Grijaća ploča za optičko spajanje ili obradu poluvodičkih pločica mora biti ne samo "ravna", već ravna unutar nekoliko mikrometara. Jezik specifikacije za ovo je Total Indicated Runout, a ispravan na crtežu definira cijeli proizvodni proces. Loše specificirana ravnost može dovesti do neravnomjernog kontakta, lokaliziranih vrućih tačaka i odbačenih dijelova. Dobro-specificiran TIR osigurava da ploča za grijanje isporučuje ravnomjeran prijenos topline preko cijele radne površine-o-zahtjevu o kojem se ne može pregovarati u preciznim aplikacijama.
Što je ukupno indicirano istjecanje (TIR) na grijaćoj ploči?
Total Indicated Runout je maksimalna varijacija u visini površine mjerena indikatorom brojčanika kada se dio rotira ili skenira preko definiranog područja. Za ravnu grijaću ploču, TIR je u suštini mjera ravnosti i paralelizma u kombinaciji. Indikator se nuli na referentnoj tački, a zatim pomiče preko radne površine ploče. Svako odstupanje-vrh ili dolina-se bilježi. Razlika između najvećeg i najnižeg očitanja u navedenom mjernom opsegu je TIR vrijednost.
Specifikacija TIR < 0,025 mm (25 mikrometara) preko ploče prečnika 300 mm znači da nijedna tačka na površini ne odstupa od referentne ravni za više od ±0,0125 mm. Za ultra{5}}precizne primjene, TIR vrijednosti mogu biti niže od 0,010 mm ili čak 0,005 mm. Traženi TIR se obično zasniva na toleranciji debljine dijela koji se obrađuje ili kontroli zazora potrebnoj za proces laminiranja ili lijepljenja. Tanji, osjetljiviji dijelovi (npr. poluprovodničke pločice, optičko staklo) zahtijevaju stroži TIR.
Zašto je postizanje čvrstog TIR-a izazov za grijaće ploče
Grijaća ploča nije obična metalna ploča. Sadrži ugrađene grijaće elemente (izlivene-unutarnje ili stegnute u žljebove) ili je izbušen za grijače kertridža. Može imati otvore za termoelemente, rupe za montažu i kanale za hlađenje. Proizvodni proces-mašinska obrada, zavarivanje, termička obrada-indukuje unutrašnja naprezanja. Ovi naponi se oslobađaju kada se ploča zagrije na radnu temperaturu, uzrokujući savijanje. Ploča koja je izmjerena savršeno ravna na sobnoj temperaturi može se nagnuti za 0,1 mm ili više na 150 stepeni.
u praksi,ravnost je svojstvo -zavisno od temperature grijaće ploče. Stoga je samo navođenje TIR-a nedovoljno. Mora se navesti i temperatura na kojoj se vrši mjerenje. Precizna ploča za grijanje treba biti specificirana s TIR-om izmjerenim ili na temperaturi okoline (sa poznatim, prihvatljivim pomakom na radnoj temperaturi) ili, u idealnom slučaju, izmjerenom na predviđenoj radnoj temperaturi.
Koraci procesa za postizanje preciznog TIR-a
Postizanje TIR specifikacije ispod 0,025 mm zahtijeva pažljivo isplaniran slijed proizvodnih operacija.
1. Prazan materijal-oslobođen stresa
Početni materijal-obično legura aluminijuma (npr. 6061-T6 ili 7075) ili čelik (npr. blagi čelik ili nerđajući)-mora se osloboditi naprezanja-prije bilo kakve precizne obrade. Kao-primljene šipke ili ploče često sadrže zaostala naprezanja od valjanja ili ekstruzije. Termalno namakanje za ublažavanje stresa (npr. 2-4 sata na 340 stepeni za aluminijum ili 600 stepeni za čelik) praćeno polaganim hlađenjem oslobađa ove naprezanja. Bez ovog koraka, naknadna obrada će debalansirati polje naprezanja, a ploča će se iskriviti kada je grijač uključen.
2. Gruba obrada i ugradnja grijača
Ploča je grubo obrađena do skoro-neto dimenzija. Ugrađuju se grijaći elementi (npr. izliveni u pješčani kalup za livenje-u grijačima, ili utisnuti u mašinski obrađene žljebove). Ovaj korak dodaje nova naprezanja zbog razlika u toplinskom širenju između omotača grijača i materijala ploče. Za precizne TIR aplikacije, grijač se često lijeva u zasebno aluminijumsko jezgro, koje se zatim ponovo-uklanja naprezanjem prije konačnog oblaganja.
3. Termički stres-Uklanjanje nakon montaže
Nakon što su grijaći elementi u potpunosti ugrađeni ili stegnuti, cijeli sklop ploča se podvrgava još jednom termičkom ciklusu{0}}opuštanja naprezanja. Ovo je kritično. Toplota iz samih elemenata tokom ovog ciklusa (napajana na temperaturu iznad predviđene radne temperature) umjetno stari sklop i opušta diferencijalna naprezanja. Ovaj proces se ponekad naziva "termički ciklus" ili "pre-stabilizacija."
4. Precizno brušenje
Radna površina se brusi na brusilici velikog-formata za brušenje površine ili na brusilici sa dva diska{1}}. Brušenjem se uklanja samo konačnih 0,2–0,5 mm materijala, postižući završnu obradu površine (Ra) od 0,8 µm ili bolju i ravnost koja se približava mogućnostima mašine. Za ploče prečnika do 600 mm, moderna brusilica može postići TIR<0.010 mm under controlled conditions.
5. Završno preklapanje (opciono)
Za TIR specifikacije čvršće od 0,010 mm (npr.<0.005 mm over 200 mm), lapping is required. Lapping uses a fine abrasive slurry between the plate and a precision flat lapping plate. The process is slow but can produce near-optical flatness. Lapped surfaces are typically specified for semiconductor hot chucks or optical bond platen.
Određivanje TIR-a na inženjerskom crtežu
Da bi se uspješno nabavila ploča za grijanje koja ispunjava zahtjeve preciznosti, TIR specifikacija mora biti nedvosmislena i potpuna. Tipičan opis crteža može glasiti:
"Ukupni indicirani otklon (TIR) radne površine ne smije prelaziti 0,020 mm kada se mjeri u skladu sa ASME Y14.5M-1994. Mjerenje se izvodi sa pločom stabiliziranom na 100 stepeni ± 5 stepeni po cijeloj radnoj površini definisanoj prečnikom D. Nema lokalnog odstupanja većeg od 0,010 mm po bilo kojoj kvadratnoj površini."
Ključni elementi:
TIR limit.
Merni standard (ASME Y14.5 ili ISO 1101).
Temperatura na kojoj se vrši mjerenje (sobna temperatura, radna temperatura ili oboje).
Područje na koje se primjenjuje TIR (npr. "preko cijele radne površine" ili "unutar središnjih 80% ploče").
Svaki dodatni zahtjev "lokalne ravnosti" (npr. kontrola valovitosti).
Nikada nemojte navoditi TIR bez navođenja temperature.Ploča koja je ravna na sobnoj temperaturi možda neće biti ravna na 150 stepeni. Za kritične primjene, od proizvođača bi se trebalo tražiti da obezbijedi kartu ravnosti i na ambijentalnoj i na radnoj temperaturi.
Usklađivanje TIR-a sa aplikacijom
Zahtevani TIR treba da se zasniva na toleranciji debljine i usklađenosti dela koji se obrađuje.
Thick, rigid parts (e.g., metal sheets >3 mm)– TIR od 0,05–0,10 mm preko 500 mm može biti prihvatljiv, jer će se dio uskladiti ili će termalna pasta popuniti praznine.
Tanke, fleksibilne folije ili oblatne (<0.5 mm)– TIR mora biti<0.025 mm. For semiconductor wafers processed on a vacuum chuck, TIR <0.010 mm is typical.
Optički kontakt (bez ljepila)– TIR<0.005 mm (lapping required).
Laminiranje sa krutim podlogama– TIR<0.020 mm over the laminate area to avoid voids.
Metode verifikacije
The buyer or end user should verify TIR upon receipt. A simple method uses a dial test indicator mounted on a surface plate. The heating plate is placed on three precision height-adjustable supports set to a reference plane. The indicator is traversed in a grid pattern. For larger plates (>500 mm), koordinatna mjerna mašina (CMM) ili laserski interferometar daju preciznije podatke.
Ako je ploča specificirana s TIR-om mjerenim na radnoj temperaturi, mora se izvršiti kontrolirani test grijanja. Ploča se napaja do servisne zadate vrijednosti, ostavi da se stabilizira (obično 30-60 minuta), a zatim se TIR mjeri pomoću indikatora otpornog na toplinu-ili beskontaktnog laserskog senzora pomaka-. Termičko širenje indikatorskog postolja mora biti ispravljeno.
Uobičajene greške u specificiranju TIR-a
Preko{0}}navođenje– Zahtjev za TIR<0.005 mm when the application only requires 0.05 mm adds unnecessary cost (lapping is expensive).
Zaboravljam temperaturu– TIR specificiran bez temperature mjerenja je dvosmislen. Proizvođač može isporučiti ravnu ploču na sobnoj{1}temperaturi{2}}koja se neprihvatljivo savija u radu.
Zanemarivanje rupa za montažu– U TIR specifikaciji treba navesti da li mjerenje uključuje područje direktno iznad rupa za zatvaranje ili su ta područja isključena. Rupe za vijke lokalno iskrivljuju površinu ako su vijci previše zategnuti. Crtež treba specificirati vrijednosti momenta za montažu.
Nema lokalne kontrole ravnosti– Ploča može zadovoljiti globalni TIR od 0,025 mm, ali i dalje ima oštru izbočinu od 0,020 mm u krugu od 10 mm-što je problem "talasavost". Dodatni natpisi za "ravnost na bilo kojem kvadratu od 25 mm" to sprečavaju.
Uticaj na trošak TIR pooštravanja
Odnos između TIR specifikacije i troškova proizvodnje nije-linearan. Tablica sa TIR-om<0.05 mm can be produced from stress-relieved plate stock using conventional milling and minimal grinding. At TIR <0.025 mm, dedicated grinding and stress-relieving cycles become mandatory. At TIR <0.010 mm, lapping and possibly multiple thermal stabilization cycles are required, doubling or tripling the cost.
Stoga, inženjer koji specificira pločicu treba uspostaviti minimalni prihvatljivi TIR na osnovu fizike procesa, zatim dodati skromnu sigurnosnu marginu-ali ne zahtijevati nepotrebno čvrstu toleranciju.
Uloga izbora materijala
Aluminij (6061 ili 7075) je najčešći materijal za grijaće ploče zbog svoje visoke toplinske provodljivosti i lakoće obrade. Međutim, aluminijum ima relativno visok koeficijent termičkog širenja (23 µm/m·K) i nisku krutost. Velike aluminijumske ploče (npr. prečnika 600 mm) će klonuti pod sopstvenom težinom ako nisu pravilno poduprte. Za ekstremno stroge TIR zahtjeve, mogu se koristiti čelični (16 µm/m·K) ili aluminijum{10}}kompoziti silicijum karbida, ali oni su teži ili skuplji.
Sažetak: Crtež kao ugovor o izvršenju
SpecificiranjePreciznost specifikacije grejne ploče ukupne indikacijeispravno osigurava da će ploča zaista obaviti svoj posao isporučivanja ujednačenog kontakta i topline, te da proizvodni proces može zadovoljiti taj standard. Crtež je ugovor za izvođenje, a zahtjevi za preciznost moraju biti jasno saopšteni. Navodeći TIR ograničenje, temperaturu mjerenja, primjenjivo područje i sva lokalna ograničenja ravnosti, inženjer daje proizvođaču nedvosmislen cilj. Rezultat je grijaća ploča koja radi predvidljivo u preciznoj primjeni-bilo da lijepi optička sočiva, obrađuje poluvodičke pločice ili laminira fleksibilna kola. Ravnost nije luksuz u takvom radu; to je pokretač procesa.
