Il nitruro di silicio è uno dei materiali più duri della ceramica tecnica. Poiché è un ottimo conduttore di calore, Bach Resistor Ceramics (Bach RC) produce da esso, secondo proprie ricette, elementi riscaldanti ad alte prestazioni e ad alta dinamica. Nella lavorazione dura dei componenti ceramici con tolleranze di pochi micrometri, i brandenburghesi si avvalgono ormai di quattro fresatrici e rettificatrici di precisione della Röders.
I componenti in nitruro di silicio offrono molti vantaggi: possono essere riscaldati in pochi secondi a temperature fino a 1.000 ºC grazie alla combinazione di alta resistenza, basso coefficiente di dilatazione termica e un modulo di elasticità relativamente elevato. Grazie ai canali di raffreddamento integrati per il raffreddamento ad aria compressa o azoto, possono anche essere riportati rapidamente a temperature più basse senza subire danni. Si possono raggiungere tassi di riscaldamento fino a 150 K/min e tassi di raffreddamento fino a 30 K/min.
Questa caratteristica le rende interessanti per molti settori, in particolare per l'industria dei semiconduttori. Pertanto, circa la metà dei ricavi della Bach Resistor Ceramics proviene anche da elementi riscaldanti per questo settore high-tech. Inoltre, i prodotti vengono utilizzati nella tecnologia di imballaggio - soprattutto per alimenti - nella tecnologia medica e degli forni, nella stampa 3D in metallo e in applicazioni speciali.
Oggi, lo spettro dei componenti dell'azienda familiare di Brandeburgo con sede a Seefeld, non lontano da Berlino, comprende oltre 1.000 componenti standard. Vengono realizzati pezzi singoli e piccole serie – da elementi leggeri di pochi grammi delle dimensioni di un francobollo a piastre riscaldanti e chuck di riscaldamento per semiconduttori pesanti diversi chilogrammi e con un diametro fino a 400 mm. Mentre i piccoli elementi riscaldanti, tra l'altro, garantiscono che le cialde di caffè o le porzioni di panna per caffè per la ristorazione vengano sigillate mediante calore, i pezzi più grandi contribuiscono a collegare in modo sicuro le pastiglie dei freni con i loro supporti.
I pezzi sinterizzati monolitici sono unici al mondo.
L'azienda fondata a Berlino nel 1994 afferma di essere l'unico fornitore al mondo in grado di produrre monoliticamente fasi di nitruro di silicio elettricamente conduttive e isolanti in un unico processo di sinterizzazione. Grazie a questa tecnologia di produzione, gli elementi riscaldanti di BACH RC sono più omogenei e significativamente più potenti rispetto ai componenti con conduttori stampati.
I vantaggi sono apprezzati in tutto il mondo: nel 2025, 60 dipendenti hanno generato circa 10 milioni di euro di fatturato. Grazie ai partner di distribuzione in Giappone, Corea del Sud, Taiwan, Cina, Stati Uniti, Danimarca, Italia, Austria e Svizzera, Bach RC è vicina ai suoi clienti internazionali.
Sfida nella lavorazione della ceramica dura
La produzione presso l'unico stabilimento situato nei pressi di Berlino inizia con la miscelazione di polvere di nitruro di silicio secondo ricette proprie. Seguono la granulazione, l'imballaggio, il punzonamento e la rimozione dei leganti. I pezzi verdi così ottenuti vengono poi sottoposti a pressatura a caldo a temperature fino a 1.800°C in quattro impianti di sinterizzazione. Tre a cinque pezzi con un diametro fino a 400 mm attraversano il processo di sinterizzazione in circa 24 ore. I pezzi lavorati risultanti raggiungono quindi una durezza finale fino a 2.000 HV e presentano quasi nessun volume di pori.
L'elevata durezza dei componenti pone elevate esigenze per la lavorazione precisa. Su di essi devono essere realizzati fori di accoppiamento, fresati tasche e scanalature, e levigati superfici e smussi. Le tolleranze standard sono di ±5 µm, nel settore dei semiconduttori addirittura solo ±2,5 µm.
In questo caso, è importante avere lo strumento giusto, ma soprattutto la macchina gioca un ruolo decisivo: deve avere un'elevata rigidità, garantire la necessaria precisione dinamica, disporre di un mandrino sufficientemente veloce e mantenere la sua precisione in modo affidabile per lunghi periodi. Inoltre, la macchina deve essere progettata in modo tale da non subire danni dall'acqua abrasiva di rettifica.
Oltre alle fresatrici, come quelle di Röders, è stata discussa anche una macchina da rettifica a coordinate pura. "Sebbene fosse tecnicamente adatta alle nostre esigenze, sarebbe stata sovradimensionata e troppo costosa. Inoltre, la soluzione non avrebbe offerto la piena funzionalità a cinque assi, che era imprescindibile", spiega René Mielke, Senior Manager e responsabile, tra l'altro, degli acquisti di macchine.
Perché Röders ha ricevuto l'assegnazione
BACH RC ha scelto nel 2018 per prima un centro di fresatura e rettifica a 5 assi della Röders GmbH. Secondo Mielke, ci sono stati diversi motivi a favore delle macchine del produttore, tra cui l'elevata rigidità, la loro altissima precisione e i motori lineari a diretto senza usura – indispensabili per la rettifica a corsa rapida interpolata della ceramica con velocità di corsa fino a 30.000 mm/min.
Lo hanno convinto anche dettagli come il bilanciamento del peso senza attrito tramite vuoto e il controllo con una frequenza di regolazione di 32 kHz, altrimenti ineguagliata.
Importanti per lui erano anche le guarnizioni efficaci, che impediscono in modo affidabile l'ingresso dell'emulsione refrigerante in guide e azionamenti. Tra i punti a favore c'erano il controllo Röders, facile da usare e basato su Windows, così come la stabilità termica delle macchine; esse raggiungono le qualità richieste anche senza un ambiente climatizzato complesso.
Non da ultimo, il servizio rapido e la considerazione da parte del costruttore di macchine sono piaciuti a Mielke: "Röders ha avuto fin dall'inizio orecchie aperte per le nostre idee - abbiamo sempre avuto uno scambio stretto alla pari con una consulenza intensa. È stato divertente e ci ha convinti."
Che si tratti di tre o cinque assi: le macchine Röders convincono.
Già la prima macchina a 5 assi del produttore di Soltau, in Bassa Sassonia, entusiasmò gli utenti. Poco dopo, BACH RC acquisì un centro a 3 assi. Nel 2024 seguirono all'improvviso altre due macchine identiche - questa volta comprese di automazione con un sistema di handling lineare EROWA.
Sia i centri a 3 assi di tipo RXP 501 che i due centri a 5 assi RXP 601 DS sono dotati di mandrini HSK-40 e possono raggiungere fino a 42.000 min⁻¹, dispongono del pacchetto completo di rettifica con mandrino di affilatura, sensori di vibrazione, cicli di rettifica e database dei parametri di rettifica.
"Di fronte all'aumento degli ordini, abbiamo dovuto ampliare le nostre capacità, inoltre vogliamo mantenere una produzione ridondante", spiega Mielke i motivi dell'investimento.
L'automazione prolunga i tempi di funzionamento delle macchine.
L'automazione lineare offre quattro vantaggi per BACH RC: anche se l'operazione è a turno singolo, l'automazione consente il funzionamento continuo delle macchine dopo l'orario di lavoro. Per i riscaldatori pesanti diversi chilogrammi per wafer di silicio con un diametro di 300 mm, sono richieste planarità inferiori a un micrometro; i tempi di lavorazione possono arrivare fino a 14 ore. Ora continuano a funzionare anche dopo l'orario di lavoro e nel fine settimana.
Se durante il tempo senza operatori si verifica un errore nella lavorazione, ad esempio perché manca uno strumento o la macchina rileva un danno tramite il suo controllo di rottura, è già previsto. In tal caso, l'impianto espelle autonomamente il componente e lavora il pezzo successivo. In questo modo, l'automazione previene i fermi.
Un terzo vantaggio: i pezzi rimangono fissati sul loro pallet durante l'intero processo, i tempi di cambio sono eliminati, la precisione aumenta e il lavoro di attrezzaggio viene ridotto.
E infine, il magazzino dei pallet funge da ulteriore magazzino per gli strumenti, da cui le macchine possono essere rifornite centralmente di strumenti. Un vantaggio che semplifica ulteriormente l'operazione dell'impianto.
Secondo Mielke, le esperienze con l'automazione sono molto buone, quindi a breve saranno inclusi anche i due "Röders" inizialmente acquistati, per aumentare ulteriormente le ore di lavorazione disponibili.
Programmazione, cicli e strategie di lavorazione
Il tecnico di lavorazione Patrick Matzke apprezza come utente, oltre all'alta e affidabile qualità di lavorazione, anche il sistema di controllo Röders RMS6, molto flessibile e facile da usare. Il team ha sviluppato cicli di rettifica parametrica importanti in stretta collaborazione con il supporto Röders, basandosi sui cicli del controllo stesso. Di solito, lui e i suoi colleghi programmano la lavorazione dei componenti come in un controllo CNC classico direttamente sulla macchina. "Il controllo semplice e l'alta precisione delle macchine portano per me i vantaggi decisivi nella lavorazione di ceramica in nitruro di silicio ad alta resistenza."
Positivo è anche il rettifica rapida interpolata sulle macchine a 5 assi. Grazie ai servomotori lineari, è possibile rettificare contorni 2D precisi a elevate velocità di sollevamento, che con la rettifica a spirale pura non sarebbero raggiungibili con la precisione richiesta. La qualità della superficie e la durata degli strumenti sono inoltre notevolmente migliorate rispetto alla rettifica convenzionale.
Per la lavorazione, Matzke e i suoi colleghi utilizzano principalmente strumenti diamantati dei produttori Schott e Schell con raffreddamento interno tramite emulsione a 80 bar. In questo modo, è possibile realizzare in modo sicuro fori a partire da 1,5 mm di diametro.
"Le nostre aspettative per le macchine sono state completamente soddisfatte", si rallegrano Mielke. È soddisfatto anche del carico di lavoro, la situazione degli ordini di BACH RC è a un livello sano.
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