Lämmityslevyn optista liittämistä tai puolijohdekiekkojen käsittelyä varten ei tarvitse olla vain "litteä", vaan litteä muutaman mikrometrin sisällä. Tämän määrityskieli on Total Indicated Runout, ja sen saaminen oikein piirustukseen määrittää koko valmistusprosessin. Huonosti määritelty tasaisuus voi johtaa epätasaisiin kosketuksiin, paikallisiin kuumiin kohtiin ja hylättyihin osiin. Hyvin-määritetty TIR varmistaa, että lämmityslevy välittää tasaisen lämmönsiirron koko työpinnalla-, mikä on ehdoton vaatimus tarkkuussovelluksissa.
Mikä on lämmityslevyn ilmoitettu kokonaisvirtaus (TIR)?
Indicated Runout on suurin vaihtelu pinnan korkeudessa mitattuna mittakellolla, kun osaa käännetään tai skannataan määritetyn alueen poikki. Tasaiselle lämmityslevylle TIR on olennaisesti tasaisuuden ja yhdensuuntaisuuden mitta. Ilmaisin nollataan vertailupisteeseen ja siirretään sitten levyn työpinnan poikki. Kaikki poikkeamat-huippu tai laakso- kirjataan. Ero korkeimman ja alimman lukeman välillä määritellyllä mittausalueella on TIR-arvo.
TIR-arvo < 0,025 mm (25 mikrometriä) halkaisijaltaan 300 mm:n levyllä tarkoittaa, että mikään pinnan piste ei poikkea vertailutasosta enempää kuin ±0,0125 mm. Ultra-tarkkuussovelluksissa voidaan vaatia jopa 0,010 mm tai jopa 0,005 mm TIR-arvoja. Vaadittu TIR perustuu tyypillisesti työstettävän osan paksuustoleranssiin tai laminointi- tai liimausprosessissa tarvittavaan rakojen hallintaan. Ohuemmat, herkemmät osat (esim. puolijohdekiekot, optinen lasi) vaativat tiukempaa TIR:ää.
Miksi tiukan TIR:n saavuttaminen on haastavaa lämmityslevyille
Lämmityslevy ei ole yksinkertainen metallilaatta. Se sisältää upotettuja lämmityselementtejä (sisäänvalettu-tai kiinnitetty uriin) tai se on porattu patruunalämmittimiä varten. Siinä voi olla termoelementin kaivoja, asennusreikiä ja jäähdytyskanavia. Valmistusprosessi-koneistus, hitsaus, lämpökäsittely-aiheuttaa sisäisiä jännityksiä. Nämä jännitykset vapautuvat, kun levy kuumennetaan käyttölämpötilaan, mikä aiheuttaa vääntymistä. Huoneenlämpötilassa täysin tasaiseksi mitattu levy voi taipua 0,1 mm tai enemmän 150 asteen kulmassa.
Käytännössä,tasaisuus on lämpötilasta{0}}riippuva ominaisuus lämmityslevyssä. Siksi pelkkä TIR:n määrittäminen ei riitä. Myös lämpötila, jossa mittaus tehdään, on ilmoitettava. Tarkkuuslämmityslevy on määritettävä TIR-mittauksella, joka mitataan joko ympäristön lämpötilassa (tunnetulla, hyväksyttävällä poikkeamalla käyttölämpötilassa) tai mieluiten aiotussa käyttölämpötilassa.
Prosessivaiheet tarkan TIR:n saavuttamiseksi
Alle 0,025 mm:n TIR-spesifikaatioiden saavuttaminen edellyttää huolellisesti suunniteltua valmistusprosessia.
1. Stressi-kevennetty tyhjä materiaali
Lähtömateriaalin -tyypillisesti alumiiniseos (esim. 6061-T6 tai 7075) tai teräs (esim. pehmeä teräs tai ruostumaton)-on vapautettava jännitys-ennen tarkkuustyöstöä. Koska -vastaanotettu tanko- tai levymassa sisältää usein valssauksesta tai suulakepuristamisesta aiheutuvia jäännösjännityksiä. Lämpöjännitystä lieventävä liotus (esim. 2–4 tuntia 340 asteessa alumiinilla tai 600 asteessa teräksellä) ja sitä seuraava hidas jäähdytys vapauttaa nämä jännitykset. Ilman tätä vaihetta myöhempi koneistus epätasapainottaa jännityskentän ja levy vääntyy, kun lämmitin kytketään päälle.
2. Karkea koneistus ja lämmitin upottaminen
Levy on karkeasti työstetty lähes{0}}nettomittoihin. Lämmityselementit asennetaan (esim. valetaan hiekkamuottiin lämmittimiin valettua -tai puristetaan koneistettuihin uriin). Tämä vaihe lisää uusia jännityksiä johtuen lämpölaajenemiseroista lämmittimen vaipan ja levymateriaalin välillä. Tarkoissa TIR-sovelluksissa lämmitin valetaan usein erilliseen alumiinisydämeen, joka sitten vapautetaan jälleen jännityksestä ennen lopullista pinnoitusta.
3. Lämpöjännitys-keventäminen asennuksen jälkeen
Kun lämmityselementit on upotettu kokonaan tai kiinnitetty, koko levykokoonpanoon kohdistuu toinen jännitystä{0}}keventävä lämpösykli. Tämä on kriittistä. Itse elementtien lämpö tämän jakson aikana (joka syötetään aiottua käyttölämpötilaa korkeampaan lämpötilaan) vanhentaa keinotekoisesti kokoonpanoa ja rentouttaa erojännityksiä. Tätä prosessia kutsutaan joskus "lämpösykliksi" tai "esivakauttamiseksi".
4. Tarkkuushionta
Työpinta hiotaan suurikokoisella-pintahiomakoneella tai kaksois-levyhiomakoneella. Hiomalla poistetaan vain viimeiset 0,2–0,5 mm materiaalia, jolloin pinnan viimeistely (Ra) on 0,8 µm tai parempi ja koneen suorituskykyä lähellä oleva tasaisuus. Halkaisijaltaan jopa 600 mm levyille nykyaikainen pintahiomakone voi saavuttaa TIR:n<0.010 mm under controlled conditions.
5. Viimeinen kierros (valinnainen)
TIR-eritelmille, jotka ovat tiukempia kuin 0,010 mm (esim.<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.
TIR:n määrittäminen suunnittelupiirustuksessa
Tarkkuusvaatimukset täyttävän lämmityslevyn onnistuneen hankkimiseksi TIR-eritelmän on oltava yksiselitteinen ja täydellinen. Tyypillinen piirrosteksti voisi olla seuraava:
"Työpinnan kokonaisindikoitu juoksu (TIR) ei saa ylittää 0,020 mm ASME Y14.5M-1994:n mukaisesti mitattuna. Mittaus on suoritettava siten, että levy on stabiloitu 100 astetta ± 5 astetta koko halkaisijan D määrittämän työpinnan poikki. Paikallinen poikkeama, joka on yli 0,010 mm, ei ole sallittu millään alueella."
Tärkeimmät elementit:
TIR-raja.
Mittausstandardi (ASME Y14.5 tai ISO 1101).
Lämpötila, jossa mittaus suoritetaan (huonelämpötila, käyttölämpötila tai molemmat).
Alue, jolla TIR:ää sovelletaan (esim. "koko työpinnalla" tai "kilven 80 %:n keskiosassa").
Mikä tahansa ylimääräinen "paikallinen tasaisuus" (esim. aaltoilun säätö).
Älä koskaan määritä TIR-arvoa ilmoittamatta lämpötilaa.Huoneenlämmössä tasainen levy ei välttämättä ole litteä 150 asteessa. Kriittisissä sovelluksissa valmistajan tulee toimittaa tasaisuuskartta sekä ympäristön että käyttölämpötilassa.
TIR:n sovittaminen hakemukseen
Vaaditun TIR:n tulee perustua käsiteltävän osan paksuustoleranssiin ja vaatimustenmukaisuuteen.
Thick, rigid parts (e.g., metal sheets >3 mm)– TIR 0,05–0,10 mm yli 500 mm voi olla hyväksyttävä, koska osa mukautuu tai lämpötahna täyttää aukot.
Ohuet, taipuisat kalvot tai kiekot (<0.5 mm)– TIR:n on oltava<0.025 mm. For semiconductor wafers processed on a vacuum chuck, TIR <0.010 mm is typical.
Optinen kosketus (ei liimaa)– TIR<0.005 mm (lapping required).
Laminointi jäykillä alustoilla– TIR<0.020 mm over the laminate area to avoid voids.
Varmistusmenetelmät
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), koordinaattimittauskone (CMM) tai laserinterferometri antaa tarkempaa tietoa.
Jos levy on määritelty TIR-mittauksella käyttölämpötilassa, on suoritettava kontrolloitu kuumennustesti. Levylle annetaan virta huoltoasetuspisteeseen, sen annetaan vakiintua (tyypillisesti 30–60 minuuttia), ja sitten TIR mitataan käyttämällä lämmönkestävää indikaattoria- tai kosketuksetonta lasersiirtymäanturia. Ilmaisintelineen lämpölaajeneminen on korjattava.
Yleisiä virheitä TIR:n määrittelyssä
Yli-määrittely– TIR:n pyytäminen<0.005 mm when the application only requires 0.05 mm adds unnecessary cost (lapping is expensive).
Lämpötilan unohtaminen– Ilman mittauslämpötilaa määritetty TIR on epäselvä. Valmistaja voi toimittaa huoneen-lämpöisen-tasaisen levyn, joka taipuu käytössä luvattomasti.
Asennusreikiä huomioimatta– TIR-eritelmässä tulee ilmoittaa, sisältääkö mittaus alueen suoraan kiinnitysreikien yläpuolella vai jätetäänkö kyseiset alueet pois. Pultinreiät vääristävät pintaa paikallisesti, jos pultit kiristetään liikaa. Piirustuksessa tulee määrittää asennuksen vääntömomenttiarvot.
Ei paikallista tasaisuuden säätöä– Levy voi täyttää 0,025 mm:n globaalin TIR-arvon, mutta siinä on silti terävä 0,020 mm:n kohouma 10 mm:n ympyrän päällä-on "aaltoisuus"-ongelma. Lisäviitteet "tasaisuus yli 25 mm:n neliön" estävät tämän.
TIR-kiristyksen kustannusvaikutus
TIR-määrittelyn ja valmistuskustannusten välinen suhde ei ole-lineaarinen. Levy, jossa TIR<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.
Tästä syystä kilven määrittävän insinöörin tulee määrittää hyväksyttävä pienin sallittu TIR prosessifysiikan perusteella ja lisätä sitten vaatimaton turvamarginaali-mutta ei vaadita tarpeettoman tiukkaa toleranssia.
Materiaalin valinnan rooli
Alumiini (6061 tai 7075) on yleisin lämmityslevymateriaali korkean lämmönjohtavuutensa ja työstettävyytensä ansiosta. Alumiinilla on kuitenkin suhteellisen korkea lämpölaajenemiskerroin (23 µm/m·K) ja alhainen jäykkyys. Suuret alumiinilevyt (esim. halkaisija 600 mm) painuvat oman painonsa alla, jos niitä ei tueta kunnolla. Erittäin tiukoissa TIR-vaatimuksissa voidaan käyttää teräs- (16 µm/m·K) tai alumiini-piikarbidikomposiitteja, mutta ne ovat raskaampia tai kalliimpia.
Yhteenveto: Piirustus suoritussopimuksena
Määritelläänilmoitetun lopputuloksen lämmityslevyn erittelyn tarkkuusoikein varmistaa, että laatta todella tekee tehtävänsä ja tuottaa tasaisen kosketuksen ja lämmön, ja että valmistusprosessi voi täyttää tämän standardin. Piirustus on suoritussopimus, ja tarkkuusvaatimukset on ilmoitettava selkeästi. Ilmoittamalla TIR-rajan, mittauslämpötilan, sovellettavan alueen ja mahdolliset paikalliset tasaisuusrajoitukset, insinööri antaa valmistajalle yksiselitteisen tavoitteen. Tuloksena on lämmityslevy, joka toimii ennustettavasti tarkkuussovelluksissa, -olipa kyse sitten optisten linssien liittämisestä, puolijohdekiekkojen käsittelystä tai joustavien piirien laminoinnista. Tasaisuus ei ole ylellisyyttä sellaisessa työssä; se on prosessin mahdollistaja.
