Optiliseks ühendamiseks või pooljuhtplaatide töötlemiseks mõeldud kuumutusplaat ei pea olema lihtsalt "tasane", vaid mõne mikromeetri piires. Selle spetsifikatsioonikeel on Total Indicated Runout ja selle joonisele viimine määrab kogu tootmisprotsessi. Halvasti määratletud tasapinnalisus võib põhjustada ebaühtlase kontakti, lokaalseid kuumi kohti ja tagasilükatud osi. Hästi-määratletud TIR tagab, et kuumutusplaat tagab ühtlase soojusülekande kogu tööpinna ulatuses,-mis on täppisrakenduste puhul vaieldamatu nõue.
Mis on kütteplaadi täielik näidustatud väljavool (TIR)?
Näidatud kogukulu on pinna kõrguse maksimaalne varieeruvus, mida mõõdetakse näidiku abil, kui detaili pööratakse või skannitakse üle määratud ala. Lameda kütteplaadi puhul on TIR sisuliselt tasasuse ja paralleelsuse mõõt. Indikaator nullitakse võrdluspunktis ja seejärel liigutatakse üle plaadi tööpinna. Kõik kõrvalekalded-tipp või org-salvestatakse. Erinevus kõrgeima ja madalaima näidu vahel määratud mõõtepiirkonnas on TIR-väärtus.
Spetsifikatsioon TIR < 0,025 mm (25 mikromeetrit) 300 mm läbimõõduga plaadil tähendab, et ükski pinna punkt ei erine võrdlustasapinnast rohkem kui ±0,0125 mm. Ülitäpsete rakenduste puhul võidakse nõuda nii madalaid TIR-väärtusi kui 0,010 mm või isegi 0,005 mm. Nõutav TIR põhineb tavaliselt töödeldava osa paksuse tolerantsil või lamineerimis- või liimimisprotsessis vajalikul vahekontrollil. Õhemad ja tundlikumad osad (nt pooljuhtplaadid, optiline klaas) nõuavad rangemat TIR-i.
Miks on tiheda TIR-i saavutamine plaatide soojendamiseks keeruline?
Kütteplaat ei ole lihtne metallplaat. See sisaldab sisseehitatud kütteelemente (sisse valatud või soontesse kinnitatud) või on puuritud kassettküttekehade jaoks. Sellel võivad olla termopaari süvendid, kinnitusavad ja jahutuskanalid. Tootmisprotsess-töötlemine, keevitamine, kuumtöötlus-põhjustab sisemisi pingeid. Need pinged vabanevad plaadi kuumutamisel töötemperatuurini, põhjustades kõveruse. Plaat, mis mõõdeti toatemperatuuril täiesti tasaseks, võib 150 kraadi juures kaarduda 0,1 mm või rohkem.
Praktikastasasus on kuumutusplaadi temperatuurist{0}}sõltuv omadus. Seetõttu ei piisa ainult TIR-i täpsustamisest. Samuti tuleb märkida temperatuur, mille juures mõõtmine toimub. Täppiskütteplaat tuleks täpsustada TIR-iga, mida mõõdetakse kas ümbritseval temperatuuril (teadaoleva ja vastuvõetava triiviga töötemperatuuril) või ideaaljuhul ettenähtud töötemperatuuril.
Protsessi etapid täpse TIR-i saavutamiseks
Alla 0,025 mm TIR-spetsifikatsiooni saavutamiseks on vaja hoolikalt planeeritud tootmistoimingute jada.
1. Stress-Leevendatud tühi materjal
Lähtematerjal -tavaliselt alumiiniumsulam (nt 6061-T6 või 7075) või teras (nt pehme teras või roostevaba)-tuleb enne täppistöötlemist pinge-vabastada. Kuna-vastuvõetud latt või plaat sisaldab sageli valtsimisest või ekstrusioonist tulenevaid jääkpingeid. Termilist pinget leevendav leotus (nt 2–4 tundi temperatuuril 340 kraadi alumiiniumi või 600 kraadi terase puhul), millele järgneb aeglane jahutamine, vabastab need pinged. Ilma selle sammuta viib järgnev töötlemine pingevälja tasakaalust välja ja plaat kõverdub, kui kütteseade on pingestatud.
2. töötlemata töötlemine ja küttekeha manustamine
Plaat on töötlemata töödeldud peaaegu -netomõõtmeteni. Kütteelemendid paigaldatakse (nt valatakse liivavormi küttekehadesse valamiseks või pressitakse töödeldud soontesse). See samm lisab uusi pingeid, mis on tingitud soojuspaisumise erinevustest küttekeha ümbrise ja plaadi materjali vahel. Täppis-TIR-rakenduste jaoks valatakse kütteseade sageli eraldi alumiiniumsüdamikusse, mis seejärel eemaldatakse enne lõplikku pinnakatmist uuesti pinge{7}}.
3. Soojuspinge-Leevendamine pärast kokkupanekut
Pärast seda, kui kütteelemendid on täielikult sisestatud või klambriga kinnitatud, allutatakse kogu plaadikoost veel ühele pinget{0}}vabandavale termilisele tsüklile. See on kriitiline. Selle tsükli jooksul elementide endi soojus (toiteallikana ettenähtud kasutustemperatuurist kõrgema temperatuurini) vananeb kunstlikult koostu ja lõdvestab diferentsiaalpingeid. Seda protsessi nimetatakse mõnikord "termiliseks tsükliks" või "eelstabiliseerimiseks".
4. Täppislihvimine
Tööpind lihvitakse suure -formaadiga pindlihvimismasinas või topelt-ketasveskil. Lihvimine eemaldab ainult viimased 0,2–0,5 mm materjali, saavutades pinnaviimistluse (Ra) 0,8 µm või parema ja tasasuse, mis läheneb masina võimekusele. Kuni 600 mm läbimõõduga plaatide puhul suudab kaasaegne pinnafrees saavutada TIR-i<0.010 mm under controlled conditions.
5. Lõplik lappimine (valikuline)
TIR-spetsifikatsioonide puhul, mis on tihedamad kui 0,010 mm (nt<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-i määramine tehnilisel joonisel
Täpsusnõuetele vastava kütteplaadi edukaks hankimiseks peab TIR-spetsifikatsioon olema üheselt mõistetav ja täielik. Tüüpiline joonise viiktekst võib olla järgmine:
"Tööpinna summaarne näidustatud väljavool (TIR) ei tohi ületada 0,020 mm, mõõdetuna vastavalt standardile ASME Y14.5M-1994. Mõõtmine tehakse plaadiga, mis on stabiliseeritud 100 kraadi ± 5 kraadi all kogu tööpinna ulatuses, mis on määratletud läbimõõduga D. Kohalik kõrvalekalle ei tohi ületada 0,010 mm ühelgi ruutpinnal."
Põhielemendid:
TIR piirmäär.
Mõõtestandard (ASME Y14.5 või ISO 1101).
Temperatuur, mille juures mõõtmine toimub (toatemperatuur, töötemperatuur või mõlemad).
Piirkond, mille kohal TIR kehtib (nt "kogu tööpinna ulatuses" või "plaadi keskosas 80% ulatuses").
Kõik täiendavad "kohaliku tasasuse" nõuded (nt lainelisuse kontroll).
Ärge kunagi määrake TIR-i ilma temperatuuri märkimata.Plaat, mis on toatemperatuuril tasane, ei pruugi olla tasane 150 kraadi juures. Kriitiliste rakenduste puhul peaks tootja nõudma tasasuse kaardi esitamist nii ümbritseva õhu kui ka töötemperatuuri korral.
TIR-i sobitamine taotlusega
Nõutav TIR peaks põhinema töödeldava detaili paksuse tolerantsil ja vastavusel.
Thick, rigid parts (e.g., metal sheets >3 mm)– TIR 0,05–0,10 mm üle 500 mm võib olla vastuvõetav, kuna detail vastab või termopasta täidab tühimikud.
Õhukesed, painduvad kiled või vahvlid (<0.5 mm)– TIR peab olema<0.025 mm. For semiconductor wafers processed on a vacuum chuck, TIR <0.010 mm is typical.
Optiline kontakt (ilma liimita)– TIR<0.005 mm (lapping required).
Lamineerimine jäikade aluspindadega– TIR<0.020 mm over the laminate area to avoid voids.
Kinnitusmeetodid
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), annab täpsemaid andmeid koordinaatmõõtmismasin (CMM) või laserinterferomeeter.
Kui plaat on ette nähtud töötemperatuuril mõõdetud TIR-iga, tuleb läbi viia kontrollitud kuumutuskatse. Plaat pingestatakse teeninduse seadepunktini, lastakse stabiliseerida (tavaliselt 30–60 minutit) ja seejärel mõõdetakse TIR-i kuuma-indikaatori või kontaktivaba laseri nihkeanduri abil. Indikaatoraluse soojuspaisumist tuleb korrigeerida.
Levinud vead TIR-i määramisel
Üle-määratlemine– TIR-i taotlemine<0.005 mm when the application only requires 0.05 mm adds unnecessary cost (lapping is expensive).
Temperatuuri unustamine– Ilma mõõtmistemperatuurita määratud TIR on mitmetähenduslik. Tootja võib tarnida ruumi-temperatuuriga-tasapinnalise plaadi, mis kõverdub kasutuses lubamatult.
Kinnitusaukude ignoreerimine– TIR-spetsifikatsioonis tuleks märkida, kas mõõtmine hõlmab ala, mis asub otse kinnitusavade kohal või on need alad välja jäetud. Kui poldid on üle pingutatud, moonutavad poltide avad kohapeal pinda. Joonisel tuleks täpsustada pöördemomendi väärtused paigaldamiseks.
Kohalik tasasuse kontroll puudub– Plaat võib täita globaalset TIR-i 0,025 mm, kuid sellel on siiski terav 0,020 mm kühm 10 mm ringil -see on "lainelisuse" probleem. Täiendavad viiktekstid "tasasuse üle 25 mm ruudu" takistavad seda.
TIR-i karmistamise mõju kuludele
TIR-i spetsifikatsiooni ja tootmiskulude vaheline seos ei ole{0}}lineaarne. TIR-iga plaat<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.
Seetõttu peaks plaati täpsustav insener kehtestama protsessifüüsika põhjal minimaalse vastuvõetava TIR-i, seejärel lisama tagasihoidliku ohutusvaru,{0}}kuid mitte nõudma tarbetult ranget tolerantsi.
Materjali valiku roll
Alumiinium (6061 või 7075) on oma kõrge soojusjuhtivuse ja hõlpsa töötlemise tõttu kõige levinum kuumutusplaadi materjal. Alumiiniumil on aga suhteliselt kõrge soojuspaisumistegur (23 µm/m·K) ja madal jäikus. Suured alumiiniumplaadid (nt 600 mm läbimõõduga) vajuvad oma raskuse all, kui neid korralikult ei toetata. Äärmiselt rangete TIR-nõuete jaoks võib kasutada terasest (16 µm/m·K) või alumiinium{10}}ränikarbiidist komposiite, kuid need on raskemad või kallimad.
Kokkuvõte: Joonis kui teostusleping
Täpsustadeskogu näidatud väljavoolu kütteplaadi spetsifikatsiooni täpsustagab õigesti, et plaat teeb tegelikult oma tööd ühtlase kontakti ja soojuse tagamisel ning et tootmisprotsess vastab sellele standardile. Joonis on töövõtuleping ja täpsusnõuded tuleb selgelt edastada. Märkides TIR-i piiri, mõõtmistemperatuuri, kohaldatava ala ja kõik kohalikud tasapinnalised piirangud, annab insener tootjale üheselt mõistetava eesmärgi. Tulemuseks on kuumutusplaat, mis toimib ennustatavalt täppisrakendustes-olgu siis optiliste läätsede ühendamisel, pooljuhtplaatide töötlemisel või painduvate ahelate lamineerimisel. Tasasus ei ole sellise töö puhul luksus; see on protsessi võimaldaja.
