Germanium-Puck-Schneiden auf der SG 20: 42% mehr Durchsatz, halbe Bedienerstunden

Warum Germanium-Puck-Schneiden auf eine endlose Drahtschleife verlagern?

Germanium-Puck-Schneiden scheint die einfachste Aufgabe in einer Optikwerkstatt zu sein: Nimm einen dicken Stab, schneide ihn in dünne Wafer, schicke sie weiter. Der Kunde in dieser Akte — ein Germaniumwafer-Produzent, der Hersteller von Infrarotoptiken beliefert — tat genau das und verlor bei jedem Schnitt Geld auf beiden Seiten. Auf der Vorderseite abgeplatzte Waferkanten. Einkristallines Germanium spaltet sich leicht entlang seiner {111}-Ebenen, und jeder abgeplatzte Rand führte entweder zur sofortigen Verschrottung eines Wafers oder dazu, dass die Schleifstation tiefer in die Oberfläche eindringen musste, um ihn zu entfernen. Auf der Rückseite die Arbeit: Ihr bestehendes Sägeverfahren erforderte, dass ein Bediener bei jedem Schnitt anwesend war, zusah, einstellte, entlud, neu startete.

Keine dieser Kosten erscheint auf dem Datenblatt einer Säge. Beide erscheinen in den Kosten pro versandtem Wafer — deshalb wird dieser Fall von Ende zu Ende gemessen, nicht Klinge gegen Draht.

Wie sieht die Schnittfläche aus?

Die Maschine ist die Endlos-Diamantdrahtsäge SG 20. Eine geschlossene Schleife aus galvanisch aufgebrachtem Diamantdraht zirkuliert mit hoher Geschwindigkeit in einer Richtung — keine Hin- und Herbewegung, keine rotierende Klinge, keine Umkehrspuren. Für das Schneiden von Germanium-Pucks durchläuft der Draht den Stangendurchmesser mit Vorschubgeschwindigkeiten von 10–20 mm/min, und da sich die Schleiffläche kontinuierlich erneuert, während die Schleife zirkuliert, bleibt die Schnittfläche vom ersten Wafer eines Stabs bis zum letzten gleichmäßig.

Das Ergebnis auf den Stäben dieses Kunden entsprach dem, was wir bei drahtgeschnittenen Germanium Materialien im Allgemeinen sehen: Oberflächenrauheit nach dem Schnitt von Ra 0,6–1,2 μm, Gesamtdickenschwankung von 8–15 μm über einen 50-mm-Wafer und — die Zahl, die für sie am wichtigsten war — keine Kantenabplatzungen. Ihre Eingangskontrolle war darauf ausgelegt, abgeplatzte Ränder zu finden und zu kartieren. Nach der Umstellung fand diese Inspektionsstufe nichts mehr zu kartieren.

Glatte, splitterfreie Flächen sind nicht nur eine Qualitätsstatistik; sie sind ein Zeitplan. Jedes Mikron an unterflächlichen Schäden, das die Säge hinterlässt, ist ein Mikron, das die Schleif- und Polierlinie entfernen muss. Wafer von der SG 20 kamen mit weniger Material zum Schleifen und ohne Reparaturaufwand für Splitter in den Schleifprozess, und die nachgelagerten Stationen beschleunigten sich, ohne dass sich an den nachgelagerten Maschinen etwas änderte.

Wie programmiert man, um die Hälfte der Arbeit zu erledigen?

Die Steuerungssoftware der SG 20 wird bei Vimfun im eigenen Haus entwickelt und wurde so geschrieben, wie Schneidwerkstätten tatsächlich arbeiten, nicht als generischer Bewegungscontroller. Drei Verhaltensweisen leisteten bei diesem Einsatz die Arbeit:

• Gemischte Dicken in einem Programm. Ein einziger Schneidauftrag kann verschiedene Waferdicken nacheinander enthalten — sagen wir, eine Serie von 5-mm-Wafers, gefolgt von einer Serie von 8-mm-Wafers aus demselben Stab. Der Bediener gibt die Dickenliste und die Menge einmal ein.
• Unbeaufsichtigte Ausführung. Sobald das Programm gestartet ist, muss niemand mehr an der Maschine stehen. Die Säge indiziert, schneidet und arbeitet die gesamte Liste selbstständig ab.
• Automatischer Stopp mit Alarm. Wenn der letzte programmierte Wafer geschnitten ist, stoppt die Maschine selbst und signalisiert die Fertigstellung. Kein Bediener, der darauf wartet, das Ende eines Auftrags mitzubekommen; kein Stab, der über den Plan hinaus geschnitten wird.

Vor der Umstellung war das Schneiden eine Station mit voller Anwesenheit. Danach lädt ein Bediener einen Stab, startet das Programm und geht, um andere Geräte zu bedienen, bis der Alarm ihn zurückruft. Über Schichten hinweg sank der Bedienerbedarf des Kunden für das Germanium-Puck-Schneiden um etwa die Hälfte — nicht durch Personalabbau an der Maschine, sondern weil die Maschine aufhörte, ein Publikum zu verlangen.

Woher kam die 42% tatsächlich?

Der Kunde berichtet von einer Gesamteffizienzsteigerung von 42% seit der Verlagerung des Germanium-Puck-Schneidens auf die SG 20. Es lohnt sich, präzise zu sein, was diese Zahl bedeutet, denn es ist keine Aussage zur Drahtgeschwindigkeit. Es ist eine End-to-End-Zahl über seinen gesamten Prozess von der Stange bis zum fertigen Wafer, und sie setzt sich aus drei Quellen zusammen:

Das Schneiden ist ein System einer Zwei-System-Plattform

Das hier dokumentierte Schneidverhalten ist eines von zwei Steuerungssystemen auf der SG/SGI-Plattform. Das andere schneidet programmierte Konturen aus CAD-Zeichnungen — die Fähigkeit hinter unserem Fall von unregelmäßiger Linsenschneidung aus Germanium mit Sunny Optical, wo halbmondförmige Linsen mit R1-Ecken aus der gleichen Art von Draht gefertigt wurden. Ein Geschäft, das die Plattform für Wafer kauft, behält die Option auf Formen und umgekehrt.

Beide Fälle sitzen am Anfang derselben Werkzeugkette: Drahtsägen, die Zentrier-, Kugelgelenschleif- und Polierstationen in der germanium lens manufacturing equipment Reihe speisen, Teil des gesamten Infrarotoptik-Bearbeitungsausrüstung Spektrums. Teams, die einen vollständigen Stab-zu-beschichteter-Linse-Fluss dimensionieren, sollten vom Infrarot-Optik-Produktionslinie Übersicht.