לוח חימום לחיבור אופטי או לעיבוד פרוסות מוליכים למחצה צריכה להיות לא רק "שטוחה", אלא שטוחה תוך כמה מיקרומטרים. שפת המפרט עבור זה היא Total Indicated Runout, והאם זה נכון בשרטוט, מגדיר את תהליך הייצור כולו. שטוחות שצוינה בצורה גרועה עלולה להוביל למגע לא אחיד, נקודות חמות מקומיות וחלקים שנדחו. TIR שצוין היטב- מבטיח שצלחת החימום מספקת העברה תרמית אחידה על פני כל משטח העבודה-דרישה שאינה-ניתנת למשא ומתן ביישומים מדויקים.
מהי הרחקה המצוינת הכוללת (TIR) על צלחת חימום?
Total Indicated Runout הוא השונות המקסימלית בגובה של משטח כפי שנמדד על ידי מחוון חוגה כאשר החלק מסובב או סורק על פני אזור מוגדר. עבור פלטת חימום שטוחה, TIR הוא בעצם מדד של שטוחות ומקביליות בשילוב. המחוון מאופס בנקודת ייחוס, ולאחר מכן נע על פני הלוח הפועלים. כל סטייה-שיא או עמק-מתועדת. ההבדל בין הקריאה הגבוהה והנמוכה ביותר בטווח המדידה שצוין הוא ערך TIR.
מפרט של TIR < 0.025 מ"מ (25 מיקרומטר) על לוח בקוטר 300 מ"מ אומר שאף נקודה על פני השטח לא סוטה ממישור הייחוס ביותר מ-0.0125 מ"מ ±. עבור יישומים דיוק- במיוחד, ייתכן שיידרשו ערכי TIR נמוכים כמו 0.010 מ"מ או אפילו 0.005 מ"מ. ה-TIR הנדרש מבוסס בדרך כלל על סבילות העובי של החלק המעובד או בקרת הפערים הדרושה לתהליך למינציה או הדבקה. חלקים דקים ורגישים יותר (למשל פרוסות מוליכים למחצה, זכוכית אופטית) דורשים TIR הדוק יותר.
מדוע השגת TIR הדוק היא מאתגרת עבור צלחות חימום
לוח חימום אינו לוח מתכת פשוט. הוא מכיל גופי חימום משובצים (יצוקים-בתוך או מהודקים בחריצים) או קדחו עבור מחממי מחסניות. ייתכן שיש לו בארות צמד תרמי, חורי הרכבה ותעלות קירור. תהליך הייצור-עיבוד, ריתוך, טיפול בחום-גורם ללחצים פנימיים. הלחצים הללו משתחררים כאשר הצלחת מחוממת לטמפרטורת הפעולה, מה שגורם לעיוות. צלחת שנמדדה שטוחה לחלוטין בטמפרטורת החדר עשויה להתכופף ב-0.1 מ"מ או יותר ב-150 מעלות.
לְמַעֲשֶׂה,שטוחות היא תכונה-תלויה בטמפרטורה בצלחת חימום. לכן, ציון TIR בלבד אינו מספיק. כמו כן יש לציין את הטמפרטורה בה מתבצעת המדידה. יש לציין לוח חימום מדויק עם TIR שנמדד בטמפרטורת הסביבה (עם סחיפה ידועה ומקובלת בטמפרטורת הפעלה) או, באופן אידיאלי, נמדד בטמפרטורת ההפעלה המיועדת.
תהליכי תהליך להשגת TIR מדויק
השגת מפרט TIR מתחת ל-0.025 מ"מ דורשת רצף פעולות ייצור מתוכנן בקפידה.
1. מתח-הקלה על חומר ריק
חומר המוצא-בדרך כלל סגסוגת אלומיניום (לדוגמה, 6061-T6 או 7075) או פלדה (לדוגמה, פלדה עדינה או נירוסטה)-חייבים להיות מוקלים- לפני כל עיבוד עיבוד מדויק. כמו-מקבלים מלאי מוטות או לוחות מכיל לעתים קרובות מתחים שיוריים מגלגול או שחול. טבילה תרמית להורדת מתחים (למשל, 2-4 שעות ב-340 מעלות עבור אלומיניום, או 600 מעלות עבור פלדה) ואחריה קירור איטי משחררת את הלחצים הללו. ללא שלב זה, העיבוד הבא יביא לחוסר איזון של שדה הלחץ, והצלחת תתעוות כאשר המחמם מופעל.
2. עיבוד שבבי גס והטבעת מחמם
הצלחת מעובדת בעיבוד גס עד לממדים קרובים-. מותקנים גופי חימום (למשל, יצוקים לתוך תבנית חול ליציקה- בתנורי חימום, או נלחצים לחריצים מעובדים). שלב זה מוסיף מתחים חדשים עקב ההבדלים בהתפשטות התרמית בין מעטפת המחמם לחומר הצלחת. עבור יישומי TIR מדויקים, המחמם יצוק לעתים קרובות לתוך ליבת אלומיניום נפרדת, אשר לאחר מכן-מוקל שוב מהלחץ לפני השטח הסופי.
3. מתח תרמי-הקלה לאחר הרכבה
לאחר שגופי החימום מוטבעים במלואם או מהודקים, כל מכלול הלוח נתון למחזור תרמי נוסף -משחרר. זה קריטי. החום מהאלמנטים עצמם במהלך מחזור זה (מופעל לטמפרטורה מעל לטמפרטורת השירות המיועדת) מזדקן באופן מלאכותי את המכלול ומשחרר מתחים דיפרנציאליים. תהליך זה נקרא לפעמים "רכיבה תרמית" או "טרום-ייצוב."
4. גריסה מדויקת
משטח העבודה נטחן במטחנת משטח-בפורמט גדול או במטחנת דיסק כפול-. השחזה מסירה רק את החומר הסופי של 0.2-0.5 מ"מ, ומשיגה גימור פני השטח (Ra) של 0.8 מיקרומטר או יותר ושטיחות המתקרבת ליכולת המכונה. עבור צלחות בקוטר של עד 600 מ"מ, מטחנת משטח מודרנית יכולה להשיג TIR<0.010 mm under controlled conditions.
5. סיבוב אחרון (אופציונלי)
עבור מפרטי TIR הדוקים מ-0.010 מ"מ (למשל,<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.
ציון TIR בשרטוט הנדסי
כדי להשיג בהצלחה פלטת חימום העומדת בדרישות הדיוק, מפרט ה-TIR חייב להיות חד משמעי ומלא. הסבר טיפוסי לציור עשוי להיות:
"Total Indicated Runout (TIR) של משטח העבודה לא יעלה על 0.020 מ"מ כאשר נמדד בהתאם ל-ASME Y14.5M-1994. המדידה תתבצע כשהצלחת מיוצבת ב-100 מעלות ± 5 מעלות על פני כל משטח העבודה המוגדר בקוטר D. לא מותרת סטייה מקומית העולה על 0.010 מ"מ על פני שטח מרובע של 25 מ"מ כלשהו".
אלמנטים מרכזיים:
מגבלת TIR.
תקן המדידה (ASME Y14.5 או ISO 1101).
הטמפרטורה שבה מתבצעת המדידה (טמפרטורת החדר, טמפרטורת ההפעלה או שניהם).
השטח שעליו חל TIR (למשל, "על כל משטח העבודה" או "בתוך 80% המרכזי של הצלחת").
כל דרישה נוספת ל"שטוח מקומי" (למשל, בקרת גלי).
לעולם אל תציין TIR מבלי לציין את הטמפרטורה.צלחת שטוחה בטמפרטורת החדר עשויה שלא להיות שטוחה ב-150 מעלות. עבור יישומים קריטיים, יש לדרוש מהיצרן לספק מפת שטוחות הן בטמפרטורת הסביבה והן בטמפרטורת ההפעלה.
התאמת TIR לאפליקציה
ה-TIR הנדרש צריך להיות מבוסס על סבילות העובי והתאימות של החלק המעובד.
Thick, rigid parts (e.g., metal sheets >3 מ"מ)– TIR של 0.05-0.10 מ"מ מעל 500 מ"מ עשוי להיות מקובל, מכיוון שהחלק יתאים או שהמשחה התרמית תמלא פערים.
סרטים דקים וגמישים או ופלים (<0.5 mm)- TIR חייב להיות<0.025 mm. For semiconductor wafers processed on a vacuum chuck, TIR <0.010 mm is typical.
מגע אופטי (ללא דבק)– TIR<0.005 mm (lapping required).
למינציה עם מצעים קשיחים– TIR<0.020 mm over the laminate area to avoid voids.
שיטות אימות
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 מ"מ), מכונת מדידת קואורדינטות (CMM) או אינטרפרומטר לייזר מספקים נתונים מדויקים יותר.
אם הצלחת מצוינת עם TIR שנמדד בטמפרטורת הפעלה, יש לבצע בדיקת חימום מבוקרת. הצלחת מופעלת לנקודת ההגדרה של השירות, נותנת להתייצב (בדרך כלל 30-60 דקות), ואז ה-TIR נמדד באמצעות מחוון עמיד בחום- או חיישן עקירת לייזר ללא מגע. יש לתקן התרחבות תרמית של מעמד המחוון.
טעויות נפוצות בציון TIR
מעבר ל-ציון– מבקש TIR<0.005 mm when the application only requires 0.05 mm adds unnecessary cost (lapping is expensive).
שוכחים טמפרטורה- TIR שצוין ללא טמפרטורת מדידה אינו חד משמעי. יצרן עשוי לספק פלטה שטוחה-טמפרטורת-חדר שמתכופפת בצורה בלתי מקובלת בשירות.
התעלמות מחורי הרכבה- מפרט ה-TIR צריך לציין אם המדידה כוללת את השטח ישירות מעל חורי מחברים או אם אזורים אלה אינם נכללים. חורי ברגים מעוותים באופן מקומי את פני השטח אם הברגים מהודקים יתר על המידה. השרטוט צריך לציין ערכי מומנט להרכבה.
אין בקרת שטיחות מקומית– צלחת יכולה לעמוד ב-TIR עולמי של 0.025 מ"מ אך עדיין יש לה גיבנת חדה של 0.020 מ"מ על פני מעגל של 10 מ"מ-בעיית "גליות". הסברים נוספים ל"שטוח על כל ריבוע של 25 מ"מ" מונעים זאת.
השפעת עלות של הידוק TIR
הקשר בין מפרט TIR לעלות הייצור אינו- ליניארי. צלחת עם 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.
לכן, המהנדס שמציין את הלוח צריך לקבוע את ה-TIR המינימלי המקובל על סמך פיזיקת התהליך, ולאחר מכן להוסיף מרווח בטיחות צנוע-אבל לא לדרוש סובלנות הדוקה שלא לצורך.
תפקידה של בחירת החומר
אלומיניום (6061 או 7075) הוא חומר לוחות החימום הנפוץ ביותר בגלל המוליכות התרמית הגבוהה וקלות העיבוד שלו. עם זאת, לאלומיניום יש מקדם התפשטות תרמית גבוה יחסית (23 µm/m·K) וקשיחות נמוכה. לוחות אלומיניום גדולים (למשל, קוטר 600 מ"מ) יצנחו תחת המשקל שלהם אם לא נתמכו כראוי. לדרישות TIR הדוקות במיוחד, ניתן להשתמש ברכיבים מרוכבים של סיליקון קרביד מפלדה (16 מיקרומטר/מ·K) או אלומיניום{{10}, אך הם כבדים יותר או יקרים יותר.
תקציר: הציור כחוזה לביצוע
מפרטדיוק מפרט לוח החימום הכולל המצויןמבטיח בצורה נכונה שהמשטח אכן יעשה את עבודתו לספק מגע וחום אחידים, ושתהליך הייצור יכול לעמוד בתקן זה. שרטוט הוא חוזה לביצוע, ויש להעביר דרישות דיוק בצורה ברורה. על ידי ציון מגבלת ה-TIR, טמפרטורת המדידה, השטח הרלוונטי וכל אילוצי שטיחות מקומיים, המהנדס מספק ליצרן יעד חד משמעי. התוצאה היא פלטת חימום שמתפקדת כצפוי ביישום המדויק-בין אם מחברת עדשות אופטיות, עיבוד פרוסות מוליכים למחצה או למינציה של מעגלים גמישים. שטיחות היא לא מותרות בעבודה כזו; זה מאפשר תהליך.
