Plenty of chips – perfect surfaces

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industrial

Viele Späne – perfekte Oberflächen

Digitalisierung ist der Trend unserer Zeit. Die Basis dafür legen immer leistungsfähigere Mikrochips. Die wesentlichen Herstellprozesse für diese Halbleiter finden in Hochvakuumanlagen statt, für deren Kammern die Max Schilling AG Gehäuseteile aus speziellem Aluminium liefert. Aufgrund der Bauteilgrösse und um die enorme Zerspanungsrate bei hohen Qualitätsanforderungen einzuhalten, setzen die Frässpezialisten auf ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum STC 800 von Starrag.

Mikrochips stecken in Computern und Smartphones, aber auch in etlichen anderen elektronischen Geräten, Maschinen und Anlagen. Wie gross die Abhängigkeit von diesen kleinen elektronischen Bauteilen ist, zeigte sich angesichts des Chipmangels im Jahr 2021: Viele Maschinen und Anlagen konnten nicht fertiggestellt werden. In der Automobilbranche kamen zeitweise Produktionsstrassen zum Stillstand. Selbst elektronische Haushaltsgeräte waren vorübergehend nicht mehr lieferbar.

Mit der Digitalisierung steigt der Bedarf an solchen immer leistungsfähigeren Halbleitern weiter. Nicht nur das Produktionsvolumen wächst, auch die Technik zur Herstellung wird immer anspruchsvoller. Man stelle sich vor: Aktuelle Mikrochips enthalten Strukturen in einer Grössenordnung von wenigen Nanometern. (Zum Vergleich: Ein menschliches Haar misst etwa 30.000 Nanometer im Durchmesser.) Diese Nanostrukturen werden auf hauchdünnen Silizium-Wafern mittels Bedampfungs-, Belichtungs- und Ätzverfahren erzeugt – in Hoch- oder sogar Ultrahochvakuumkammern unter höchsten Reinheitsanforderungen.

» Nur durch die Komplettbearbeitung in einer Aufspannung können wir die Anforderungen an Präzision, Oberflächengüte und Wirtschaftlichkeit erfüllen.«

Paul Oberholzer Betriebsleiter und Mitglied der Geschäftsleitung

Max Schilling: Baugruppenlieferant für Vakuumkammern

Andreas Tinner, Verkaufsleiter und Mitglied der Geschäftsleitung bei der Max Schilling AG, erklärt: »Das wesentliche Know-how bei der Produktion solcher Halbleiter liegt mittlerweile im Prozess und nicht mehr in der Produktionsanlage. Seit gut zehn Jahren kaufen Mikrochip- Hersteller die Anlagentechnik von OEMs zu, die wiederum einzelne Komponenten und Baugruppen von Zulieferunternehmen wie uns beziehen.«

Die Max Schilling AG ist ein Zerspanungsdienstleiter, spezialisiert auf Präzisionsteile in bester Qualität. Das Unternehmen hat sich seit der Gründung 1985 vom reinen Teilezulieferer zum Systemintegrator weiterentwickelt, der auch Baugruppen montiert, prüft und einbaufertig liefert. »Wichtige Kunden kommen aus der Verpackungs- und Fahrzeugindustrie«, schildert Andreas Tinner. »In den letzten etwa zehn Jahren ist es uns gelungen, mit der Halbleiterindustrie noch ein weiteres grosses Standbein aufzubauen. Im Auftrag der OEMs fertigen wir verschiedene Komponenten und Baugruppen, die in Vakuumanlagen verbaut werden.«

Die Zeichen bei der Max Schilling AG stehen auf Wachstum. Seit dem Engagement in der Halbleiterindustrie hat sich die Zahl der Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen von 20 auf 35 erhöht. Da der bisherige Standort im Schweizer Ort Bilten keine Wachstumsperspektiven zuliess, verlagerte das Unternehmen den Firmensitz Anfang 2022 ins zehn Kilometer entfernte Mollis (Kanton Glarus). Tinner und seine Kollegen sehen erwartungsvoll in die Zukunft: »Die Prognose sagt für die nächsten drei Jahre einen extremen Halbleiterbedarf voraus. Wir hoffen, dass wir uns auch ein Stück vom Kuchen abschneiden dürfen.«

5-Achs-BAZ bewältigt den Spagat zwischen Hochleistungsschruppen und feinstem Schlichten

5-Achs-Simultanbearbeitung ist Pflicht

Über die Jahre verstärkte Max Schilling den Maschinenpark unter anderem mit fünfachsigen Bearbeitungszentren. »Für anspruchsvolle Aluminium-Strukturteile ist 5-Achs-Simultanbearbeitung Pflicht«, erläutert Paul Oberholzer, Betriebsleiter und ebenfalls Mitglied der Geschäftsleitung. »Nur durch die Komplettbearbeitung in einer Aufspannung können wir die Anforderungen an Präzision, Oberflächengüte und Wirtschaftlichkeit erfüllen.«

Dass dies bislang gut gelungen ist, belegen Aufträge, die von Anlagenherstellern aus der Region, aber auch aus den USA kommen. Als besonders interessant stuften die Schilling-Verantwortlichen die Anfrage ein, grosse Gehäuse für Hochvakuumkammern zu liefern. »Unser wichtigster Kunde in diesem Segment trat damit an uns heran, da er die Herstellung dieser Gehäuse von anderen Standorten wie zum Beispiel Malaysia wieder in die Schweiz zurückholen wollte«, berichtet Verkaufsleiter Tinner. »Wir zögerten nur kurz, denn noch hatten wir keine geeignete Maschine, um die Grossteile mit über einem Kubikmeter Volumen ohne Umspannen bearbeiten zu können.«

»Bisher ist unsere Rechnung aufgegangen. Die Kammerproduktion läuft sehr erfolgreich. Die Gehäuse kommen in einer einzigen Aufspannung nach etwa zehn Stunden perfekt von der Maschine«, so Verkaufsleiter Andreas Tinner (links).

Leistungsstark im Schruppen und im Schlichten

Die Anforderungen an ein solches fünfachsiges Bearbeitungszentrum sind hoch. Grundvoraussetzung: ein entsprechend grosser Arbeitsraum bzw. Störkreis. Dann muss die Maschine eine leistungsstarke Schruppbearbeitung gewährleisten, denn bei den Gehäusen aus einer speziellen Aluminiumlegierung liegt der Zerspanungsgrad bei über 60 %. Doch auch aufs Schlichten kommt es an. Vor allem bei den Dichtungssitzen und im Innenraum werden hohe Oberflächengüten benötigt. »Die Dichtigkeit ist das A und O bei diesen Gehäusen«, erklärt Andreas Tinner, »da sich ansonsten kein Hochvakuum erzeugen lässt. Und wenn die Oberflächen im Innenraum hohe Rauigkeit oder gar Riefen aufweisen, erschwert das die Vakuumbildung enorm. Dann kann es viele Stunden dauern, bis die Pumpe das gewünschte Hochvakuum erzeugt hat.«

Bei der Suche nach einer geeigneten Maschine taten sich zunächst Hürden auf – wie zu hohe Anschaffungskosten und lange Lieferzeiten. Bei einem Ortstermin im Starrag-Werk Rorschacherberg wurde das Zerspanungsteam um Paul Oberholzer jedoch fündig. Im dortigen CPE (Center of Production Excellence), wo Starrag anspruchsvolle, neue Bearbeitungsprozesse testet und optimiert, konnten sie das 5-Achs-Bearbeitungszentrum STC 800 unter Span erleben.

Starrag entwickelte die STC-Baureihe für eine wirtschaftliche Bearbeitung von sehr anspruchsvollen Strukturbauteilen, Multiblades und Casings mit langen Zykluszeiten. Diese Bearbeitungszentren überzeugen durch sehr gute Stabilität und hervorragende dynamische Eigenschaften sowie durch den erprobten Schwenkkopf, der die simultane 5-Achs- Zerspanung ermöglicht. Mit einer maximalen Werkstückgrösse von 1.400 mm in Durchmesser und Höhe sowie einem zulässigen Werkstückgewicht von bis zu 2.000 kg erfüllt die Starrag STC 800 weitere Grundvoraussetzungen.

Erstklassiger Technologiesupport

Das Konzept der STC 800 hat Betriebsleiter Oberholzer und die anderen Verantwortlichen von Anfang an überzeugt: »Wir waren uns sicher, dass die Stabilität der Maschine in Kombination mit den richtigen Werkzeugen perfekte Oberflächen gewährleistet und sich für unsere Grossteile aus Aluminium optimal eignet – was sich heute im täglichen Betrieb bestätigt.«

Auch die anderen Rahmenbedingungen passten. Im CPE konnten die Zerspaner der Max Schilling AG die STC 800 schon vor dem Kauf mit ihren eigenen Teilen testen und optimieren. Paul Oberholzer lobt: »Der Technologiesupport war wirklich erstklassig und hat wesentlich zu unserer Kaufentscheidung beigetragen. Starrag besitzt ein enormes Know-how, was die Zerspanung von grossen Strukturbauteilen anbelangt.

Die Maschinenbediener und Technologen wissen genau, bei welchen Zerspanungsproblemen sie welche Schrauben drehen müssen, um zum Beispiel Vibrationen zu vermeiden und das Ergebnis zu verbessern. Da haben wir viel gelernt.«

Letztendlich stimmte auch der Preis, wie Andreas Tinner sagt: »Eine Starrag-Maschine ist kein Schnäppchen, das war uns bewusst. Und wir als Mittelständler können auch nicht jeden Preis bezahlen. Insofern war es für uns ein glücklicher Umstand, dass wir die Maschine nach ihrem Einsatz als Vorführ- und Testmaschine etwas günstiger erwerben konnten – selbstverständlich komplett überholt und in einem gewissermassen neuwertigen Zustand.«

Kammergehäuse aus speziellem Aluminium: Die Zerspanungsrate liegt bei über 60 %.

Ideale Bedingungen für die Vakuumkammerproduktion

Die Maschine war zudem zum Wunschtermin lieferbar. Seit Mitte 2021 läuft die Starrag STC 800 in der neuen Fertigungshalle in Mollis – meist im Zwei-Schicht- Betrieb. Gefertigt werden in erster Linie Gehäuseteile für Vakuum-Handlings- und Prozesskammern. PKD-Werkzeuge erzeugen Oberflächen, die alle Voraussetzungen erfüllen. Anschliessend werden die Teile vorgereinigt und mehrfach gespült. Die Montage findet dann in einem Reinraum Klasse 7 statt. Um die komplett montierte Baugruppe liefern zu können, hat Max Schilling auch in einen solchen Reinraum investiert.

»Bisher ist unsere Rechnung aufgegangen «, freut sich Andreas Tinner. »Die Kammerproduktion läuft sehr erfolgreich. Die Gehäuse kommen in einer einzigen Aufspannung nach etwa zehn Stunden perfekt von der Maschine. Beanstandungen vonseiten unserer Kunden gab es keine.« Dafür neue Anfragen für Gehäuse in einer noch grösseren Dimension. »So schnell hatten wir damit eigentlich nicht gerechnet. Aber wir haben in unserer neuen Halle bereits einen Platz reserviert, der ein entsprechendes Fundament besitzt, um für eine weitere Investition gewappnet zu sein. Und wir werden sicher mit Starrag in Gespräche gehen.«