Technologischer Vorsprung durch Ultraschall
Moderne EUV-Lithographiesysteme produzieren immer leistungsfähigere Mikroprozessoren, weil sie Strukturgrößen im Bereich weniger Nanometer realisieren und damit mehr Transistoren auf den kleinen Chips unterbringen. Diese technologische Meisterleistung hat ihren Ursprung bereits im Bau der Lithographieanlagen. Damit sie bei der Belichtung der Wafer millionenfach dieselben Bewegungs- und Positioniervorgänge mit atomarer Präzision wiederholen können und dauerhaft den thermischen Belastungen standhalten, werden ihre Komponenten aus Materialien wie Siliziumcarbid und Zerodur gefertigt. Die 1994 gegründete Fuchshofer Präzisionstechnik GmbH aus Eibiswald in der Steiermark hat sich auf die Bearbeitung von genau solchen hartspröden Advanced Materials spezialisiert – mittels ULTRASONIC-Technologie von DMG MORI. Dass sich die Ultraschall-gestützte Fertigung mehr als bewährt, zeigt der Maschinenpark mit insgesamt 14 ULTRASONIC-Modellen. Erst 2024 wurden zwei weitere ULTRASONIC 50 der 3. Generation installiert, um die steigende Nachfrage aus dem Bereich Semiconductor erfüllen zu können.
ULTRASONIC: Bearbeitungsqualität auf höchstem Niveau
Als Fuchshofer 2005 die erste ULTRASONIC-Maschine von DMG MORI anschaffte, hatte das Team bereits langjährige Erfahrung in der Präzisionsbearbeitung. Das Leistungsspektrum umfasste damals wie heute Drehen, Fräsen, Schleifen und Drahterodieren. „Seit 2017 haben wir mit der Fuchshofer Advanced Manufacturing auch die additive Fertigung im Programm“, so Aaron Reinisch über die enorme Fertigungstiefe. Er leitet den Bereich Keramik & Hartstoffe, was vor allem die ULTRASONIC-Maschinen einschließt. „Das starke Wachstum in der Halbleiterindustrie hat in den vergangenen acht Jahren zu beinahe jährlichen Neuinvestitionen in diese Technologie geführt.“ Den ULTRASONIC-Modellen von DMG MORI sei Fuchshofer treu geblieben. „Zum einen kennen wir die Maschinen in- und auswendig. Zum anderen gewährleisten sie das hohe Niveau der Bearbeitungsqualität unserer Bauteile, die wir und unsere Kunden erwarten.“
Ultraschall-gestütztes Bohren, Schleifen und 5-Achs-Fräsen
Die Ultraschalltechnologie erlaubt es Fuchshofer, technische Keramiken, Verbundstoffe oder Hartmetall ebenso zuverlässig und präzise zu bearbeiten wie Quarzglas, Zerodur oder Saphirglas. Das Funktionsprinzip ist gleichzeitig innovativ und einfach: Ein ULTRASONIC-Aktor versetzt das Werkzeug in eine hochfrequente Schwingung und überlagert damit seine rotatorische oder lineare Bewegung. Daraus resultiert ein pulsierender Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück, was unter anderem einen kontrollierten Abtrag ermöglicht und das Risiko von Mikrorissen minimiert.
Die vielfältigen Anwendungen dieser Technologie reichen von Präzisionsbohrungen mit einem Durchmesser von ø 0,4 mm über das Ultraschall-Schleifen bis hin zum 5-achsigen Ultraschall-Fräsen von 3D-Konturen. „Den größten Anteil haben bei uns aktuell Platten aus Siliziumcarbid“, so Aaron Reinisch. Auf ihnen werden die Wafer in Lithographieanlagen montiert. „Wir versehen die temperaturstabilen Komponenten beispielsweise mit feinen Kühlkanälen, damit sie noch resistenter werden gegen die thermischen Einwirkungen in der Halbleiterproduktion.
Prozesssicher fertigen mit galvanisch durchsetzten Diamantwerkzeugen
Da Siliziumcarbid fast so hart ist wie Diamant, erfordert die ULTRASONIC-Bearbeitung entsprechende Diamantwerkzeuge. Fuchshofer setzt hier auf galvanisch durchsetzte Schleifstifte von Schott und dem DMQP-Partner Effgen. „Es handelt sich um selbstschärfende Werkzeuge, die auf Standzeiten von bis zu 15 Stunden kommen und drei- bis viermal abgerichtet werden können“, begründet Aaron Reinisch die Wahl. Dies ermögliche eine sehr prozesssichere und gleichzeitig mannarme Fertigung. Die Bearbeitung der Siliziumcarbid-Komponenten erfolgt nach kundenseitigen Vorgaben und nimmt bis zu 60 Stunden in Anspruch. Aaron Reinisch ist absolut zufrieden: „Ausschussraten von unter einem Prozent zeigen uns, dass der Prozess in diesem Fall optimal läuft.“
Prozessoptimierung durch enge Zusammenarbeit
Die Technologievielfalt in den Produktionshallen bietet Fuchshofer viel Spielraum, stets die beste Fertigungsstrategie auszuarbeiten. „Wir kooperieren eng mit unseren Kunden, um Bearbeitungsprozesse zu optimieren“, erklärt Aaron Reinisch. Manchmal sei es effizienter ein Werkstück auf herkömmlichen CNC-Maschinen zu fräsen, in anderen Fällen sei eine ULTRASONIC-Maschine zwingend erforderlich. „Wir betrachten immer die Kombination aus technischen Anforderungen und den jeweiligen Vorteilen des Bearbeitungsverfahrens.“ Fuchshofer wagt sich so auch an neue Werkstoffe heran, die in Zukunft wichtig werden können. Das extrem bruchzähe Siliziumnitrid nennt Aaron Reinisch als ein solches Beispiel: „Das Material ist für den Bereich Semiconductor höchst interessant, aber die Bearbeitung extrem schwierig.“ Mit Hilfe der ULTRASONIC-Maschinen arbeite das Team an zuverlässigen Fertigungslösungen für Bauteile aus Siliziumnitrid. „Entscheidend ist das Zusammenspiel aus Werkzeug, Technologie und Schnittparameter.“
Mit Fortschritt neue Märkte erschließen
Aaron Reinisch ist sich sicher: „Der Einsatz neuer Technologien und die Optimierung bestehender Prozesse sind zentrale Elemente, die unser Leistungsspektrum kontinuierlich erweitern.“ Dass Fuchshofer ganzheitlich denkt und Projekte in Zukunftsbranchen anstrebt, zeigt auch die Zertifizierung für die Luft- und Raumfahrttechnik. Eine gewisse Branchenvielfalt sorge für langfristige Wettbewerbsfähigkeit. „Die Erfahrung in der Semiconductor-Branche hilft uns ebenfalls, neue Märkte zu erschließen, weil technische Keramiken zunehmend an Bedeutung gewinnen.“ Vor diesem Hintergrund sieht er auch die ULTRASONIC-Technologie als entscheidenden Faktor für die Zukunft: „Unsere Kapazitäten werden in diesem Bereich ebenso steigen, wie unsere Anforderungen an die Bearbeitungsqualität.“
Fuchshofer Präzisionstechnik GmbH
Haselbach 100
8552 Eibiswald
Österreich
Fuchshofer Präzisionstechnik
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