con su geometría de corte especial, la ligera fresadora de tres filos reduce la presión de corte y elimina las virutas relativamente rápido del área de mecanizado. La baja presión de corte ya era una característica decisiva al fresar superficies de aluminio. Con una elección adecuada del material de corte, MAPAL puede adaptar la herramienta a diferentes materiales.
M-O-T está muy satisfecho con el NeoMill-Diamond-FlyCutter, que se ha demostrado como un verdadero cambio de juego en el mecanizado de superficies. Cuando se adquirió la fresadora, los fabricantes inicialmente solo tenían en mente el mecanizado de las puertas para los cuerpos. Poco a poco, fueron llegando cada vez más componentes de la producción propia. M-O-T ahora fabrica completamente por sí mismo los tanques de suministro para los productos químicos necesarios y en el futuro también quiere fabricar las celdas de proceso por su cuenta.
Componentes especiales, como los tanques de proceso de teflón, seguirán fabricándose externamente. M-O-T utiliza el NeoMill-Diamond-FlyCutter para fresar las placas. Para el mecanizado lateral y para suavizar contornos, se emplea otra herramienta de MAPAL, un fresador de mango PKD.
Se sigue optimizando
El departamento de Mike Jakob aún no se considera completamente en el objetivo. Se seguirá experimentando con el refrigerante para optimizar la calidad de la superficie y proteger la herramienta. Especialmente el mecanizado del PVDF rígido y quebradizo ha afectado a las cuchillas PKD del NeoMill-Diamond-FlyCutter. Sin embargo, M-O-T está muy limitado en la elección del refrigerante.
No se considera el uso de aceite, para evitar introducir contaminantes en el sistema que podrían afectar, por ejemplo, el pH o otros parámetros del proceso. Por esta razón, tampoco se permite que virutas metálicas lleguen al área de producción de M-O-T. Debido a que se evapora muy rápidamente, se eligió el isopropanol como refrigerante. Sin embargo, como causa un olor considerable, solo se puede usar de manera limitada en la máquina.
Los plásticos también presentan requisitos especiales en el enfriamiento, como explica Robin Kollmann, quien es responsable del mecanizado de fresado en M-O-T: 'El plástico absorbe menos calor que el aluminio, que no puede disiparse lo suficientemente rápido desde la pieza. Las virutas pueden fusionarse o aglomerarse, lo que genera más presión y potencialmente daña el filo. Además, la calidad de la superficie no es tan buena como la que deseamos.' Durante el mecanizado, se fresan 0,3 mm por corte. Dependiendo del material y la clase de calidad, la medida puede ser de hasta 1 mm.
Para no generar demasiado calor durante el mecanizado, M-O-T actualmente opera con una velocidad de corte de 6,000 rpm y un avance de 1,200 mm/min. Esto mantiene a los fabricantes muy por debajo de los valores inicialmente propuestos por MAPAL, que ya eran más bajos que para el mecanizado de aluminio. Aún no se han acumulado suficientes experiencias para evaluar el impacto del enfriamiento con isopropanol en la vida útil del filo.
Paralelamente, M-O-T ha comenzado a probar un nuevo refrigerante a base de agua. En el marco de las pruebas, los fabricantes también quieren probar velocidades de corte más altas.
Mientras tanto, se ha probado con éxito el siguiente paso de optimización: M-O-T probó una variante más grande del NeoMill-Diamond-FlyCutter con un diámetro de cabeza de fresado de 100 mm y luego pidió la herramienta. El cambio es posible en el sistema modular sin mayor esfuerzo, ya que todos los diámetros de cabeza de fresado ofrecidos por MAPAL, desde 63 hasta 160 mm, se montan en el mismo mandril. Esto demuestra que MAPAL no solo apoya la aplicación con una herramienta adecuada, sino que también desarrolla continuamente enfoques para aumentar la productividad en estrecha colaboración con el cliente.
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