Kako določiti grelno ploščo s specifičnim indiciranim odtokom (TIR) ​​za natančno uporabo?

Grelna plošča za optično lepljenje ali obdelavo polprevodniških rezin ne sme biti samo "ravna", ampak ravna v nekaj mikronih. Jezik specifikacije za to je Total Indicated Runout. Pravilen prikaz na risbi določa celoten proces izdelave. Slabo definirana ravnost lahko povzroči neenakomeren stik, vroča območja in zavrnjene dele. Dobro določen TIR zagotavlja enakomeren prenos toplote z grelne plošče po celotnem delovnem območju – absolutna obveznost, kjer je natančnost glavna stvar. TIR ali popolno indicirano odtekanje na grelni plošči? Celotno indicirano odstopanje je največje nihanje višine površine, ki ga določi indikator na številčnici, ko se del vrti ali skenira na določenem območju. Za ravno grelno ploščo je TIR dejansko merilo ravnosti in vzporednosti skupaj. Indikator se nastavi na ničlo glede na referenčno točko in se nato premakne čez delovno površino plošče. Vsaka sprememba - vrha ali dna - je zabeležena. Vrednost TIR je razlika med najvišjo in najnižjo vrednostjo v navedenem merilnem območju. Merilo TIR < 0,025 mm (25 mikrometrov) na plošči s premerom 300 mm pomeni, da nobena točka na površini ni oddaljena več kot ± 0,0125 mm od referenčne ravnine. Pri ultra{17}}preciznih aplikacijah bodo morda potrebne vrednosti TIR 0,010\\;mm ali celo 0,005\\;mm. Zahtevani TIR je pogosto določen s toleranco debeline predmeta, ki se obdeluje, ali nadzorom vrzeli, ki je potreben za postopek laminiranja ali lepljenja. Tanjši, občutljivejši deli (npr. polprevodniške rezine, optično steklo) zahtevajo ožji TIR. Zakaj je težko dobiti tesen TIR za grelne plošče Grelna plošča ni le kovinska plošča. Opremljen je z ulitimi-ali vpetimi-utori za grelne elemente ali izvrtanimi za kartušne grelnike. Lahko ima vdolbine za termočlene, pritrdilne luknje in hladilne kanale. Notranje napetosti povzroča proizvodni proces - strojna obdelava, varjenje, toplotna obdelava. Te napetosti se sprostijo, ko se plošča segreje na delovno temperaturo, kar povzroči zvijanje. Plošča, ki je pri normalni temperaturi ravna, se lahko pri 150 C upogne za 0,1 mm ali več. V praksi je ravnost značilnost grelne plošče, ki je odvisna od temperature. Tako samo TIR ne zadošča za določitev. Določiti je treba temperaturo, pri kateri se izvaja meritev. Natančno grelno ploščo je treba določiti s TIR, izmerjenim pri sobni temperaturi (z znanim, sprejemljivim premikom pri delovni temperaturi) ali bolje, izmerjeno pri pričakovani delovni temperaturi. Koraki postopka za pridobitev natančnega TIR Da bi dosegli standard TIR manj kot 0,025 mm, je potrebna dobro premišljena serija proizvodnih dejavnosti. 1. Surov material z razbremenjenim stresom Pred kakršno koli natančno obdelavo mora biti surovina, običajno aluminijeva zlitina (npr. . 6061-T6 ali 7075) ali jeklo (npr. mehko jeklo ali nerjavno jeklo), obremenjena olajšan. Preostale napetosti v-prejetih palicah ali ploščah so pogoste zaradi valjanja ali iztiskanja. Te napetosti je mogoče ublažiti z namakanjem (recimo 2-4 ure pri 340C za aluminij ali 600C za jeklo) in počasnim ohlajanjem. Brez tega postopka bo kasnejša strojna obdelava povzročila neravnovesje napetostnega polja in plošča bi se deformirala, ko je grelnik pod napetostjo. 2. Groba obdelava in vdelava grelnikov Plošča je grobo obdelana skoraj do neto dimenzij. Grelni elementi so nameščeni (na primer uliti v peščeni kalup za vlivanje-v grelnike ali vtisnjeni v strojno obdelane utore). Ta stopnja prinaša nove pritiske zaradi razlike v toplotni razteznosti med plaščem grelnika in materialom plošče. Pri natančnih aplikacijah TIR je grelec pogosto vlit v ločeno aluminijasto jedro in spet{62}}razbremenjen pred končno površino. 3. Po-Toplotna napetost sestava-Razbremenitev Ko so grelni elementi v celoti vstavljeni ali vpeti, je celoten sklop plošč deležen še enega termičnega cikla razbremenitve napetosti. To je pomembno. V tem ciklu se elementi sami segrejejo na temperaturo, ki je višja od določene delovne temperature, toplota, ki jo ustvarijo, pa umetno postara sklop in sprosti diferencialne napetosti. To včasih imenujemo "toplotno kroženje" ali "pred-stabilizacija". 4. Natančno brušenje Delovna površina je brušena s površinskim brusilnikom-velikega formata ali dvojnim kolutnim brusilnikom. Brušenje odstrani le zadnjih 0,2 do 0,5 mm materiala in ustvari površinsko obdelavo (Ra) 0,8 µm ali več in ravnost, ki se približa zmogljivosti stroja. Pri reguliranih nastavitvah lahko sodoben površinski brusilnik proizvede TIR<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 mm) – TIR 0,05–0,10 mm nad 500 mm je morda sprejemljiv, saj bo element ustrezal ali pa bo termalna pasta zapolnila vrzeli. Tanke, fleksibilne folije ali rezine (<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 mm) koordinatni merilni stroj (CMM) ali laserski interferometer ponuja natančnejše podatke. Če je tablica določena s TIR, izmerjeno pri delovni temperaturi, se izvede preskus nadzorovanega segrevanja. Plošča se napaja na delovno nastavljeno točko in pusti, da se stabilizira (običajno 30-60 minut), TIR pa se zabeleži s temperaturno-odporno indikacijo ali brez-kontaktnim laserskim senzorjem premika. Potreben je popravek za toplotno razteznost stojala indikatorja. Pogoste napake pri specifikaciji TIR zaradi-navajanja – navedba 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.