Le apparecchiature a semiconduttore non dipendono solo da motori lineari, encoder, ottica e software di controllo. La base della macchina è altrettanto importante. Stabilisce la struttura di riferimento sotto il sistema di movimento, lo stadio wafer, il modulo di ispezione o il gruppo metrologico. Se tale riferimento cambia con il calore, le vibrazioni, la corrosione o il tempo, le prestazioni nel punto di processo possono risentirne.
Granito e ghisabasi macchinasono entrambe scelte ingegneristiche consolidate. Nessuno dei due materiali è universalmente "migliore". La scelta giusta dipende dalla precisione richiesta, dal percorso del carico, dall'ambiente operativo, dal metodo di integrazione, dagli obiettivi di costo e dalla durata prevista dell'apparecchiatura. Per le apparecchiature a semiconduttore, tuttavia, queste considerazioni spesso favoriscono basi di macchine di precisione in granito dove la stabilità geometrica a lungo termine-e l'isolamento ambientale sono fondamentali.
Perché la base della macchina è importante
Nella produzione di semiconduttori, piccoli cambiamenti strutturali possono diventare significativi. Una base che si espande in modo non uniforme, trasmette vibrazioni del pavimento o si sposta dopo l'installazione può influire sulla rettilineità del palco, sull'allineamento ottico, sul posizionamento del wafer e sulla ripetibilità.
Ciò è particolarmente rilevante per i sistemi di ispezione dei wafer, le apparecchiature AOI, le piattaforme metrologiche, le apparecchiature di elaborazione laser, le perforatrici per PCB, i sistemi di rivestimento di precisione e gli assiemi di ispezione in stile CMM-. Le prestazioni richieste non sono determinate solo dal materiale di base, ma la base fornisce il riferimento meccanico da cui dipende il resto del sistema.
Una buona base macchina deve supportare più funzioni contemporaneamente:
Mantenere la planarità e l'allineamento durante l'assemblaggio.
Fornire rigidità lungo i percorsi di movimento e carico.
Limitare l'influenza delle vibrazioni sui processi sensibili.
Controllare il movimento termico attraverso l'area di lavoro.
Accetta inserti, guide, cuscinetti d'aria, canali per cavi e altre interfacce funzionali.
Resta stabile durante il trasporto, l'installazione e il funzionamento a lungo-termine.
Basi per macchine in granito: stabilità e smorzamento
Il granito di precisione è ampiamente utilizzato nelle apparecchiature metrologiche e per semiconduttori perché combina massa elevata, smorzamento naturale, bassa conduttività termica e comportamento non-magnetico. Queste caratteristiche rendono il granito particolarmente adatto per strutture che trasportano guide di precisione, cuscinetti ad aria, moduli ottici o sistemi di ispezione.
Una base macchina in granito può assorbire le vibrazioni in modo più efficace rispetto a molte strutture metalliche convenzionali. Nella progettazione pratica delle apparecchiature, ciò può contribuire a ridurre la trasmissione delle vibrazioni indotte dal motore-, dei disturbi del pavimento e dell'eccitazione dinamica nell'area di misurazione o di processo. Il risultato non è automaticamente una migliore precisione; la progettazione completa della macchina è ancora importante. Tuttavia, lo smorzamento delle vibrazioni rappresenta un vantaggio significativo quando gli ingegneri lavorano con sistemi di misurazione e movimento ad alta-risoluzione.
Il comportamento termico è un'altra considerazione importante. Il granito ha generalmente un coefficiente di dilatazione termica inferiore rispetto alla ghisa e la sua conduttività termica relativamente bassa può rallentare il trasferimento del calore localizzato attraverso la struttura. Ciò è utile quando una macchina funziona vicino a motori, illuminazione, componenti elettronici o moduli di processo che creano un apporto di calore non uniforme. Il granito è anche una scelta comune per i sistemi di movimento ad alta-precisione poiché i progetti integrati possono ridurre le interfacce dei componenti, migliorare la rigidità e contribuire a ridurre l'errore di Abbe in alcune-configurazioni multiasse.pi-usa
Il granito non è-conduttivo e non-magnetico. Per le applicazioni di semiconduttori e metrologia che coinvolgono sensori sensibili, encoder magnetici, sistemi elettrici o esposizione chimica, queste proprietà possono semplificare alcune decisioni di progettazione. Inoltre, il granito non arrugginisce, il che riduce i problemi di manutenzione in ambienti umidi o strutture in cui possono essere presenti residui chimici.
Basi macchina in ghisa: forte capacità di integrazione
La ghisa rimane un materiale collaudato per le strutture delle macchine utensili e le attrezzature-per impieghi pesanti. La sua forza risiede nella producibilità, nelle connessioni filettate robuste, nella geometria complessa della fusione e nei processi di lavorazione familiari. I progettisti possono integrare nervature, passaggi del refrigerante, sporgenze di montaggio e cavità chiuse direttamente in una fusione.
Per le apparecchiature che richiedono frequenti modifiche meccaniche, carichi di fissaggio localizzati elevati o grandi quantità di elementi di montaggio lavorati a macchina, la ghisa può rappresentare un'opzione pratica. È inoltre particolarmente adatto ai centri di lavoro convenzionali, alle macchine da taglio e alle applicazioni in cui la rigidità e la complessità strutturale hanno priorità rispetto alla deriva termica ultra-bassa.
La ghisa ha proprietà smorzanti proprie, soprattutto se paragonata alle strutture in acciaio saldato. Tuttavia, è termicamente più reattivo del granito e potrebbe richiedere maggiore attenzione al controllo della temperatura, alla distensione, al rivestimento e alla protezione dalla corrosione. Il materiale è conduttivo e magnetico, il che può avere o meno importanza a seconda dell'architettura della macchina.
La domanda non è se la ghisa sia abbastanza precisa. Molte macchine di precisione altamente efficienti utilizzano con successo la ghisa. La questione chiave è se il suo comportamento termico e le caratteristiche strutturali si adattano alla finestra di processo richiesta del semiconduttore.
Granito e ghisa in sintesi
| Fattore di selezione | Base della macchina in granito di precisione | Basamento macchina in ghisa |
|---|---|---|
| Risposta termica | Generalmente espansione inferiore e trasferimento di calore più lento | Più reattivo alle variazioni di temperatura ambiente e localizzate |
| Comportamento alle vibrazioni | Forte smorzamento intrinseco, soprattutto per strutture metrologiche | Buono smorzamento, ma in genere più dipendente dalla geometria e dal design della macchina |
| Resistenza alla corrosione | Naturalmente resistente alla corrosione | Richiede rivestimenti o manutenzione per prevenire la ruggine |
| Proprietà elettriche e magnetiche | Non-conduttivo e non-magnetico | Conduttivo e magnetico |
| Integrazione funzionale | Inserti, assemblaggi incollati, superfici-con cuscinetti d'aria e interfacce-lavorate a macchina di precisione | Gettare-nervature, sporgenze, passaggi ed elementi filettati |
| La migliore vestibilità | Semiconduttori, metrologia, ottica, automazione di precisione | Macchine utensili, sistemi-per carichi pesanti, strutture di fusione complesse |
Selezione per apparecchiature a semiconduttore
Per le apparecchiature a semiconduttore, la selezione del materiale dovrebbe iniziare con le prestazioni di processo richieste piuttosto che con la preferenza per il granito o il metallo. Gli ingegneri dovrebbero definire la deriva termica consentita, lo spettro delle vibrazioni, le condizioni di carico, l'intervallo di corsa, le condizioni ambientali e i requisiti di integrazione prima di scegliere una base.
Il granito è spesso un ottimo candidato quando l'apparecchiatura richiede una piattaforma di riferimento stabile per misurazioni di precisione, gestione di wafer, movimento di cuscinetti d'aria-, ispezione ottica o assi a corsa lunga. I fornitori del settore utilizzano comunemente il granito di precisione nella produzione di semiconduttori, nell'automazione e nei sistemi di ispezione ad alta-precisione a causa della sua bassa espansione, comportamento di smorzamento, resistenza chimica e lavorabilità a livello micro-.reitz-natursteintechnik
La ghisa può rimanere la scelta migliore quando la geometria strutturale è estremamente complessa, quando le caratteristiche meccaniche integrate dominano la progettazione o quando la precisione richiesta può essere mantenuta attraverso la gestione termica e la calibrazione.
Nel nostro lavoro pratico con componenti di precisione in granito, i progetti di maggior successo sono solitamente quelli in cui la base viene presa in considerazione nelle prime fasi della fase di progettazione della macchina-. Le posizioni degli inserti, le interfacce delle rotaie, i riferimenti di assemblaggio, i punti di sollevamento, i requisiti delle camere bianche e i metodi di ispezione dovrebbero essere definiti prima dell'inizio della produzione. Ciò consente alla struttura in granito, alle interfacce metalliche e al sistema di movimento di funzionare come un unico assemblaggio controllato-non come parti separate costrette insieme nella fase finale.
Per le apparecchiature a semiconduttore, il materiale migliore è quindi quello che supporta l'intero budget per la precisione. In molte applicazioni di ultra-precisione e metrologia-, una base macchina di precisione in granito offre una base durevole e stabile. In altri, la ghisa rimane una soluzione ingegneristica sensata. La decisione dovrebbe essere presa sulla base dei requisiti misurati e non solo della reputazione materiale.