Een verwarmingsplaat voor optische binding of halfgeleiderwafelverwerking moet niet alleen 'plat' zijn, maar binnen een paar micrometers vlak. De specificatietaal hiervoor is Total Indicated Runout, en als u dit op de tekening goed weergeeft, wordt het hele productieproces gedefinieerd. Een slecht gespecificeerde vlakheid kan leiden tot ongelijkmatig contact, plaatselijke hotspots en afgekeurde onderdelen. Een goed-gespecificeerde TIR zorgt ervoor dat de verwarmingsplaat een uniforme thermische overdracht over het gehele werkoppervlak levert-een niet-onderhandelbare vereiste bij precisietoepassingen.
Wat is de totale aangegeven slingering (TIR) op een verwarmingsplaat?
De totale aangegeven slingering is de maximale variatie in de hoogte van een oppervlak zoals gemeten door een meetklok wanneer het onderdeel over een gedefinieerd gebied wordt geroteerd of gescand. Voor een vlakke verwarmingsplaat is TIR in wezen een maatstaf voor de combinatie van vlakheid en parallelliteit. De indicator wordt op nul gezet op een referentiepunt en vervolgens over het werkvlak van de plaat bewogen. Elke afwijking-piek of dal-wordt geregistreerd. Het verschil tussen de hoogste en laagste meetwaarde over het opgegeven meetbereik is de TIR-waarde.
Een specificatie van TIR < 0,025 mm (25 micrometer) over een plaat met een diameter van 300 mm betekent dat geen enkel punt op het oppervlak meer dan ±0,0125 mm afwijkt van het referentievlak. Voor ultra-precisietoepassingen kunnen TIR-waarden zo laag als 0,010 mm of zelfs 0,005 mm vereist zijn. De vereiste TIR is doorgaans gebaseerd op de diktetolerantie van het te bewerken onderdeel of de spleetcontrole die nodig is voor een lamineer- of hechtproces. Dunnere, gevoeligere onderdelen (bijvoorbeeld halfgeleiderwafels, optisch glas) vereisen een strakkere TIR.
Waarom het bereiken van een strakke TIR een uitdaging is voor verwarmingsplaten
Een verwarmingsplaat is geen eenvoudige metalen plaat. Het bevat ingebedde verwarmingselementen (ingegoten-of ingeklemd in groeven) of is geboord voor patroonverwarmers. Het kan thermokoppelputten, montagegaten en koelkanalen hebben. Het productieproces-bewerking, lassen en warmtebehandeling-veroorzaakt interne spanningen. Deze spanningen komen vrij wanneer de plaat wordt verwarmd tot bedrijfstemperatuur, waardoor kromtrekken ontstaat. Een plaat die perfect vlak is bij kamertemperatuur, kan bij 150 graden 0,1 mm of meer buigen.
In de praktijk,vlakheid is een temperatuur-afhankelijke eigenschap van een verwarmingsplaat. Daarom is het specificeren van TIR alleen onvoldoende. Ook moet de temperatuur waarbij wordt gemeten worden vermeld. Er moet een precisieverwarmingsplaat worden gespecificeerd met een TIR gemeten bij omgevingstemperatuur (met een bekende, aanvaardbare drift bij bedrijfstemperatuur) of, idealiter, gemeten bij de beoogde bedrijfstemperatuur.
Processtappen om een precisie-TIR te bereiken
Het bereiken van een TIR-specificatie onder 0,025 mm vereist een zorgvuldig geplande reeks productiewerkzaamheden.
1. Stress-Verlicht blanco materiaal
Het uitgangsmateriaal-doorgaans een aluminiumlegering (bijvoorbeeld 6061-T6 of 7075) of staal (bijvoorbeeld zacht staal of roestvrij staal)-moet spanningsvrij worden-voordat enige precisiebewerking plaatsvindt. Omdat-ontvangen staaf- of plaatmateriaal vaak restspanningen bevat als gevolg van walsen of extrusie. Een thermisch spanningsverlichtend weken (bijvoorbeeld 2-4 uur bij 340 graden voor aluminium, of 600 graden voor staal), gevolgd door langzame afkoeling, maakt deze spanningen los. Zonder deze stap zal de daaropvolgende bewerking het spanningsveld uit balans brengen en zal de plaat kromtrekken wanneer de verwarmer wordt bekrachtigd.
2. Ruwe bewerking en inbedding van de verwarming
De plaat is ruw bewerkt tot bijna-nettoafmetingen. Er worden verwarmingselementen geïnstalleerd (bijvoorbeeld gegoten in een zandvorm voor ingegoten-verwarmers, of in machinaal bewerkte groeven geperst). Deze stap voegt nieuwe spanningen toe als gevolg van de verschillen in thermische uitzetting tussen de verwarmingsmantel en het plaatmateriaal. Voor precisie-TIR-toepassingen wordt de verwarmer vaak in een afzonderlijke aluminium kern gegoten, die vervolgens weer spanningsvrij wordt gemaakt- voordat deze uiteindelijk wordt bedekt.
3. Thermische spanning-Verlichten na montage
Nadat de verwarmingselementen volledig zijn ingebed of vastgeklemd, wordt de gehele plaatconstructie onderworpen aan een nieuwe spanningsverlichtende thermische cyclus-. Dit is van cruciaal belang. De warmte van de elementen zelf tijdens deze cyclus (aangedreven tot een temperatuur boven de beoogde gebruikstemperatuur) veroudert de constructie kunstmatig en vermindert de differentiële spanningen. Dit proces wordt soms 'thermische cycli' of 'pre-stabilisatie' genoemd.
4. Precisieslijpen
Het werkoppervlak wordt geslepen op een groot-vlakslijpmachine of een dubbele-schijfslijpmachine. Bij het slijpen wordt alleen de laatste 0,2–0,5 mm materiaal verwijderd, waardoor een oppervlakteafwerking (Ra) van 0,8 µm of beter wordt bereikt en een vlakheid die de mogelijkheden van de machine benadert. Voor platen met een diameter tot 600 mm kan een moderne vlakslijpmachine TIR bereiken<0.010 mm under controlled conditions.
5. Laatste lappen (optioneel)
Voor TIR-specificaties strakker dan 0,010 mm (bijv.<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 specificeren op een technische tekening
Om succesvol een verwarmingsplaat aan te schaffen die aan de precisie-eisen voldoet, moet de TIR-specificatie eenduidig en volledig zijn. Een typische tekeningbijschrift zou kunnen luiden:
"De totale aangegeven slingering (TIR) van het werkoppervlak mag niet groter zijn dan 0,020 mm wanneer gemeten in overeenstemming met ASME Y14.5M-1994. De meting moet worden uitgevoerd met de plaat gestabiliseerd op 100 graden ± 5 graden over het gehele werkoppervlak gedefinieerd door diameter D. Er is geen lokale afwijking van meer dan 0,010 mm over een vierkant gebied van 25 mm toegestaan."
Belangrijkste elementen:
De TIR-limiet.
De meetstandaard (ASME Y14.5 of ISO 1101).
De temperatuur waarbij de meting wordt uitgevoerd (kamertemperatuur, bedrijfstemperatuur of beide).
Het gebied waarover TIR van toepassing is (bijvoorbeeld "over het gehele werkoppervlak" of "binnen de centrale 80% van de plaat").
Eventuele aanvullende vereisten voor "lokale vlakheid" (bijvoorbeeld controle van de golving).
Geef nooit een TIR op zonder de temperatuur te vermelden.Een plaat die vlak is bij kamertemperatuur hoeft bij 150 graden niet vlak te zijn. Voor kritische toepassingen moet van de fabrikant worden verlangd dat hij een vlakheidskaart verstrekt bij zowel de omgevings- als de bedrijfstemperatuur.
TIR afstemmen op de toepassing
De vereiste TIR moet gebaseerd zijn op de diktetolerantie en conformiteit van het te verwerken onderdeel.
Thick, rigid parts (e.g., metal sheets >3 mm)– Een TIR van 0,05–0,10 mm boven 500 mm kan acceptabel zijn, omdat het onderdeel zich zal conformeren of de koelpasta gaten zal opvullen.
Dunne, flexibele films of wafels (<0.5 mm)– TIR moet zijn<0.025 mm. For semiconductor wafers processed on a vacuum chuck, TIR <0.010 mm is typical.
Optisch contact maken (geen lijm)– TIR<0.005 mm (lapping required).
Lamineren met stijve substraten– TIR<0.020 mm over the laminate area to avoid voids.
Verificatiemethoden
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), een coördinatenmeetmachine (CMM) of een laserinterferometer levert nauwkeurigere gegevens.
Als de plaat is gespecificeerd met TIR gemeten bij bedrijfstemperatuur, moet een gecontroleerde verwarmingstest worden uitgevoerd. De plaat wordt bekrachtigd tot het service-instelpunt, waarna hij zich kan stabiliseren (doorgaans 30-60 minuten), en vervolgens wordt de TIR gemeten met behulp van een hitte-bestendige indicator of een- contactloze laserverplaatsingssensor. Er moet voor thermische uitzetting van de indicatorstandaard worden gecorrigeerd.
Veel voorkomende fouten bij het specificeren van TIR
Over-specificeren– TIR aanvragen<0.005 mm when the application only requires 0.05 mm adds unnecessary cost (lapping is expensive).
Temperatuur vergeten– Een TIR gespecificeerd zonder meettemperatuur is dubbelzinnig. Een fabrikant kan een vlakke plaat op -temperatuur- leveren die tijdens gebruik onaanvaardbaar buigt.
Montagegaten negeren– In de TIR-specificatie moet worden vermeld of de meting het gebied direct boven de bevestigingsgaten omvat of dat deze gebieden niet zijn uitgesloten. Boutgaten vervormen plaatselijk het oppervlak als de bouten te strak worden aangedraaid. De tekening moet de aanhaalmomenten voor montage specificeren.
Geen lokale vlakheidscontrole– Een plaat kan voldoen aan een globale TIR van 0,025 mm, maar nog steeds een scherpe bult van 0,020 mm hebben over een cirkel van 10 mm-een "golvings"-probleem. Extra vermeldingen voor "vlakheid over elk vierkant van 25 mm" voorkomen dit.
Kostenimpact van TIR-verstrakking
De relatie tussen TIR-specificatie en productiekosten is niet-lineair. Een bord met 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.
Daarom moet de ingenieur die de plaat specificeert de minimaal aanvaardbare TIR vaststellen op basis van procesfysica en vervolgens een bescheiden veiligheidsmarge toevoegen-maar geen onnodig nauwe tolerantie eisen.
De rol van materiaalkeuze
Aluminium (6061 of 7075) is het meest voorkomende materiaal voor verwarmingsplaten vanwege de hoge thermische geleidbaarheid en het gemak van bewerking. Aluminium heeft echter een relatief hoge thermische uitzettingscoëfficiënt (23 µm/m·K) en een lage stijfheid. Grote aluminium platen (bijvoorbeeld 600 mm diameter) zullen doorbuigen onder hun eigen gewicht als ze niet goed worden ondersteund. Voor extreem strenge TIR-eisen kunnen staal (16 µm/m·K) of aluminium-siliciumcarbidecomposieten worden gebruikt, maar deze zijn zwaarder of duurder.
Samenvatting: De tekening als prestatieovereenkomst
Specificerentotaal aangegeven nauwkeurigheid van de specificatie van de verwarmingsplaatzorgt er op de juiste manier voor dat de plaat daadwerkelijk zijn werk doet door uniform contact en warmte te leveren, en dat het productieproces aan die norm kan voldoen. Een tekening is een prestatiecontract en nauwkeurigheidseisen moeten duidelijk worden gecommuniceerd. Door de TIR-limiet, de meettemperatuur, het toepasselijke gebied en eventuele lokale vlakheidsbeperkingen te vermelden, biedt de ingenieur de fabrikant een ondubbelzinnig doel. Het resultaat is een verwarmingsplaat die voorspelbaar presteert in precisietoepassingen-of het nu gaat om het verbinden van optische lenzen, het verwerken van halfgeleiderwafels of het lamineren van flexibele circuits. Vlakheid is bij dergelijk werk geen luxe; het is een procesenabler.
