Voor technische reinheid is procesbeheersing een absolute must

Door: Paul Meijerink, Sales and productmanager 2-S

Met de nieuwe cleanliness eisen van ASML zal van de verspanende toeleveranciers méér dan ooit beheersing van het totale proces worden gevraagd. Elk detail kan grote gevolgen hebben voor het eindresultaat: een goed gereinigd of goed anodiseerbaar onderdeel. Paul Meijerink, sales en productmanager bij 2-S, laat dit zien aan de hand van enkele voorbeelden uit de praktijk van 2-S.

Tien jaar geleden ging het bij CNC-verspanen vooral om de machine, het gereedschap en de frees- of draaistrategie. Door met deze drie factoren te spelen, konden verspaners ofwel maximale geometrische en oppervlakte nauwkeurigheid of maximale productiviteit realiseren. Of een mix van beide. Het koelsmeermiddel was voor de meeste bedrijven in die tijd een noodzakelijk kwaad. ASML heeft hierin met de GSA (Generic Standard of ASML) Cleanliness Grade verandering gebracht. De technische reinheid van onderdelen voor de halfgeleiderindustrie ligt tegenwoordig op een hoog niveau.

Extra eisen voor nieuwe machine

Dit jaar heeft ASML de nieuwe GSA gepresenteerd. Hierin maakt het duidelijk onderscheid tussen de moleculaire en de partikel reinheid, oftewel de filmische verontreiniging en de deeltjesvervuiling. Deze laatste vervuiling is al langer bekend: ASML accepteert voor Grade 2 en straks Grade 1 slechts een beperkt aantal deeltjes op het oppervlak. Met een PMC-meting moet dit bewezen worden. De regels rond de moleculaire reinheid van onderdelen zijn nieuw. Dit heeft te maken met de nieuwe generatie machines die de Veldhovense machinebouwer ontwikkelt, de EXE 5000 serie. Zogenaamde HIOelementen (bijvoorbeeld zink, magnesium, mangaan, chloor, natrium et cetera) blijven soms achter op het werkstuk, ook nadat het gereinigd is. Het gaat niet om partikels maar om moleculen. Het H2 plasma in de chipmachine kan ervoor zorgen dat deze moleculen loskomen en neerslaan op de optiek, wat tot een onomkeerbaar verlies van lichtopbrengst leidt. Daarom legt ASML de lat opnieuw hoger. Naast de RGA-meting (die de aanwezigheid van koolwaterstoffen meet) komt er een nieuwe meetmethode bij kijken: XPS om aan te tonen hoeveel HIOelementen nog aanwezig zijn.

Bewustzijn van belang procesbeheersing

We merken dikwijls dat verspanende bedrijven zich nog onvoldoende bewust zijn van de invloed die elk detail in het verspanend proces kan hebben op het eindresultaat. Dat begint bij de selectie van het juiste aluminium en de selectie van de CNC-machine tot de behandeling van het koelsmeerbad, hoe je de onderdelen vastpakt tot en met de verpakking ervan. Grade 2 en Grade 1 vergen controle over elke stap. Toen één van onze klanten laatst problemen had met het anodiseren van aluminium, bleek dit niet aan het koelsmeermiddel te liggen maar aan het gebruikte aluminium. De DIN-normen laten ruimte voor verschillende verhoudingen van de legeringselementen. Een tweede voorbeeld. Moleculaire verontreinigingen, de HIO-elementen, zijn voor vele verspaners nieuw. Een toeleverancier die recent problemen ondervond met het halen van de eisen in de nieuwe GSA, bleek de grote aluminium blokken te frezen op een machine die oorspronkelijk voor het bewerken van staal is gekocht. Op machines voor staalbewerking zit vaak een eenvoudig papierband filter, dat het koelsmeermiddel onvoldoende reinigt voor de nieuwe eisen. Staalspanen zakken naar de bodem, aluminium spanen blijven drijven. Bij de aankoop van een nieuwe machine moet technische reinheid ook een rol mee spelen, bijvoorbeeld welke filtersystemen passen, hoe gemakkelijk laat de machine zich reinigen?

HIO-elementen: een voorbeeld

Een van de HIO-elementen waaraan ASML grenzen stelt, is magnesium. Magnesium zit echter ook in aluminium, vaak in een concentratie van 1%. De aluminium spanen zullen altijd een deel van het magnesium afstaan aan het koelsmeerbad. Wie dat niet goed reinigt of regelmatig ververst, zal vroeg of laat problemen krijgen met de moleculaire verontreiniging. Voor veel verspaners is dit volslagen nieuw: het vervangen van het koelsmeerbad zonder dat voor hun gevoel de standtijd is bereikt. Dat zijn ze niet gewend. In precisiereinigingsmachines is het echter normaal om wekelijks of nog vaker het reinigingsmiddel te verversen of intensief te reinigen. Bij het verspanen is dit vaak de enige oplossing om aan de uiteindelijke Grade 2 en Grade 1 eisen ten aanzien van moleculaire reinheid te voldoen. Of men moet bereid zijn te investeren in hele dure filters.

Handschoenen

Nog een derde voorbeeld. Grade 2 of Grade 1 onderdelen kun je niet meer met je blote handen vastpakken, want de verontreiniging die daardoor ontstaat, is niet meer te verwijderen. Of zeer moeilijk. Handschoenen zijn een goedkope en effectieve oplossing, die bovendien ook nog eens beschermen tegen allerlei mensonvriendelijke stoffen in de emulsie, waar helaas een groeiend aantal verspaners een allergie voor ontwikkelt.

Deze drie voorbeelden tonen aan dat ogenschijnlijke details in het verspaningsproces - en er zijn er nog veel meer - grote invloed kunnen hebben op het eindresultaat. De afgelopen jaren hebben we met 2-S veel ervaring in toelevering aan de halfgeleiderindustrie opgedaan, waardoor we snel weten in elke richting we een oplossing voor onze klanten moeten zoeken. Komend jaar gaan we in een serie artikelen dieper in op elk deelaspect. Heb je zelf al vragen, stel ze, dan kunnen we in de keuze van de onderwerpen hierop inspelen. Of we pakken het één op één op.

www.2-s.eu