Plenty of chips – perfect surfaces

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industrial

De nombreux copeaux et des surfaces parfaites

La numérisation, une tendance actuelle. Au coeur de cette tendance : des puces électroniques toujours plus performantes. Les principaux processus de fabrication de ces semi-conducteurs se font dans des installations sous vide d'air poussé. Pour les chambres, Max Schilling AG fournit des pièces de boîtier en aluminium spécial. En raison de la taille des pièces et pour respecter l’énorme taux d’enlèvement de copeaux tout en respectant des exigences de qualité élevées, les spécialistes du fraisage misent sur un centre d’usinage à 5 axes STC 800 de Starrag.

On retrouve les micropuces dans les ordinateurs et les smartphones, mais également dans de nombreux autres appareils, machines et installations électroniques. La pénurie de puces en 2021 a démontré l’importance de notre dépendance vis-à-vis de ces petits composants électroniques. En effet, de nombreuses machines et installations n’ont pas pu être achevées. Dans le secteur automobile, certaines chaînes de production se sont retrouvées à l’arrêt. Même certains appareils électroménagers électroniques pouvaient ne plus être disponibles. Avec la numérisation, les besoins en semi-conducteurs de ce type, toujours plus performants, continuent de croître. Le volume de production augmente, mais il n’est pas le seul : la technique de fabrication devient elle aussi de plus en plus sophistiquée. Il faut s’imaginer que les micropuces actuelles contiennent des structures d’un ordre de grandeur de quelques nanomètres. (À titre de comparaison, un cheveu humain mesure environ 30 000 nanomètres de diamètre). Ces nanostructures sont produites sur des plaquettes de silicium ultrafines grâce à des procédés de vaporisation, d’exposition et de gravure, dans des chambres sous vide d’air poussé, voire à ultravide, avec des exigences de pureté extrêmes.

« Le support technologique de Starrag était vraiment optimal et a largement contribué à notre décision d’achat ».

Paul Oberholzer, directeur d’exploitation

Max Schilling : fournisseur de sousensembles pour les chambres sous vide d'air

Andreas Tinner, directeur des ventes et membre de la direction chez Max Schilling AG, explique : « Le savoir-faire le plus important dans la production de ce type de semi-conducteurs réside désormais dans le processus et non plus dans l’usine de production. Depuis une bonne dizaine d’années, les fabricants de micropuces achètent la technique d’installation auprès des fabricants d’équipements d’origine qui, à leur tour, se procurent les différents composants et sous-ensembles auprès de sous-traitants comme nous ». Max Schilling AG est un prestataire de services d’usinage spécialisé dans les pièces de précision de haute qualité. Depuis sa création en 1985, l’entreprise est passée du statut de simple fournisseur de pièces à celui d’intégrateur de systèmes, qui assemble, contrôle et livre des sous-ensembles prêts à être installés. « Les plus gros clients viennent de l’industrie de l’emballage et de l’automobile », détaille Andreas Tinner. « Au cours des dix dernières années, nous avons réussi à mettre en place un autre grand pilier dans l’industrie des semi-conducteurs. Nous fabriquons divers composants et sous-ensembles pour les fabricants d’équipements d’origine. Ils sont montés dans des installations sous vide d’air ».

Max Schilling AG est en pleine croissance. Depuis son engagement dans l’industrie des semi-conducteurs, le nombre d’employés est passé de 20 à 35. L’ancien site à Bilten en Suisse n’offrant aucune perspective de croissance, l’entreprise a transféré son siège au début de l’année 2022 à Mollis (canton de Glaris), à dix kilomètres de là. Tinner et ses collègues sont optimistes pour l’avenir : « Les prévisions annoncent une très forte demande de semi-conducteurs pour les trois prochaines années. Nous espérons que cela nous profitera ».

Un centre d’usinage à 5 axes fait le grand écart entre l’ébauche haute performance et la finition la plus fine

L’usinage simultané sur 5 axes est obligatoire

Au fil des années, Max Schilling a renforcé son parc de machines, notamment avec des centres d’usinage à cinq axes. « Pour les pièces de structure en aluminium exigeantes, l’usinage simultané sur 5 axes est absolument nécessaire », explique Paul Oberholzer, directeur de l’entreprise et membre de la direction. « Seul l’usinage complet en un seul serrage nous permet de répondre aux exigences de précision, de qualité de surface et de rentabilité ». Le succès jusqu’à présent est confirmé par les commandes provenant des fabricants d’installations de la région, mais aussi des États-Unis. Les responsables de Schilling ont vu d’un bon oeil la demande de livraison de grands boîtiers pour des chambres à vide poussé. « Notre principal client dans ce segment nous a contactés pour ce besoin, car il souhaitait rapatrier en Suisse la fabrication de ces boîtiers depuis d’autres sites, tels que la Malaisie », rapporte le responsable des ventes Tinner. « Nous n’avons pas hésité bien longtemps, car nous n’avions pas encore de machine adaptée pour pouvoir usiner les grandes pièces de plus d’un mètre cube de volume sans changer le serrage ».

« Jusqu’à présent, notre calcul s’est avéré payant. La production en chambre fonctionne très bien. Les boîtiers sortent en parfait état de la machine en un seul serrage, après une dizaine d’heures de travail », Andreas Tinner, le directeur des ventes (à gauche)

Des ébauches et des finitions de qualité

Les exigences envers un tel centre d’usinage à cinq axes sont élevées. Les éléments requis sont un espace de travail ou un cercle de perturbation suffisamment grand. De plus, la machine doit garantir un usinage d’ébauche performant, car pour les boîtiers en alliage d’aluminium spécial, le taux d’enlèvement de copeaux doit être supérieur à 60 %. Mais la finition est également importante. Des qualités de surface élevées sont notamment importantes pour les sièges d’étanchéité et la partie intérieure. « L’étanchéité est cruciale pour ces boîtiers », explique Andreas Tinner. « Sans cela, il est impossible de créer un vide poussé », ajoute-t-il. Et si les surfaces à l’intérieur présentent une grande rugosité ou même des stries, cela rend la formation du vide extrêmement difficile. Cela peut alors prendre plusieurs heures pour que la pompe ne produise le vide poussé souhaité ».

Lors de la recherche d’une machine adaptée, les premiers obstacles sont les coûts d’acquisition trop élevés et les délais de livraison trop longs. L’équipe d’usinage de Paul Oberholzer a toutefois pu trouver son bonheur lors d’une visite sur place à l’usine Starrag de Rorschacherberg. Au CPE (Center of Production Excellence), où Starrag teste et élabore de nouveaux processus d’usinage exigeants, ils ont pu observer le centre d’usinage à 5 axes STC 800 de plus près.

Starrag a mis au point la série STC pour l’usinage économique de pièces structurelles très exigeantes, de multiblades et de casings avec des temps de cycle longs. Ces centres d’usinage convainquent par leur très bonne stabilité et leurs excellentes propriétés dynamiques ainsi que par leur tête pivotante éprouvée qui permet l’usinage simultané sur 5 axes. Avec une taille de pièce maximale de 1 400 mm de diamètre et de hauteur et un poids de pièce admissible jusqu’à 2 000 kg, le STC 800 de Starrag répond à d’autres exigences de base.

Un support technologique optimal

Le concept de la STC 800 a tout de suite su convaincre le directeur de l’entreprise, M. Oberholzer, ainsi que les autres responsables : « Nous étions confiants sur le fait que la stabilité de la machine, associée aux bons outils, garantirait des surfaces parfaites et serait parfaitement adaptée à nos grandes pièces en aluminium. Notre usage quotidien le confirme ».

Les autres conditions cadres convenaient également. Au CPE, les machinistes de Max Schilling AG ont eu la possibilité de tester et optimiser la STC 800 avec leurs propres pièces avant l’achat. Paul Oberholzer ne tarit pas d’éloges à leur propos : « Le support technologique était vraiment optimal et a largement contribué à notre décision d’achat. Le savoirfaire de Starrag en matière d’enlèvement de copeaux de grands composants structurels est excellent. Les opérateurs de machines et les technologues savent exactement quels boulons tourner en cas de problèmes d’enlèvement de copeaux, par exemple pour éviter les vibrations et améliorer le résultat. Nous avons beaucoup appris à ce sujet ».

Finalement, le prix était également correct, comme le confirme Andreas Tinner : « Les machines Starrag ne sont pas dans nos moyens, nous en étions conscients. Et en tant que PME, nous ne pouvons pas nous permettre n’importe quelle dépense. C’était donc une immense opportunité pour nous d’acquérir une machine à moindre prix après qu’elle ait été utilisée pour des démonstrations et des tests. Elle a été entièrement révisée et était dans un état pour ainsi dire neuf ».

Boîtier de chambre en aluminium spécial : le taux d'enlèvement de copeaux est supérieur à 60 %.

Des conditions idéales pour la production de chambres à vide

La machine était également disponible à la date que nous souhaitions. Depuis mi-2021, la Starrag STC 800 est en fonctionnement dans le nouvel atelier de production de Mollis. Elle est la plupart du temps supervisée par deux équipes tournantes. Elle sert principalement à la fabrication de chambres de manipulation et de processus sous vide. Les outils PCD produisent des surfaces qui répondent à toutes les exigences. Les pièces sont ensuite pré-nettoyées et rincées plusieurs fois. Le montage a ensuite lieu dans une salle blanche de classe 7. Pour pouvoir livrer le sous-ensemble entièrement assemblé, Max Schilling a également investi dans une fameuse salle blanche. « Jusqu’à présent, notre calcul s’est avéré payant », se réjouit Andreas Tinner. « La production en chambre fonctionne très bien. Les boîtiers sortent en parfait état de la machine en un seul serrage, après une dizaine d’heures de travail. Pour l’instant, nous n’avons jamais eu de réclamation de la part de nos clients. Au contraire, nous avons même eu de nouvelles demandes pour des boîtiers encore plus grands. Nous ne nous attendions pas à cela aussi tôt. Mais nous avons déjà réservé un emplacement dans notre nouvel atelier, avec les fondations adéquates, afin d’être prêts pour un nouvel investissement. Et nous allons certainement entamer des négociations avec Starrag ».