Halbleiter in Computerchips haben in fast allen Bereichen unseres täglichen Lebens Einzug gehalten. Ob PC, Armbanduhr oder Auto: Ohne Halbleiter läuft heutzutage nichts mehr. Die Schweizer Ruag Components, eine Sparte des Technologiekonzerns Ruag, hat sich mit der Herstellung von Maschinenrahmen für Halbleitermaschinen einen Namen gemacht. Bei der Halbleiterfertigung werden in diesen Maschinen mit Hilfe eines Lasers Informationen auf sogenannte „Wafers“ eingebrannt. Dabei muss die Maschine eine Wiederholgenauigkeit von 20 nm (= 0,000002 mm) aufweisen, um funktionsfähige Halbleiter produzieren zu können.
Bei dieser Präzision müssen natürlich auch die von Ruag zugelieferten Komponenten genauestens den Vorgaben entsprechen und werden daher im Fertigungsverlauf dimensionell geprüft. Eine Aufgabe, für die man aufgrund der Vielzahl der zu prüfenden Merkmale und der benötigten Flexibilität natürlich keine Lehren oder Messschieber mehr einsetzt, sondern hochpräzise Koordinatenmessmaschinen.
Hier vertraut man auf die Geräte von Wenzel Präzision, um die „berühmte“ Schweizer Qualität zu sichern.
Dimensionelle Zwischenprüfung in Produktionsumgebung
Bei Ruag fertigt man mehrere Teile für die spätere Halbleitermaschine: Das „Baseframe“ (eine Art Grundgestell) und das „Metroframe“ werden zunächst aus vorgefertigten Untergruppen (Gussblöcke und Blechteile) zusammengeschweißt. Bevor eine Weiterverarbeitung erfolgt, werden die noch rohen Teile auf einer rollengelagerten Ausleger-Messmaschine von Wenzel geprüft (Abb. 1). Nach einem genauen Protokoll werden Position und Winkligkeit der angeschweißten Stahlplatten gemessen. „Die Genauigkeit einer rollengelagerten Messmaschine genügt uns hier voll und ganz,“ begründet Max-Peter Felchlin, Leiter der Qualitätssicherung seine Entscheidung. „Da die Oberflächen später alle noch mit CNC-Fräsen bearbeitet werden, messen wir hier „nur“ auf +/- 0,1 mm genau.“ Obwohl die Koordinatenmessmaschine RS 2021 von Wenzel dafür überqualifiziert erscheint, ist sie trotzdem genau die richtige Wahl: Einerseits ist sie durch ihre mit Faltenbälgen geschützten Führungen bestens dazu geeignet, direkt in rauer Produktionsumgebung zu stehen, andererseits führt man auf dieser Maschine auch Anreißarbeiten durch, die als Hilfe für die korrekte Einstellung der CNC-Fräsen dienen. Durch den variablen Würfelkopf ist ein Wechsel von Anreißstift zu Dreh-Schwenkkopf mit Taster innerhalb weniger Sekunden möglich. „Da wir eine zertifizierte Firma sind und auch andere Teile µ-genau messen müssen, haben wir auch bei dieser Produktionsmessmaschine auf höchste Genauigkeit Wert gelegt,“ erklärt Felchlin. In der Tat können sich die Werte der RS 2021 sehen lassen. Im Raum beträgt die Messunsicherheit nur U3 = 35 + (L/30)= 110 µm bei einem Messvolumen von X * Y * Z = 3000 x 2000 x 2100 mm.
Endgültige Teileprüfung imklimatisierten Messraum
Für die spanende Bearbeitung der Frames stehen 5 CNC Bearbeitungszentren zur Verfügung. Hier wird jedes Frame etwa 35 Stunden lang bearbeitet (Abb. 3). Mehr als 1000 Bohrungen müssen exakt durchgeführt werden, Langlöcher und Bezugsebenen werden gefräst. Bei der anschließenden Qualitätskontrolle kommt eine luftgelagerte Koordinatenmessmaschine vom Typ LHF zum Einsatz (Abb. 2). Die Maschine, deren Portal auf zwei Granitbalken ruht, steht in einem separaten, klimatisierten Messraum in direkter Fertigungsnähe. „Da unsere Werkstücke sehr groß sind und bis zu zwei Tonnen wiegen, war die LHF von Wenzel für uns genau die richtige Wahl,“ so Max-Peter Felchlin. Die Frames werden auf luftgelagerten Schwerlastpaletten direkt unter die Maschine gefahren und dort gemessen. Für die einfachere Positionierung hat man an beiden Granitbalken Führungsschienen montiert. Die anschließend durchzuführenden Messungen sind durch die Vielzahl der Bohrungen und die Komplexität des Teiles enorm.
Dank der komfortablen und bedienerfreundlichen Software ist das Erstellen und Abarbeiten von Messprogrammen jedoch kein Problem. Die Mess- und Auswertesoftware wurde von der Schweizer Firma Metromec, einem Unternehmen der Wenzel-Gruppe, entwickelt. Durch die permanente Weiterentwicklung und die konsequente Ausrichtung an Kundenbedürfnissen kann diese Software als eine der leistungsfähigsten und umfangreichsten der Branche bezeichnet werden. Nicht umsonst ist sie im BMW-Konzern sowie bei General Motors Europe bereits Standard.
Bei der Qualitätsprüfung der Frames wird in einem über 4 Stunden dauernden Messvorgang alle relevanten Merkmale überprüft und von der Software protokolliert (Abb. 4). Dabei bleiben die Rüstzeiten an der LHF minimal. Dank des in 7,5°-Schritten indexierbaren Dreh-Schwenkkopfes PH10M lassen sich die Tasterpositionen schnell und unkompliziert verändern. Um bei der Größe der Werkstücke unnötige Wege zum Bedienplatz der Maschine zu sparen, ist die LHF mit einer rollbaren Multifunktionseinheit ausgestattet, die die volle Funktionalität des stationären Platzes bietet. Die LHF erreicht bei einem Messvolumen von 36 m³ eine Genauigkeit im Raum von U3 = 6,0 + (L/250) µm.
„Oberste Priorität bei der Wahl hatten für uns Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Leistung der Messmaschine. Dass Wenzel dabei auch noch so günstig war, freut uns dabei natürlich zusätzlich.“
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