對于非傳統(tǒng)硅晶片加工車間而言，高級球桿儀培訓可幫助其實現(xiàn)“比新出廠還要好”的機床精度，并延長機床使用壽命。 現(xiàn)在，半導體行業(yè)的供應商比OEM服務工程師更了解其機床的性能。球桿儀數(shù)據(jù)支持TPM及新興的SPC和OEE程序。

球桿儀測試對于那些已熟練使用各種機床的工程師而言并不陌生，其中便包括Wayne Ross和Jacob Hebbeler，他們是位于美國俄亥俄州伊頓的Silfex公司的工程師。這兩位工程師在最近的十多年中一直使用球桿儀分析方法來維持和提高工廠內(nèi)超過50臺機床的精度。但現(xiàn)在證明，在接受高級培訓后，即使是經(jīng)驗豐富的球桿儀用戶仍可學到一些新的技巧，最終這些技巧將為企業(yè)帶來收益。在升級到QC20-W無線球桿儀并參加了雷尼紹高級球桿儀培訓課程后，TPM經(jīng)理Ross和機床操作員Hebbeler現(xiàn)已能夠更好地利用采集的球桿儀數(shù)據(jù)來評估機床，對其進行精確校準與調(diào)整，使其達到比新出廠還要好的精度，并延長機床部件的使用壽命。他們還改變了公司驗證機床性能、制定維護計劃和評估購買新機床需求的方式。“我們在多年前便已開展了球桿儀測試，但直到我們參加高級球桿儀培訓課程之前，都沒有做到對測試結(jié)果的充分利用，”Ross說，“現(xiàn)在我們使用球桿儀確保測量結(jié)果準確、制定維護計劃、實施TPM和SPC，甚至預測機床使用壽命。它正在幫助我們以之前難以想象的方式制定運營和固定設(shè)備投資決策。”

使用傳統(tǒng)設(shè)備進行非傳統(tǒng)加工

Silfex公司的加工應用環(huán)境就像是一個機床的軍事試驗場，因此機床診斷對于他們而言是生活方式之一。公司的車床和立式加工中心（主要是Haas和Mazak）通過鉆石刀具打磨拋光半導體行業(yè)使用的硅晶片和石英，因此會產(chǎn)生類似玻璃一樣的碎屑和鉆石微粒，這些有研磨作用的混合物會在數(shù)月內(nèi)使相關(guān)機床部件*磨損。這家目前正在快速發(fā)展的公司從屬于Lam Research公司，有290名員工，作為用于Lam等離子體蝕刻室的電極和硅晶片夾具的首要一站式供應商，Silfex公司在相關(guān)領(lǐng)域逐步贏得了聲譽。這些自耗零件將為計算機芯片制造過程中的蝕刻處理提供支持，零件的價值可高達30,000美元。

“我們是世界上少數(shù)幾家能夠生產(chǎn)直徑達460 mm的無缺陷單晶硅的公司之一，”Ross解釋道，“我們在同一車間內(nèi)完成從始至終的全部制造過程 — 這一點非常重要，因為半導體行業(yè)要求從材料來源到加工零件所有方面的可溯源性，而我們對全部過程都有著直接的控制，”Ross補充道，“滿足客戶的要求，這是一個采購經(jīng)理的夢想。”

工廠的環(huán)境是可控的，配有多個潔凈度從10,000至100的潔凈室。“一個污點便能*毀掉許多個計算機芯片，”Ross強調(diào)道。處理硅晶片的過程包括線鋸切割、水射流切割、銑削、鉆孔、磨削和拋光，并在測量室中使用坐標測量機和虛擬坐標測量機進行檢測。部件隨后進入現(xiàn)場的潔凈室進行封裝。生產(chǎn)流程為每個批次生產(chǎn)5至100件，而要求的公差通常為±0.001英寸，一些甚至達到±0.0005英寸。

打磨硅晶片會產(chǎn)生惡劣的加工環(huán)境。“我們使用傳統(tǒng)機床進行非傳統(tǒng)的加工作業(yè)，并使用球桿儀診斷方法確保機床在這種高磨損應用環(huán)境下能夠高效穩(wěn)定工作，”Ross說。“我們使用球桿儀每6個月診斷一次滾珠絲杠的磨損情況，但通常在此之前就已經(jīng)先對機床進行過測試了。高級球桿儀培訓課程使我們了解，何時可以調(diào)整機床，何時必須更換滾珠絲杠。這使得我們能夠控制停機計劃，并隨著機床部件的磨損保持機床精度，而不是根據(jù)成品件的質(zhì)量來判斷機床性能。這些機床的運行強度很大，分為三個班次，每周五天，單次運行的時間都很長，而且打磨環(huán)境對于設(shè)備而言非常惡劣。考慮到加工環(huán)境的迅速變化，我對這些機床能夠保持如此高的精度感到驚喜。我們的立式加工中心的精度甚至可以和一些更加的機床媲美。而且，雖然機床的速度更快，而我們的打磨速度沒有那么快，但我們并不需要‘更快'，只需要‘保證精確'即可。”

高級球桿儀培訓課程提高了公司的加工能力

學習完雷尼紹高級球桿儀培訓課程后，Ross和Hebbeler對他們的球桿儀數(shù)據(jù)以及如何使用這些數(shù)據(jù)有了更加深刻的理解。這些實操課程是在位于美國伊利諾伊州Hoffman Estates的雷尼紹美國分公司開展的，參與者在一間學習實驗室內(nèi)可以練習針對多種不同機床的球桿儀設(shè)定和數(shù)據(jù)分析。“我已經(jīng)使用球桿儀13年了，自認為對它了如指掌，”Hebbeler說，“但是僅僅過了10分鐘，我便學到了新的技巧。其中，我們學習了如何解決比例不匹配的問題，這將幫助我們更精確地調(diào)整圓弧插補，并延長機床機械部件的使用壽命。我們還了解了用于測量直線導軌狀態(tài)的橫向間隙。”

“完成高級培訓后，我們集中精力分析球桿儀獲得的數(shù)據(jù)，希望得到更多有意義的細節(jié)，”Ross解釋道，“Jacob已非常擅長調(diào)整反向間隙和反向躍沖，因此我們可以延長滾珠絲杠的使用壽命，這是我們的優(yōu)勢，因為這可以推遲維護工程師更換滾珠絲杠的時間。有時我們可以進行兩到三項調(diào)整，這樣便能夠顯著增加機床的運行時間，從而使得我們更加高效地制定機床離線維護計劃。”

精度現(xiàn)在始自水平地面

Silfex公司使用球桿儀診斷方法確定機床的垂直度，這是分析反向間隙和反向躍沖的前提。“許多車間都忽略了地面對車床水平狀態(tài)的影響，我們之前也發(fā)生了這種情況，”Ross說，“我們很幸運，我們的混凝土地面足夠堅固，能夠支撐機床的全部重量，在安裝時就檢查并調(diào)整了機床的水平狀態(tài)。設(shè)定好水平狀態(tài)后，就可以診斷反向躍沖、反向間隙和比例不匹配，而在參加課程之前我們并不知道如何檢測。”

Ross和Hebbeler現(xiàn)在能夠處理機床水平狀態(tài)，主要是因為他們能夠達到規(guī)格要求，而一些技術(shù)人員還無法實現(xiàn)這些要求。“20%的氣泡水平儀工程師能夠滿足我們的要求，但50%的氣泡水平儀工程師不能，”Hebbeler說，“現(xiàn)在我們的水平調(diào)節(jié)非常精確，我們經(jīng)常希望水平調(diào)節(jié)螺釘上有更小的螺距。”

培訓后Ross和Hebbeler用新的知識將機床精度提升到新的水平。“我們在垂直度上的目標是0.000050英寸/英寸，而我決定嘗試0.000025英寸/英寸，”Ross說，“當我對Jacob提到這一點時，他表示懷疑，但我向他顯示了數(shù)據(jù)，證明他之前已經(jīng)3次實現(xiàn)這一精度了。”

以球桿儀的成功作為基礎(chǔ)，Ross和Hebbeler正在逐步擴展機床診斷。“球桿儀告訴我們基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：直線導軌、滾珠絲杠和桁架軸承，這是機床的底端，是機械公差確立的位置，也證實了我們的測量結(jié)果，”Ross說，“我們也開始使用一些振動分析，這告訴了我們機床頂端的情況，它決定著拋光質(zhì)量。因此，在兩者之間，我們將分析影響尺寸和最終質(zhì)量的所有因素。我們將使用球桿儀進行空間補償測試。我們目前在立式加工中心上測試X和Y，在車床上測試X和Z，并在過去在一些機床上進行完整Y-Z測試，但使用空間測試，我們也能實現(xiàn)X-Z測試，我認為能夠在球桿儀可以執(zhí)行的220度部分圓弧測試中得到所需的結(jié)果。”

無線纜，無擔憂

升級到無線球桿儀簡化了數(shù)據(jù)采集過程，更加安全。“使用有線球桿儀時，在測試中我花費大量時間照看機床，”Hebbeler解釋道，“我必須從機床后面不斷將線纜送進去，如果我離開幾分鐘，再回來就會看到線纜纏繞在一起。我始終有一個不安的想法，認為測試中任何輕微的線纜拖拽都會使結(jié)果產(chǎn)生偏差。無線操作沒有這些擔憂。設(shè)定好后，我可以做其他工作，等待測試完成。現(xiàn)在也更加安全，因為測試時不需要打開機床防護門。”

球桿儀數(shù)據(jù)為新程序提供無限機會

Silfex公司現(xiàn)在使用球桿儀數(shù)據(jù)作為入口，建立其與各種流程的關(guān)系，并確定流程處理能力。“現(xiàn)在我們使用診斷數(shù)據(jù)作為推斷機床狀態(tài)的依據(jù)，”Ross說，“這些數(shù)據(jù)正用于我們的TPM程序和SPC的實施，未來將用于OEE（整體設(shè)備有效性）監(jiān)控。完整SPC使我們無需進行檢測。我們還根據(jù)機床性能、維護成本和加工質(zhì)量的一致性努力確定機床的有效使用壽命。”

即使是機床工程師也對Silfex公司展示出的專業(yè)知識印象深刻。“一些人會說，‘噢，這臺機床的狀態(tài)像新的一樣好'，而我們會告訴他們，我們還需要更好，”Hebbeler說，“他們的回答是，‘那么告訴我們該做什么'，在進行展示后，他們會問我們是如何做到的。高級培訓為我們提供了技術(shù)層面的知識，在今后的某些情況下，這些數(shù)據(jù)將為我們的思考與判斷提供支持。”

通過球桿儀分析生成的數(shù)據(jù)甚至得到了公司高層管理者的重視。“每次出具機床合格證明時總公司的管理層都希望看到一份球桿儀報告，”Hebbeler說，“這份報告包含在機床文檔中，現(xiàn)已成為車間向總部常規(guī)匯報流程的一部分。制造行業(yè)的精度門檻不斷提升，而球桿儀分析可幫助我們達到更高的位置。”Ross補充道，“世界繞著數(shù)字旋轉(zhuǎn)，而球桿儀分析是我們的放大鏡，可以幫助我們作出更好的商業(yè)決策。”