Il core business della M-O-T Mikro- und Oberflächentechnik GmbH di Saarbrücken è costituito da impianti per la produzione di microchip. Nel tentativo di produrre internamente il maggior numero possibile di componenti in plastica necessari, l'azienda ha fatto notevoli progressi grazie all'uso del MAPAL NeoMill-Diamond-FlyCutter.
Fondata nel 2001, la M-O-T Mikro- und Oberflächentechnik GmbH fa parte dal 2011 del gruppo Woll e amplia lo spettro del versatile costruttore di macchine speciali con la produzione di impianti di processo chimico umido per i settori dei microsistemi e dei semiconduttori. Con circa 30 dipendenti, lo specialista è completamente integrato nel gruppo, il che si riflette anche fisicamente: M-O-T occupa tre stanze nel mezzo di un'area di produzione di Woll.
In quest'area, alcune cose sono diverse rispetto alla produzione orientata principalmente alla lavorazione dei metalli. Le scarpe da strada non sono ammesse e c'è costantemente una leggera sovrapressione. La produzione non avviene in una sala bianca, ma in una sala pulita, come spiega il responsabile della produzione Mike Jakob. Le contaminazioni portate dall'esterno potrebbero alterare i valori negli impianti di lavoro di precisione e compromettere il processo. Presso i clienti, il lavoro avviene successivamente in sale bianche.
Oltre all'elettronica installata, gli impianti sono praticamente completamente realizzati in plastica e sono modulari per i singoli passaggi di processo necessari nella produzione di semiconduttori. Nella parte anteriore si susseguono celle di processo in cui vengono inseriti i wafer di silicio per la lavorazione. Dietro la macchina si trovano serbatoi di stoccaggio con i liquidi necessari, per lo più acidi, basi e solventi.
Se necessario, è possibile anche galvanizzare. A seconda del caso d'uso, la lavorazione superficiale avviene sugli impianti progettati individualmente di M-O-T prima o dopo l'esposizione dei wafer. Con componenti acquistati, la fotolitografia può essere integrata direttamente nell'impianto.
Materie plastiche a seconda dell'uso
Per la produzione dei contenitori per i processi e per lo stoccaggio delle sostanze chimiche, M-O-T utilizza principalmente lastre che vengono saldate insieme mediante un processo di giunzione termica. Vengono utilizzate diverse materie plastiche, la cui selezione è determinata dalle sostanze chimiche e dalla temperatura di processo. Di solito si utilizza PP o PVC, ma in alcuni casi sono necessari anche PEEK, resistente ad alte temperature, o PVDF, assolutamente resistente agli acidi. Quando si presentano diverse esigenze estreme, spesso PTFE è la scelta migliore, noto anche come Teflon.
Il numero di impianti costruiti è aumentato notevolmente negli ultimi anni. Se nel 2021 erano solo cinque o sei all'anno, oggi M-O-T ne fornisce da 20 a 30. Tuttavia, ci sono fluttuazioni a seconda della situazione di mercato, che a loro volta dipendono dallo sviluppo del mercato globale dei semiconduttori. Inoltre, gli impianti stanno diventando più complessi. Inizialmente, la produzione lavorava principalmente con fornitori. Il fatto che le responsabilità presso M-O-T dal 2022 si concentrino su una produzione interna è anche legato a problemi di qualità dovuti ai componenti forniti: negli impianti finiti si erano ripetutamente verificati problemi di tenuta.
Il modo in cui M-O-T lavora le sue lastre di plastica può sembrare inizialmente curioso: la macchina proviene dal modellismo, l'utensile è stato sviluppato per la fresatura dell'alluminio e il refrigerante (KSS) è in realtà un disinfettante. Tuttavia, per gli scopi del costruttore di impianti di Saarbrücken, la combinazione insolita è decisamente efficace.
Dopo un anno di ricerca, il NeoMill-Diamond-FlyCutter offre la soluzione
Come macchina è stata scelta la fresatrice portale aperta T-Rex del produttore CNC-Step. Per il bloccaggio degli utensili viene utilizzata la piccola interfaccia SK30, sul tavolo a vuoto possono essere bloccati pezzi fino a una dimensione di 1.000 x 1.000 mm. La ricerca di un utensile adatto per le lavorazioni previste, incentrate principalmente sulla buona qualità superficiale, si è rivelata difficile. Mike Jakob riporta: “Non eravamo soddisfatti della qualità inizialmente raggiunta. Ho cercato per un anno un portautensile adatto, ma nessuno poteva offrirci qualcosa di veramente adatto per la finitura superficiale. All'AMB 2024 di Stoccarda ho trovato MAPAL, dove c'era una fresatrice con il nostro attacco.”
Insieme al tecnico applicativo Klaus-Dieter Leick di MAPAL, è stato approfondito ciò che è realizzabile come migliore soluzione sulla macchina esistente.
La scelta è caduta su un NeoMill-Diamond-FlyCutter con un diametro della testa di fresatura di 63 mm. “Abbiamo originariamente sviluppato questo utensile per la lavorazione di componenti in alluminio nell'industria elettronica, dove l'obiettivo era ottenere superfici il più perfette possibile nella lavorazione piana”, riferisce Leander Bolz del Component Management di MAPAL.
Presso il produttore di utensili di Aalen erano subito certi che ciò sarebbe riuscito anche con la plastica, soprattutto perché l'utensile era stato progettato fin dall'inizio per concetti di macchine critici come mandrini piccoli e bloccaggio a vuoto.
Con la sua geometria di taglio speciale, il leggero fresatore a tre taglienti riduce la pressione di taglio ed elimina rapidamente i trucioli dall'area di lavorazione. La bassa pressione di taglio era già una caratteristica decisiva nella fresatura delle superfici in alluminio. Con una scelta adeguata del materiale da taglio, MAPAL può adattare l'utensile a diversi materiali.
M-O-T è molto soddisfatta del NeoMill-Diamond-FlyCutter, ormai spesso utilizzato, che si è rivelato un vero e proprio game changer nella lavorazione delle superfici. Quando è stata acquistata la fresatrice, i produttori avevano inizialmente in mente solo la lavorazione delle porte per i corpi. Gradualmente, sono stati aggiunti sempre più componenti della produzione interna. I serbatoi di alimentazione per le sostanze chimiche necessarie sono ora completamente prodotti da M-O-T, che intende in futuro produrre anche le celle di processo in proprio.
Componenti speciali, come ad esempio vasche di processo in teflon, continueranno ad essere prodotti esternamente. M-O-T utilizza il NeoMill-Diamond-FlyCutter per la fresatura piana dei pannelli. Per la lavorazione laterale e per rifinire i contorni, viene impiegato un altro strumento di MAPAL, un fresatore a gambo PKD.
Si continua a ottimizzare
Il dipartimento di Mike Jakob non si sente ancora completamente arrivato. Si prevede di continuare a sperimentare con il lubrificante per ottimizzare la qualità della superficie e preservare lo strumento. In particolare, la lavorazione del PVDF rigido e fragile ha talvolta compromesso i taglienti PKD del NeoMill-Diamond-FlyCutter. Tuttavia, M-O-T è fortemente limitata nella scelta del lubrificante.
L'olio non è un'opzione, per evitare di introdurre contaminazioni nell'impianto che potrebbero influenzare, ad esempio, il pH o altri parametri di processo. Per questo motivo, non devono entrare trucioli metallici nell'area di produzione di M-O-T. Poiché evapora molto rapidamente, è stato scelto l'isopropanolo come lubrificante. Tuttavia, poiché comporta un notevole disagio olfattivo, può essere utilizzato solo in modo limitato sulla macchina.
I materiali plastici pongono anche requisiti particolari per il raffreddamento, come spiega Robin Kollmann, responsabile della fresatura presso M-O-T: "La plastica assorbe meno calore rispetto all'alluminio, che quindi non può essere dissipato abbastanza rapidamente dal componente. I trucioli possono fondersi o agglomerarsi, creando maggiore pressione e potenzialmente danneggiando il tagliente. Anche la qualità della superficie non è così buona come la desideriamo." Durante la lavorazione, vengono fresati 0,3 mm per passata. A seconda del materiale e della classe di qualità, la tolleranza può arrivare fino a 1 mm.
Per non generare troppo calore durante la lavorazione, M-O-T attualmente opera con una velocità di taglio di 6.000 giri/min e un avanzamento di 1.200 mm/min. In questo modo, i produttori rimangono ben al di sotto dei valori inizialmente suggeriti da MAPAL, che erano già inferiori rispetto a quelli per la lavorazione dell'alluminio. Non sono ancora state raccolte sufficienti esperienze per valutare quale impatto abbia il raffreddamento con isopropanolo sulla durata del tagliente.
Parallelamente, M-O-T ha iniziato a testare un nuovo refrigerante a base d'acqua. Nell'ambito dei test, i produttori vogliono anche provare velocità di taglio più elevate.
Nel frattempo, il prossimo passo di ottimizzazione è stato testato con successo: M-O-T ha testato una variante più grande del NeoMill-Diamond-FlyCutter con un diametro della testa fresatrice di 100 mm e ha successivamente ordinato lo strumento. Il cambio è possibile nel sistema modulare senza sforzi maggiori, poiché tutti i diametri delle teste fresatrici offerti da MAPAL, da 63 a 160 mm, possono essere montati sullo stesso mandrino. Questo dimostra chiaramente che MAPAL non supporta solo l'applicazione con uno strumento adeguato, ma sviluppa ulteriori approcci per aumentare la produttività in continuo scambio con il cliente.
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