Automação e transformação digital (DX) no mercado dos semicondutores

As empresas que pretendem entrar ou expandir a sua presença no mercado dos semicondutores enfrentam uma combinação singular de desafios: tempos de ciclo extremamente longos, tolerâncias muito apertadas, na ordem dos micrómetros, superfícies extremamente lisas e, simultaneamente, requisitos de sala limpa com níveis muito reduzidos de partículas, de acordo com as normas ISO. Isto significa que interrupções, componentes defeituosos ou conjuntos de dados insuficientes ao longo da cadeia de processos conduzem diretamente ao aumento dos custos e das taxas de rejeitados.

Ao mesmo tempo, os fabricantes de equipamentos originais (OEM) para a indústria dos semicondutores exigem volumes de produção escaláveis, flexibilidade reproduzível entre variantes de produto e processos produtivos com a menor dependência possível de mão de obra. Neste contexto, as máquinas autónomas tradicionais, com etapas de processo separadas, atingem rapidamente os seus limites. Ou, mais concretamente, sem automação integrada e uma cadeia de processos totalmente interligada, torna-se difícil alcançar os níveis exigidos de precisão, repetibilidade, limpeza e fiabilidade de entrega.

A estratégia Machining Transformation (MX) da DMG MORI descreve a interação integrada entre a integração de processos, a automação, a Transformação Digital (DX) e a Transformação Verde (GX).

Para uma operação CNC na indústria dos semicondutores, existem três aspetos com impacto imediato:

• Integração de processos: combinar fresagem, torneamento, retificação e medição em processo numa única máquina reduz erros de preparação, encurta tempos de ciclo e diminui o risco de colisões e contaminação.
• Automação: sistemas de manuseamento de paletes e veículos guiados autonomamente permitem dissociar o tempo de funcionamento da máquina da disponibilidade de operadores, tornando possíveis turnos noturnos e de fim de semana sem intervenção humana.
• Transformação Digital (DX): a conectividade integral, a integração CAD/CAM, o planeamento, a monitorização e as máquinas-ferramenta com software integrado ligam a fábrica à cadeia digital de processos, tornando gerível a complexidade anteriormente descrita.

A Transformação Verde (GX) surge como resultado direto deste modelo: eliminar reajustes, evitar peças refugadas e garantir estabilidade dos processos reduz consumos energéticos, desperdícios de material e custos de limpeza. Tendo em conta o elevado custo dos materiais utilizados na indústria dos semicondutores, como o carboneto de silício, bem como dos fluidos de processo de elevada pureza, esta abordagem traduz-se igualmente em poupanças económicas significativas.

Para as empresas de CNC, as particularidades deste mercado não se limitam a tolerâncias mais apertadas; apresentam também características qualitativamente distintas:

• Características dos componentes: câmaras de processo com diâmetros que variam entre várias centenas e mais de mil milímetros, geometrias complexas obtidas por fresagem e torneamento, superfícies funcionais para sistemas de distribuição de gases (showerheads), suportes de wafers e ligações para alimentação energética e sistemas de vácuo.
• Requisitos das peças: tolerâncias na ordem de poucos micrómetros e rugosidades superficiais frequentemente inferiores a Ra 0,1 μm.
• Condições ambientais: estes componentes são utilizados em equipamentos que operam em salas limpas sujeitas a limites extremamente rigorosos de partículas; até uma simples impressão digital pode inutilizar uma peça.
• Desgaste e volume de produção: os processos de gravação química (etching), tanto húmidos como secos, bem como os meios quimicamente agressivos, provocam desgaste significativo e ciclos frequentes de substituição dos componentes maquinados.

Estas exigências acentuam os tradicionais compromissos das operações CNC: precisão versus produtividade, acabamento superficial versus taxa de remoção de material, diversidade de produtos versus estabilidade produtiva e necessidade de operadores versus funcionamento contínuo.

As células de maquinagem com tempos de ciclo na ordem das onze horas não requerem supervisão constante de um operador junto da máquina. Neste contexto, o principal estrangulamento desloca-se para os tempos de preparação, programação e logística interna.

É precisamente neste ponto que entram as soluções de automação da DMG MORI para o setor dos semicondutores:

• Os sistemas de paletes (como o LPP) permitem distribuir diferentes variantes de componentes por várias máquinas, dispondo de dezenas de posições de paletes e múltiplas estações de preparação.
• Os veículos guiados autonomamente (como o PH-AMR) eliminam a dependência de layouts logísticos fixos. Os percursos, armazéns intermédios e prioridades podem ser alterados por software, algo crucial para responder a novas variantes de componentes ou requisitos dos OEM.
• Os turnos automatizados tornam-se viáveis porque deixa de ser o operador a definir o ritmo produtivo. Em vez disso, a gestão das paletes e das ordens de fabrico coordena todo o processo, incluindo mudanças de paletes e transferências para operações de medição ou limpeza.

No entanto, esta automação integral exige uma coordenação digital perfeita.

A DMG MORI encara a Transformação Digital (DX) não como uma simples camada de software, mas como o elo de ligação entre integração de processos, automação e sustentabilidade.

Para uma operação CNC na indústria dos semicondutores, destacam-se os seguintes fatores:

• Cadeia de dados contínua: desde o modelo CAD da peça, passando pelas estratégias CAM, pós-processadores e gémeos digitais da máquina (incluindo automação), até ao programa NC e ao respetivo controlo de qualidade.
• Conectividade entre máquinas e equipamentos: soluções de conectividade independentes da máquina, funcionalidades MDE/BDE e integração das plataformas CELOS X e DXshopfloor disponibilizam dados em tempo real sobre estado da máquina, taxa de utilização, consumo energético e avarias. Estes dados constituem a base para análises de OEE e manutenção preditiva.
• Ciclos tecnológicos e funções de assistência: ciclos específicos para fresagem-torneamento, fresagem de alto brilho, retificação e medição em processo permitem normalizar operações, reduzir o esforço de programação e diminuir a dependência de conhecimentos especializados individuais.

Particularmente no mercado dos semicondutores, a digitalização tem impacto direto no custo da não qualidade. Uma única peça defeituosa após várias horas de processamento ou após um exigente procedimento de limpeza pode representar custos muito superiores aos associados à validação prévia através de simulação na cadeia digital de processos.