Automatización y transformación digital (DX) en el sector de datos y semiconductores

Al mismo tiempo, los fabricantes de equipos originales (OEM) de semiconductores esperan volúmenes de producción escalables, flexibilidad reproducible en las variantes de producto y una fabricación que requiera la menor mano de obra posible. Las máquinas autónomas tradicionales con pasos de proceso separados alcanzan rápidamente sus límites en este contexto. O, para ser más específicos: sin una automatización integrada y una cadena de procesos integrada, es difícil lograr precisión, reproducibilidad, limpieza y fiabilidad en las entregas.

La estrategia Machining Transformation (MX) describe la interacción integrada entre la integración de procesos, la automatización, la Transformación Digital (DX) y la Transformación Verde (GX). Para una operación CNC en la industria de los semiconductores, hay tres puntos en particular que tienen un impacto inmediato:

• Integración de procesos: combinar fresado, torneado, rectificado y medición en proceso en una sola máquina reduce los errores de configuración, acorta los tiempos de ciclo y disminuye el riesgo de colisiones y contaminación.
• Automatización: los sistemas de manipulación de palés y los vehículos guiados automáticamente desvinculan el tiempo de actividad de la máquina de la disponibilidad del personal, lo que permite turnos nocturnos y de fin de semana sin personal durante los largos ciclos de mecanizado.
• Transformación digital (DX): la conectividad de extremo a extremo, la integración CAD/CAM, la planificación, la supervisión y las máquinas herramienta con software integrado conectan la planta de producción con la cadena de procesos digital, lo que hace que la complejidad descrita anteriormente sea gestionable en primer lugar.

La Transformación Verde (GX) es un resultado directo: eliminar el reajuste, evitar las piezas de desecho y garantizar la estabilidad de los procesos ahorra energía, materiales y costes de limpieza. Dado el elevado coste de los materiales de las piezas de trabajo en la industria de los semiconductores (por ejemplo, el carburo de silicio) y de los fluidos de proceso de alta pureza, esto también se traduce en un ahorro significativo de costes.

Para las empresas de CNC, las particularidades de este mercado no solo están sujetas a ‘tolerancias más estrictas’, sino que también son cualitativamente diferentes:

• Propiedades de los componentes: carcasas de cámaras de proceso con diámetros que van desde varios cientos hasta más de 1000 mm, geometrías complejas fresadas y torneadas, superficies funcionales para el ‘cabezal de ducha’, soportes de obleas y conexiones para el suministro de energía y vacío.
• Requisitos de la pieza de trabajo: tolerancias del orden de unos pocos micrómetros; rugosidad superficial a menudo inferior a Ra 0,1 µm.
• Condiciones ambientales: estos componentes se utilizarán finalmente en sistemas que deben cumplir las normas ISO para salas blancas con límites de partículas extremadamente bajos; incluso una sola huella dactilar puede inutilizar un componente.
• Volumen y desgaste: los denominados procesos de grabado (grabado húmedo y seco) y los medios químicamente agresivos provocan un desgaste significativo y ciclos de sustitución frecuentes en los componentes mecanizados.

Esto agrava las clásicas disyuntivas de las operaciones CNC: precisión frente a productividad, acabado superficial frente a volumen de virutas, variedad de productos frente a un proceso de producción estable, y necesidades de personal frente a un funcionamiento ininterrumpido.

Las células de mecanizado con un tiempo de ciclo de unas once horas no requieren la supervisión constante de un operario «en la máquina». En su lugar, el cuello de botella se desplaza a los tiempos de configuración y programación, así como a la logística de planta. Es precisamente aquí donde entran en juego las soluciones de automatización de DMG MORI en el contexto de los semiconductores. Entre ellas se incluyen, entre otras:

• Los sistemas de palés (p. ej., LPP) permiten distribuir variantes de carcasas entre varias máquinas, con hasta varias docenas de posiciones de palés y múltiples estaciones de configuración.
• Los vehículos guiados automáticamente (como el PH-AMR) desvinculan la logística de palés de una disposición fija; las rutas, los almacenes intermedios y las prioridades pueden modificarse mediante software, lo cual es crucial para nuevas variantes de carcasas o requisitos de los fabricantes de equipos originales.

Los turnos automatizados se hacen viables porque, con la automatización, ya no es el operador quien marca el ritmo, sino la gestión de palés y pedidos. La máquina procesa sus pedidos, incluidos los cambios de palé y los traspasos a procesos de medición o limpieza. Sin embargo, esta automatización de extremo a extremo requiere una coordinación digital perfecta.

DMG MORI considera la transformación digital (DX) no como una capa de software aislada, sino como un nexo entre la integración de procesos, la automatización y la transformación del fabricante (GX). Para una operación CNC en la industria de los semiconductores, los siguientes factores son especialmente importantes:

• Cadena de datos de extremo a extremo: desde el modelo CAD del componente, pasando por las estrategias CAM, los posprocesadores y los gemelos digitales de la máquina (incluida la automatización), hasta el programa NC y el control de calidad adecuado.
• Conectividad de máquinas y equipos: la conectividad independiente de la máquina, la funcionalidad MDE/BDE y la integración de las soluciones CELOS X y DXshopfloor proporcionan datos en tiempo real sobre el estado de la máquina, la utilización, el consumo de energía y las averías. Estos elementos constituyen la base para el análisis del OEE y el mantenimiento predictivo.
• Ciclos tecnológicos y funciones de asistencia: los ciclos específicos para el mecanizado completo de fresado-torneado, el fresado de alto brillo, el rectificado y la medición en proceso estandarizan el proceso de mecanizado, reducen el esfuerzo de programación y limitan la dependencia de expertos individuales.

En el mercado de los semiconductores en particular, la digitalización tiene un impacto directo en el coste de los defectos: una sola pieza defectuosa resultante de varias horas de procesamiento o de un procedimiento de limpieza que requiere mucho tiempo es mucho más cara que el uso de la validación basada en simulación dentro de la cadena de procesos digital.