چگونه یک صفحه گرمایش با خروجی کل مشخص شده (TIR) ​​برای کاربرد دقیق مشخص کنیم؟

یک صفحه حرارتی برای پیوند نوری یا پردازش ویفر نیمه هادی نه تنها باید "مسطح" باشد، بلکه باید در عرض چند میکرون صاف باشد. زبان مشخصات این کار Total Indicated Runout است. دریافت صحیح آن بر روی نقشه کل فرآیند تولید را تعیین می کند. صافی با تعریف ضعیف می تواند تماس ناهموار، مناطق داغ و قسمت های رد شده را ایجاد کند. یک TIR به خوبی مشخص شده، انتقال حرارتی یکنواخت را از صفحه گرمایش در کل منطقه کار فراهم می کند - یک الزام مطلق که در آن دقت نام بازی است. TIR یا کل خروجی نشان داده شده در صفحه گرمایش؟ مجموع خروجی نشان داده شده حداکثر نوسان در ارتفاع یک سطح است که توسط یک نشانگر شماره گیری تعیین می شود، زیرا قطعه در یک منطقه مشخص می چرخد ​​یا اسکن می شود. برای یک صفحه گرمایش تخت TIR واقعاً معیاری برای مسطح بودن و موازی بودن با هم است. نشانگر در برابر یک نقطه مرجع روی صفر تنظیم می شود و سپس روی صفحه کاری صفحه حرکت می کند. هر گونه تغییر - اوج یا پایین - یادداشت می‌شود. مقدار TIR تفاوت بین بالاترین و کمترین مقدار در محدوده اندازه گیری اعلام شده است. معیار TIR <0.025 میلی‌متر (25 میکرومتر) در یک صفحه با قطر 300 میلی‌متر به این معنی است که هیچ نقطه‌ای روی سطح بیش از 0.0125 ± میلی‌متر از صفحه مرجع فاصله ندارد. در کاربردهای بسیار دقیق، مقادیر TIR 0.010 میلی متر یا حتی 0.005 میلی متر ممکن است مورد نیاز باشد. TIR مورد نیاز اغلب با تحمل ضخامت جسم در حال پردازش یا کنترل شکاف مورد نیاز برای فرآیند لمینیت یا پیوند تعیین می شود. قطعات نازک تر و حساس تر (مانند ویفرهای نیمه هادی، شیشه نوری) به TIR باریک تری نیاز دارند. چرا گرفتن TIR محکم برای صفحات گرمایش سخت است صفحه گرمایش فقط یک صفحه فلزی نیست. یا با شیارهای ریخته‌گری-یا گیره‌دار- برای عناصر گرمایشی یا سوراخ‌شده برای گرمکن‌های کارتریجی ارائه می‌شود. ممکن است چاه های ترموکوپل، سوراخ های نصب و کانال های خنک کننده داشته باشد. تنش های داخلی ناشی از فرآیند تولید - ماشینکاری، جوشکاری، عملیات حرارتی است. این کشش‌ها زمانی آزاد می‌شوند که صفحه تا دمای کار گرم شود و ایجاد تاب می‌کند. صفحه ای که در دمای معمولی صاف است می تواند در دمای 150 درجه سانتیگراد 0.1 میلی متر یا بیشتر خم شود. در عمل، صاف بودن یک ویژگی وابسته به دما در صفحه گرمایش است. بنابراین TIR به تنهایی برای مشخص کردن کافی نیست. دمایی که در آن اندازه گیری انجام می شود باید مشخص شود. یک صفحه گرمایش دقیق باید با یک TIR اندازه‌گیری شده در دمای محیط (با رانش شناخته شده و قابل قبول در دمای کار)، یا بهتر، در دمای کاری پیش‌بینی‌شده اندازه‌گیری شود. مراحل فرآیند برای بدست آوردن یک TIR دقیق برای دستیابی به استاندارد TIR کمتر از 0.025 میلی متر، یک سری فعالیت های تولیدی به خوبی فکر شده مورد نیاز است. 1. مواد خالی بدون تنش قبل از هر گونه ماشینکاری دقیق، مواد خام، معمولاً آلیاژ آلومینیوم (مثلاً. 6061-T6 یا 7075 فولاد ضدزنگ (مثلاً بدون تنش) یا فولاد ضد زنگ (مثلاً بدون تنش) باشد. کشش‌های باقی‌مانده در استوک میله‌ها یا صفحه‌ای دریافت‌شده به دلیل نورد یا اکستروژن رایج هستند. این فشارها را می توان با خیساندن (مثلاً 2-4 ساعت در دمای 340 درجه سانتیگراد برای آلومینیوم، یا 600 درجه سانتیگراد برای فولاد) و خنک شدن آهسته کاهش داد. بدون این فرآیند، ماشین‌کاری بعدی باعث عدم تعادل میدان تنش می‌شود و صفحه با روشن شدن بخاری تغییر شکل می‌دهد. عناصر گرمایشی قرار می گیرند (به عنوان مثال، در قالب ماسه ای برای ریخته گری-در بخاری ها ریخته می شوند یا در شیارهای ماشینی فشرده می شوند). این مرحله به دلیل اختلاف انبساط حرارتی بین غلاف بخاری و مواد صفحه فشارهای جدیدی را به همراه دارد. برای کاربردهای دقیق TIR، بخاری اغلب در یک هسته آلومینیومی جداگانه ریخته می‌شود و مجدداً استرس-قبل از لایه‌برداری نهایی کاهش می‌یابد. این مهم است. در این چرخه، خود المان‌ها تا دمایی بالاتر از دمای سرویس مشخص شده گرم می‌شوند و گرمایی که تولید می‌کنند به طور مصنوعی مونتاژ را پیر می‌کند و تنش‌های دیفرانسیل را کاهش می‌دهد. گاهی اوقات به آن "چرخه حرارتی" یا "پیش{69}"تثبیت". 4. آسیاب با دقت می‌گویند. سنگ زنی تنها 0.2 تا 0.5 میلی متر آخر مواد را حذف می کند و سطحی (Ra) 0.8 میکرومتر یا بیشتر و صافی نزدیک به ظرفیت دستگاه ایجاد می کند. تحت تنظیمات تنظیم شده، یک آسیاب سطحی معاصر ممکن است یک TIR تولید کند<0.010 mm for plates up to 600 mm in diameter. 5. Optional Final Lapping Lapping is essential for TIR specs tighter than 0.010 mm (i.e., <0.005 mm over 200 mm). Lapping employs a fine abrasive slurry between the plate and a precise flat lapping plate. It is a long procedure but near-optical flatness can be obtained. Semiconductor hot chucks or optical bond platen are often required to have lapped surfaces. Engineering Drawing – TIR Specification To effectively acquire a heating plate that meets the accuracy requirements, the TIR specification must be unambiguous and thorough. A typical callout on a drawing might be: The Total Indicated Runout (TIR) of the working surface shall not be greater than 0.020 mm as measured to ASME Y14.5M-1994. The measurement shall be made with the plate stabilised at 100 °C ± 5 °C over the whole working surface as described by diameter D. "No local deviation greater than 0.010 mm over any 25 mm square area is permitted." Key elements: The TIR limit. The measurement standard (ASME Y14.5 or ISO 1101).. . • Measurement temperature (room temperature, operating temperature or both). The TIR zone applicable (for example, "over the whole working surface" or "in the central 80% of the plate"). Any other "local flatness" requirement (e.g., waviness control) Never give a TIR without the temperature. A flat plate at room temperature may no longer be flat at 150 °C. For sensitive applications the manufacturer should be compelled to submit a flatness map at both ambient and operating temperature. Matching TIR to Application The TIR required must be defined by the thickness tolerance and compliance of the part being machined. Thick, inflexible parts (e.g. metal sheets >3 میلی متر) - TIR 0.05-0.10 میلی متر بیش از 500 میلی متر ممکن است قابل قبول باشد زیرا مورد مطابقت دارد یا خمیر حرارتی شکاف ها را پر می کند. لایه های نازک و انعطاف پذیر یا ویفر (<0.5mm) - TIR must be <0.025mm. • Common TIR for semiconductor wafers produced on a vacuum chuck is <.010 mm. Optical contacts (no adhesive) – <0.005 mm TIR (lapping necessary). Laminating with rigid substrates - TIR <0.020 mm over the laminate area to avoid voids. Verification Procedures TIR needs to be verified by the buyer or end user upon receipt. A easy way is to utilise a dial test indicator on a surface plate. The heating plate is supported by three supports of precise height adjustment calibrated to a reference plane. The indicator is walked in a grid-like manner. For larger plates (>500 میلی متر) دستگاه اندازه گیری مختصات (CMM) یا تداخل سنج لیزری داده های دقیق تری را ارائه می دهد. اگر صفحه با TIR اندازه گیری شده در دمای عملیاتی مشخص شده باشد، یک آزمایش گرمایش کنترل شده باید انجام شود. صفحه تا نقطه تنظیم سرویس روشن می شود و اجازه داده می شود تا تثبیت شود (معمولاً 30-60 دقیقه) و TIR با یک نشانگر مقاوم در برابر حرارت یا یک سنسور جابجایی لیزر غیر تماسی- ثبت می شود. اصلاح انبساط حرارتی پایه نشانگر مورد نیاز است. اشتباهات رایج در تعیین TIR بیش از-تعیین - تعیین TIR<0.005mm when the application only needs 0.05mm increases expense unnecessarily (lapping is expensive). Forgetting temperature - A TIR without a defined measuring temperature is unclear. A manufacturer may deliver a room temperature flat plate that bows in service to an unacceptable degree. Mounting Holes Ignored - The TIR standard should indicate if the measurement includes the area right above the fastener holes or if such areas are omitted. Overtightening of bolts leads to local distortion of the surface. There should be specific torque values for mounting shown on the drawing. No local flatness control - A plate can meet a global TIR of 0.025 mm and still have a sharp 0.020 mm hump over a 10 mm circle - a "waviness" concern. This is offset by further calls for "flatness over any 25 mm square". Cost Impact on TIR of Tightening The TIR specification and the manufacturing cost are not linearly related. A stress relieved plate stock can be milled by standard methods to a TIR <0.05 mm plate requiring little grinding. If the TIR is less than 0.025 mm, special cycles of grinding and stress alleviation are necessary. At TIR <0.010 mm, lapping and numerous cycles of thermal stabilisation are necessary, increasing or triple the cost. Thus, the engineer designing the plate should pick the least permissible TIR based on process physics, then add a little safety margin, but not specify a needlessly tight tolerance. Material Selection Aluminium (6061 or 7075) is the most frequent heating plate material because of its excellent thermal conductivity and ease of machining. Aluminium, however, has a rather high coefficient of thermal expansion (23 µm/m·K) and poor rigidity. Large aluminium plates (e.g. 600 mm diameter) will sag under their own weight unless they are adequately supported. For very tight TIR requirements, steel (16 µm/m.K) or aluminum-silicon carbide composites can be employed although they are heavier or more expensive. Summary : The Drawing as Contract for Performance Properly specifying the total suggested runout of the heating plate assures that the platen will really accomplish its job of providing uniform contact and heat, and that the manufacturing process is capable of meeting that spec. A drawing is a performance contract and the precise standards must be explicitly defined. The engineer gives the manufacturer a clear goal by defining the TIR limit, the measurement temperature, the area where the application is to be used and any local flatness requirements. The outcome is a heated plate that is predictable in the precision application -- be it glueing optical lenses, manufacturing semiconductor wafers or laminating flexible circuits. Flatness is not a luxury in such job. It is a process enabler.