Решение проблем полупроводникового производства: руководство по индивидуальным решениям для токарной обработки на станках с ЧПУ.

Токарная обработка полупроводников на станках с ЧПУ обеспечивает необходимую точность для производства современных полупроводниковых чипов; в противном случае погрешность в 0,1 мкм приведет к утилизации всей производственной партии пластин.

Функциональность ключевых компонентов, таких как уплотнительные поверхности плазменной камеры, концентричность кремниевых электродов и качество обработки поверхности ВЧ-окна, напрямую связана с управлением технологическим процессом токарной обработки на станках с ЧПУ для полупроводниковой промышленности. Даже если чертежи требуют допусков ±0,005 мм и качества обработки поверхности Ra 0,4 мкм, обычным обрабатывающим предприятиям будет сложно выполнить эти требования .

В данной статье будут рассмотрены основные технологические проблемы токарной обработки полупроводников на станках с ЧПУ и предложены практические рекомендации по выбору надежного поставщика услуг токарной обработки полупроводниковых деталей на станках с ЧПУ.

Обзор ключевых ответов

Основные выводы:

• Субмикронная точность является ключевым фактором для полупроводникового оборудования. Радиационное разрешение плазменной камеры Ra≤0,4 мкм и концентричность кремниевого электрода≤5 мкм являются прямыми факторами, определяющими выход годных пластин.
• Для обработки специальных материалов, таких как высокочистый алюминий и PEEK, требуются процессы, исключающие загрязнение, и специальные конструкции инструментов. Свойства материала определяют процесс.
• Обратная связь на ранних этапах проектирования с учетом технологичности производства (DFM) может предотвратить проблемы в процессе обработки, снизить общие затраты и обеспечить добавленную стоимость более чем на 30%.
• Проверка поставщиков должна основываться на данных, включая отчет CMM, данные SPC и подтверждение работоспособности процесса с показателем Cpk≥1,67.

Почему стоит доверять этому руководству? Опыт компании JS Precision в области токарной обработки на станках с ЧПУ.

Компания JS Precision, являясь ведущим поставщиком услуг по токарной обработке на станках с ЧПУ для полупроводниковой промышленности, обладает 15-летним опытом поставки действительно важных компонентов для глобальных OEM-производителей и поставщиков первого уровня .

Наш практический опыт включает в себя разработку фокусирующих колец из высокочистого кремния для американского производителя полупроводникового оборудования, что позволило сократить срок поставки на 60% и повысить выход годной продукции до 99,2%.

У нас есть профессиональная команда специалистов по обработке полупроводников. Из 28 штатных экспертов по обработке полупроводников 6 имеют сертификаты по прецизионной обработке от Общества инженеров-производственников (SME) и являются экспертами в области токарной обработки на станках с ЧПУ для всего процесса производства полупроводников.

Мы реализовали более 500 активных проектов в полупроводниковой отрасли, затрагивающих различные критически важные компоненты, такие как плазменные камеры, ВЧ-электроды и вакуумные фланцы. За последние 3 года не было серьезных инцидентов, связанных с качеством, и мы специализируемся на высокоточной токарной обработке деталей на станках с ЧПУ.

Мы обладаем авторитетными сертификатами, такими как ISO 9001:2015 и ISO 14001. Наша чистая комната соответствует стандартам класса 1000, и мы являемся сертифицированным поставщиком для 3 из 10 ведущих мировых производителей полупроводникового оборудования, имея необходимые квалификации в качестве профессионального поставщика оборудования для токарной обработки полупроводников на станках с ЧПУ.

Кроме того, мы надежны и заслуживаем доверия, поскольку внедрили систему отслеживания партий продукции на всех этапах производства, позволяющую проследить процесс от партии до детали, станка и оператора . Для всех критических размеров обязательно значение Cpk ≥ 1,67, и по каждому новому проекту предоставляется отчет о проверке первого образца, подготовленный независимой лабораторией.

Хотите быстро убедиться в возможностях JS Precision по токарной обработке полупроводников на станках с ЧПУ, а также ознакомиться с примерами работ наших клиентов и сертификатами? Отправьте ваши первоначальные требования, и мы в течение 24 часов свяжемся с вами и предоставим бесплатную техническую консультацию по токарной обработке на станках с ЧПУ.

Почему токарная обработка на станках с ЧПУ в полупроводниковой промышленности имеет решающее значение для достижения субмикронных допусков?

В полупроводниковой промышленности токарная обработка на станках с ЧПУ, по сути, означает достижение чрезвычайно высоких допусков, значительно меньших, чем микрон. Это требует преодоления трех основных проблем: материалов, оборудования и термокомпенсации , что, по сути, исключает отклонения в процессе обработки и загрязнения.

Свойства материалов и проблемы обработки

Полупроводниковые компоненты изготавливаются из очень специфических материалов, поэтому они легко царапаются или деформируются в процессе обработки даже при простом контакте. Следовательно, необходимы специальные технологические процессы. Конкретные параметры следующие:

Контроль загрязнения является ключевым элементом обработки полупроводников. С самого начала принимаются такие меры, как обработка без масла, чистые помещения с HEPA-фильтрами и антистатические процессы, чтобы предотвратить загрязнение кремниевых пластин.

Требования к жесткости оборудования

Для достижения субмикронной точности одним из факторов, определяющих производительность, является виброустойчивость станка, на что обычные станки не способны . Высокопрочный токарный центр с ЧПУ должен удовлетворять следующим основным требованиям:

• Высокодемпфирующая чугунная станина: чугун Meehanite обладает высокой способностью к поглощению вибраций и, следовательно, снижает деформацию детали.
• Прочная конструкция: общий вес машины составляет 8 тонн, а для устранения люфта используются направляющие увеличенного диаметра и шариковые винты .
• Высокоточный шпиндель: гидростатический или пневматический шпиндель с радиальным биением ≤0,5 мкм, обеспечивающий стабильность резки.

Высочайшее качество изделия с точки зрения чистоты поверхности Ra 0,16 мкм и допуска ±0,002 мм может быть достигнуто только с помощью станков с высокой жесткостью, недостижимой для обычных станков .

Технология термокомпенсации

Длительная обработка без термического дрейфа может серьезно повлиять на критически важные размеры. Для решения этой проблемы в новейших станках используется технология термокомпенсации в реальном времени, которая включает в себя:

• Многоточечное измерение температуры: для очень точного мониторинга изменений температуры и определения источника теплового дрейфа используются 6-12 датчиков.
• Алгоритм динамической компенсации: модель термической деформации предварительно загружается, и траектория движения инструмента корректируется в реальном времени, поддерживая погрешность в пределах ±2 мкм.
• Термостабильная среда: чистое помещение класса 1000 с контролем температуры ±0,5℃, что обеспечивает стабильность процесса.

Без технологии термокомпенсации даже самые точные станки не могут долгое время поддерживать допуски на уровне субмикрон. Если вас интересует конфигурация устройства, вы можете связаться с нами для получения данных реальных испытаний.

Рисунок 1: Крупный план станка с ЧПУ, активно обрабатывающего резьбовой металлический вал, вокруг которого расположены несколько режущих инструментов в высокотехнологичной мастерской.

Как определить поставщика оборудования для токарной обработки полупроводниковых деталей на станках с ЧПУ, способного обеспечить высокую надежность в различных условиях?

Ключевым моментом при выборе поставщика оборудования для токарной обработки полупроводниковых деталей на станках с ЧПУ является его способность стабильно поставлять безупречные детали без каких-либо дефектов. Вот логичная схема отбора, которая поможет вам начать.

Сертификация и чистота

Надежной основой является стандарт ISO 9001. Поставщик, соответствующий требованиям полупроводниковой промышленности, может сосредоточиться на проверке следующих четырех пунктов:

• Чистое помещение: производственные и упаковочные зоны должны соответствовать классу 1000, зоны обработки наиболее чувствительных компонентов — классу 100, и должно быть доступно проведение сертификационных испытаний.
• Антистатические свойства: Весь процесс должен соответствовать стандартам ANSI/ESD S20.20 , и должна быть предоставлена ​​соответствующая документация.
• Контроль загрязнения: Смазочно-охлаждающая жидкость фильтруется через поры ≤5 мкм, используется сухая обработка и ультразвуковая очистка. Предоставляются отчеты о количестве частиц.
• Экологическая сертификация: сертификация ISO 14001/45001 для предотвращения рисков, связанных с несоответствием нормативным требованиям в цепочке поставок.

Индикаторы технической проверки

Поставщики должны быть в состоянии предоставить количественно измеримые доказательства своей компетентности, в основе которых лежат следующие пять пунктов:

• Отчет DFM: обработка в течение 24-48 часов , выявление рисков на ранней стадии и предоставление образцов из предыдущих испытаний.
• Производственные возможности: Важные параметры Cpk 1,67, предоставлено не менее 3 партий контрольных диаграмм SPC.
• Первичная проверка изделия: отчет по стандарту AS9102, включающий полные данные испытаний.
• Контроль микрозаусенцев: Предоставляет микроскопические фотографии и документацию по процессу удаления заусенцев.
• Система отслеживания: Она обеспечивает полное отслеживание процесса производства деталей для соответствия требованиям и анализа неисправностей.

Ниже приведена таблица основных параметров и соответствующих данных о производительности, полученных в ходе испытаний в условиях массового производства, что позволяет компаниям точно подобрать параметры, соответствующие их производственным потребностям.

Беспокоитесь о недостатке профессиональных навыков для полной проверки квалификации поставщика оборудования для токарной обработки полупроводников на станках с ЧПУ? Расскажите нам о ваших потребностях в проверке поставщиков, и JS Precision предоставит вам бесплатный список для оценки поставщиков, который поможет вам быстро отсеять неквалифицированных поставщиков и снизить риски в цепочке поставок.

Каковы последствия для стоимости и качества при закупке деталей для токарной обработки на станках с ЧПУ в Китае?

Многие компании ошибочно полагают, что при закупке деталей для токарной обработки на станках с ЧПУ в Китае им приходится выбирать между стоимостью и качеством. Однако, если найти правильный подход, можно снизить затраты и при этом получить качество обработки, соответствующее полупроводниковым стандартам .

Во-первых, главный фактор, который следует учитывать при выборе между хорошими и не очень хорошими компаниями, занимающимися токарными станками с ЧПУ, — это конфигурация их оборудования. Отдавайте предпочтение поставщикам, которые уже используют высококлассные токарные центры с ЧПУ, таким как DMG MORI и Haas.

Такие станки позволяют с высокой надежностью достигать субмикронной точности, что снижает скрытые затраты на переделку и брак. Компания JS Precision, являясь лидером отрасли, оснащена полным комплектом высокотехнологичного оборудования, такого как DMG MORI и DOOSAN, что позволяет сбалансировать точность обработки и стоимость.

Во-вторых, разработайте стратегию закупок по принципу «первый уровень — второй уровень», чтобы иметь возможность точно регулировать стоимость и качество.

Какие характеристики токарного станка с ЧПУ являются необходимыми для обработки сложных полупроводниковых компонентов?

К полупроводниковым компонентам предъявляются очень строгие требования к конфигурации станка. Для обработки необходимы следующие три ключевые характеристики:

Многозадачная обработка композитных материалов

Обработка сложных компонентов включает в себя несколько задач, которые необходимо выполнить за один процесс зажима. Для этого требуется 5-осевой станок с ЧПУ, в том числе с осью B, способный контролировать погрешности зажима в пределах 3 мкм, предотвращая накопление ошибок.

Станок Makino DA500 разработан специально для обработки полупроводников, позволяя одновременно выполнять токарную, фрезерную и сверлильную обработку .

Адаптивность к вертикальному и горизонтальному повороту

Выбор конфигурации следует основывать на размере компонента . Вертикальная конфигурация предпочтительна для крупных компонентов, а горизонтальная — для компонентов небольшой или большой длины. Это обеспечивает точность.

Автоматизация и интеллектуальная конфигурация

Автоматизированные системы загрузки и выгрузки позволяют осуществлять обработку без участия человека. Онлайн-измерения и компенсация износа инструмента в режиме реального времени, а также интеллектуальное техническое обслуживание могут помочь сократить незапланированные простои более чем на 30%.

Чем отличаются изготовленные на заказ прецизионные детали, обработанные на станках с ЧПУ, от стандартных механически обработанных компонентов?

Основное различие между деталями, изготовленными на заказ с помощью высокоточной токарной обработки на станках с ЧПУ, и стандартными деталями заключается в том, что первые изготавливаются специально для обеспечения точности, контроля загрязнения и сложных конструкций, необходимых в полупроводниковой промышленности. По сути, это три основных момента, в которых эти детали отличаются:

Сотрудничество в области проектирования и технологичности производства

В отличие от стандартных деталей, для которых не требуется подобное сотрудничество, изготовление деталей на станках с ЧПУ начинается на этапе проектирования с учетом технологичности производства (DFM), где инженеры с самого начала активно участвуют в процессе оптимизации конструкции, что позволяет снизить риски, связанные с обработкой.

В случае оптимизации конструкции ВЧ-электрода, компания JS Precision, например, заменяет внутренние прямые углы скруглениями R2, что не только сокращает время обработки на 35% , но и помогает устранить микрозаусенцы.

Обработка сложных геометрических элементов

Сложные по форме элементы, например, эксцентричные отверстия и микрорезьба, невозможно изготовить из стандартных деталей, поэтому они становятся необходимостью для высокотехнологичных станков и специализированных процессов .

Компания JS Precision, используя токарные станки швейцарского типа, может обрабатывать тонкие валы и выполнять комбинированную обработку, удовлетворяя таким образом сложным требованиям к полупроводниковым компонентам.

Специальная обработка поверхности

В то время как в деталях, изготовленных на заказ, приоритет отдается предотвращению загрязнений и точному техническому обслуживанию, стандартные детали в основном ориентированы на предотвращение коррозии за счет соответствующей обработки поверхности. Основные различия весьма существенны:

• Бесэлектролитное никелирование: толщина 10-50 мкм, исключающее отслаивание покрытия и загрязнение.
• Пассивирующая обработка: соответствует стандартам ASTM A967, предотвращая загрязнение пластины нержавеющей сталью.
• Черное анодирование: Строго контролируемая толщина пленки, подходит для прецизионной сборки.

В каких случаях для крупноформатной полупроводниковой продукции следует отдавать предпочтение вертикальной токарной обработке на станках с ЧПУ, а не горизонтальной?

Для обработки крупных полупроводниковых деталей диаметром более 500 мм вертикальная токарная обработка на станках с ЧПУ может обеспечить значительные преимущества. Области применения и основные преимущества следующие:

Гравитационный эффект и преимущества точности

При горизонтальном точении вес крупных деталей легко может вызывать изгиб и деформацию . Вертикальное точение предполагает использование гравитационной опоры, что позволяет достичь плоскостности ≤3 мкм и более стабильной концентричности, удовлетворяя требованию Ra≤0,4 мкм.

Преимущества зажима и погрузки/разгрузки

Ценность крупных заготовок очень высока. Вертикальное зажимание стола позволяет легко поднимать заготовки, тем самым снижая риск повреждения зажима на 80% . Вакуумные зажимы используются для тонкопленочных компонентов, что предотвращает царапины и деформацию.

Преимущества жесткости двухколонной конструкции

Симметричная двухколонная конструкция обладает очень высоким уровнем виброустойчивости, что позволяет обрабатывать очень твердые материалы, сохраняя при этом чистоту поверхности Ra 1,6 мкм, что значительно превосходит эффективность горизонтальной токарной обработки. Компания JS Precision располагает несколькими высококлассными вертикальными обрабатывающими центрами, способными обрабатывать детали диаметром до 2000 мм .

Вам требуется обработка крупных полупроводниковых компонентов, но вы не уверены, подходит ли вам вертикальная токарная обработка на станках с ЧПУ? Сообщите нам размеры, вес и требования к точности ваших компонентов, и компания JS Precision предоставит вам индивидуальное решение по обработке и бесплатную смету на услуги по токарной обработке крупных компонентов на станках с ЧПУ .

Рисунок 2: Сравнительный анализ двух токарных станков с ЧПУ, демонстрирующий надежную конструкцию модели, предназначенной для полупроводниковой промышленности, по сравнению с моделью общего назначения.

Пример из практики JS Precision: американский производитель полупроводникового оборудования сократил сроки выполнения заказов на 60% благодаря токарной обработке на станках с ЧПУ по индивидуальному заказу.

Практические примеры из практики — наиболее эффективный способ продемонстрировать навыки поставщика. Вот полный пример из практики компании JS Precision, которая поставляет индивидуальные решения для токарной обработки на станках с ЧПУ американскому производителю полупроводникового оборудования, наглядно демонстрирующий нашу способность решать основные проблемы, с которыми сталкивается клиент.

Проблемы

Фокусирующее кольцо из высокочистого кремния заказчика (наружный диаметр 420 мм), первоначально поставленное поставщиком с использованием горизонтального многозажимного процесса, имеет три основных недостатка: отклонение концентричности на 12 мкм (требование ≤ 5 мкм), микротрещины на поверхности и чрезмерно длительный срок поставки — 8 недель.

Решение

Компания JS Precision, используя свои знания в области обработки деталей на заказ, применила трехэтапную схему модернизации для решения этих проблем, причем основной технологией на протяжении всего процесса стала токарная обработка на станках с ЧПУ полупроводникового класса .

1. Совместная оптимизация DFM:

В непосредственном контакте с заказчиком мы предложили внедрение этапа отжига при температуре 650 ℃ для снятия напряжений в материале, оптимизацию траектории движения инструмента на основе последовательности «черновая обработка + естественное старение + чистовая обработка» , а также разработку специального мягкого вакуумного зажима с губками для устранения деформации при зажимании и, таким образом, обеспечения соосности.

2. Модернизация технологической цепочки:

Благодаря использованию вертикального токарного станка DOOSAN VCF 850 ​​обработка внутренних и внешних диаметров выполнялась за одну операцию зажима , что исключало накопление погрешностей.

Для чистовой обработки использовались алмазные инструменты из поликристаллического алмаза (PCD), что позволило увеличить скорость резания и обеспечить высокое качество поверхности, а также была создана система онлайн-измерений для корректировки износа инструмента в режиме реального времени.

3. Тщательная проверка и выпуск:

Полноразмерный контроль с помощью координатно-измерительной машины ZEISS CONTURA, измерение шероховатости поверхности с помощью измерителя шероховатости поверхности (обеспечение Ra≤0,4 мкм) и ультразвуковой контроль для выявления микротрещин. К выпуску допускаются только изделия, прошедшие проверку.

Результаты

Мы не только успешно решили основные проблемы клиента, но и добились результатов, которые значительно превзошли его ожидания:

Концентричность фокусирующего кольца 3,2 мкм (Cpk=1,82), шероховатость поверхности Ra 0,35 мкм, отсутствие трещин, срок поставки сокращен до 3 недель (включая морскую перевозку), снижение на 60%, затраты на закупку снижены на 35%. Заказчик предоставил нам 100% заказа на этот компонент, с годовым объемом закупок 800 единиц.

Сталкиваетесь ли вы также с проблемами низкой точности, медленной доставки и высокой стоимости ваших полупроводниковых компонентов? Ознакомьтесь с этой историей успеха и свяжитесь с JS Precision. Мы разработаем для вас индивидуальное решение для токарной обработки на станках с ЧПУ , которое поможет решить проблемы обработки, сократить сроки поставки и снизить затраты на закупку.

Рисунок 3: Несколько высококачественных алюминиевых дисков и колец, изготовленных на заказ, демонстрирующих готовые компоненты, произведенные методом токарной обработки на станках с ЧПУ для полупроводникового оборудования.

Часто задаваемые вопросы

В1: Какие материалы обычно используются для токарной обработки полупроводниковых компонентов на станках с ЧПУ?

Для токарной обработки полупроводниковых компонентов на станках с ЧПУ чаще всего используются высокочистый алюминий, нержавеющая сталь, полиэфирэфиркетон (PEEK), бескислородная медь, титановые сплавы и специальная керамика. Для обработки всех этих материалов требуются специальные процессы токарной обработки, характерные для полупроводниковой промышленности .

В2: Каков ваш минимальный допустимый уровень?

Наши высокоточные детали, изготовленные на станках с ЧПУ, обеспечивают повторяемость ±0,005 мм в непрерывном режиме, а после оптимизации основных характеристик — до ±0,002 мм , что позволяет полностью соответствовать требованиям полупроводникового производства в субмикронном диапазоне.

В3: Как вы гарантируете стабильность качества при массовом производстве?

Мы используем статистический контроль процессов SPC, выборочный контроль с помощью координатно-измерительных машин (CMM) и прослеживаемость партий на протяжении всего процесса. Благодаря ключевой характеристике Cpk ≥ 1,67 мы можем гарантировать размерную однородность в массовом производстве.

В4: Каковы типичные сроки доставки образцов?

Образцы стандартных полупроводниковых деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, доставляются в течение 7-10 дней, а сложные образцы, изготовленные по индивидуальному заказу, — в течение 12-15 дней. Также доступен вариант ускоренной доставки, позволяющий осуществить доставку и проверку всего за 5 дней .

В5: Каков минимальный объем заказа?

Для того чтобы помочь клиентам проверить точность и качество продукции, доступен заказ образцов по 1 штуке . Минимальный объем заказа для серийного производства составляет 50-100 штук, при этом ограничения по минимальному объему заказа для долгосрочных клиентов могут быть гибкими.

В6: Как проверить возможности поставщика по контролю чистоты?

Чтобы полностью убедиться в их способности контролировать чистоту, вы можете запросить соответствующие сертификаты, данные испытаний, разрешить видеоаудит и ознакомиться с примерами успешных проектов у клиентов.

В7: Влияет ли обработка поверхности на допуски по размерам?

Обработка поверхности влияет на допуски по размерам. Размеры до и после нанесения покрытия должны быть указаны на чертежах. Чтобы убедиться, что изменения соответствуют стандарту, мы предоставим рекомендации по корректировке на этапе проектирования с учетом технологичности производства (DFM).

В8: Каковы ваши возможности по обработке крупных деталей (>500 мм)?

Мы обладаем высококвалифицированными возможностями крупномасштабной токарной обработки на станках с ЧПУ, что позволяет нам изготавливать крупные детали максимальным диаметром 2000 мм и максимальной грузоподъемностью 5 тонн , сохраняя при этом высокий уровень точности и стабильности обработки.

Краткое содержание

На технологическом узле 2 нм точность полупроводниковых компонентов приближается к субмикронному уровню. Для полупроводниковой промышленности токарная обработка на станках с ЧПУ является ключевым элементом, позволяющим преодолеть барьеры точности. Ключ к успеху партнера заключается в его неустанном стремлении к точности и качеству.

Компания JS Precision работает в отрасли более 10 лет, располагает высокотехнологичным оборудованием и имеет все необходимые сертификаты. Она сотрудничает с ведущими мировыми производителями оборудования для полупроводниковой промышленности и накопила богатый практический опыт.

Если вы ищете поставщика оборудования для токарной обработки полупроводников на станках с ЧПУ , хотите заказать прецизионные детали, изготовленные на заказ с помощью станков с ЧПУ, или приобрести детали для токарной обработки на станках с ЧПУ в Китае, JS Precision — одна из ведущих компаний в отрасли и ваш надежный партнер.

Пришлите нам ваши чертежи или требования, и мы предоставим вам бесплатный анализ DFM и коммерческое предложение в течение 24 часов, что позволит вашему оборудованию превзойти все пределы точности.