Ako špecifikovať ohrievaciu platňu so špecifickým celkovým indikovaným hádzaním (TIR) ​​pre presnú aplikáciu?

Vyhrievacia platňa na optické spájanie alebo spracovanie polovodičových doštičiek musí byť nielen "plochá", ale plochá v rozmedzí niekoľkých mikrónov. Jazyk špecifikácie je Total Indicated Runout. Správne uvedenie na výkrese určuje celý výrobný proces. Zle definovaná rovinnosť môže spôsobiť nerovnomerný kontakt, horúce oblasti a vyradené diely. Dobre špecifikovaný TIR zaisťuje rovnomerný prenos tepla z vyhrievacej platne po celej pracovnej ploche – absolútna nutnosť, kde presnosť je názov hry. TIR alebo celkové indikované hádzanie na vykurovacej doske? Celkové indikované hádzanie je maximálne kolísanie výšky povrchu určené číselníkom, keď sa diel otáča alebo skenuje v definovanej oblasti. Pre plochú vykurovaciu platňu je TIR skutočne mierou rovinnosti a rovnobežnosti. Indikátor sa nastaví na nulu oproti referenčnému bodu a potom sa presunie cez pracovnú plochu dosky. Akákoľvek zmena - vrchol alebo minimum - je zaznamenaná. Hodnota TIR je rozdiel medzi najvyššou a najnižšou hodnotou v rámci uvedeného rozsahu merania. Kritérium TIR < 0,025 mm (25 mikrometrov) cez platňu s priemerom 300 mm znamená, že žiadny bod na povrchu nie je viac ako ± 0,0125 mm od referenčnej roviny. V extrémne presných aplikáciách môžu byť potrebné hodnoty TIR 0,010 mm alebo dokonca 0,005 mm. Požadovaná TIR je často určená toleranciou hrúbky spracovávaného objektu alebo kontrolou medzery potrebnej pre proces laminovania alebo spájania. Tenšie, citlivejšie časti (napr. polovodičové doštičky, optické sklo) vyžadujú užšie TIR. Prečo je ťažké získať tesné TIR pre ohrievacie platne Ohrievacia platňa nie je len doska z kovu. Je vybavený buď zaliatymi-alebo upnutými-v drážkach pre vykurovacie telesá alebo vyvŕtaný pre ohrievače kaziet. Môže mať termočlánkové jamky, montážne otvory a chladiace kanály. Vnútorné napätia sú spôsobené výrobným procesom - obrábaním, zváraním, tepelným spracovaním. Tieto napätia sa uvoľnia, keď sa platňa zahreje na pracovnú teplotu, čím sa vytvorí deformácia. Doska, ktorá je pri normálnej teplote plochá, sa môže pri 150 °C prehnúť o 0,1 mm alebo viac. V praxi je rovinnosť vlastnosť vykurovacej dosky závislá od teploty. Samotný TIR teda nestačí špecifikovať. Teplota, pri ktorej sa meranie vykonáva, musí byť špecifikovaná. Presná vyhrievacia platňa by mala byť špecifikovaná pomocou TIR meraného buď pri teplote okolia (so známym, prijateľným posunom pri prevádzkovej teplote), alebo lepšie, merané pri predpokladanej prevádzkovej teplote. Procesné kroky na získanie presnej TIR Na dosiahnutie štandardu TIR menšej ako 0,025 mm je potrebná dobre premyslená séria výrobných činností. 1. Surový materiál bez napätia Pred akýmkoľvek presným obrábaním musí byť surovina, zvyčajne hliníková zliatina (napr.. 6061-T6 alebo 7075) alebo oceľ (napr. mäkká oceľ alebo nehrdzavejúca), byť bez napätia Zvyškové napätia v-prijatej tyči alebo plechu sú bežné v dôsledku valcovania alebo vytláčania. Tieto namáhania možno zmierniť namáčaním (povedzme 2-4 hodiny pri 340 °C pre hliník alebo 600 °C pre oceľ) a pomalým ochladzovaním . Bez tohto procesu by následné opracovanie nevyvážilo napäťové pole a doska by sa pri zapnutí ohrievača zdeformovala. 2. Hrubé opracovanie a zabudovanie ohrievačov Doska je nahrubo opracovaná na takmer čisté rozmery. Ohrievacie prvky sú umiestnené (napríklad odliate do pieskovej formy na odlievanie{60}}do ohrievačov alebo zalisované do opracovaných drážok). Táto fáza prináša nové tlaky v dôsledku rozdielu tepelnej rozťažnosti medzi plášťom ohrievača a materiálom dosky. Pri presných aplikáciách TIR sa ohrievač často odlieva do samostatného hliníkového jadra a pred konečným povrchom sa opäť zbaví napätia{62}}{61}} Odstránenia tepelného napätia po zostave-Po úplnom upevnení alebo upnutí vykurovacích telies sa celá zostava dosky podrobí ďalšiemu tepelnému cyklu na uvoľnenie napätia. Toto je dôležité. V tomto cykle sa samotné prvky zahrievajú na teplotu vyššiu ako je špecifikovaná prevádzková teplota a teplo, ktoré vytvárajú, umelo starne zostavu a uvoľňuje rozdielne napätia. Niekedy sa to nazýva „tepelné cyklovanie“ alebo „pred{69}}stabilizácia“. 4. Presné brúsenie Pracovná plocha je brúsená pomocou veľkoformátovej povrchovej brúsky alebo dvojkotúčovej brúsky. Brúsením sa odstráni iba posledných 0,2 až 0,5 mm materiálu a vytvorí sa povrchová úprava (Ra) 0,8 µm alebo väčšia a rovinnosť, ktorá sa blíži kapacite stroja. Pri regulovaných nastaveniach môže súčasná povrchová brúska produkovať 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 môže byť prijateľná, pretože položka bude vyhovovať alebo tepelná pasta vyplní medzery. Tenké, flexibilné fólie alebo doštičky (<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) presnejšie údaje ponúka súradnicový merací stroj (CMM) alebo laserový interferometer. Ak je doska špecifikovaná pomocou TIR meranej pri prevádzkovej teplote, musí sa vykonať test kontrolovaného ohrevu. Platňa sa nabije na servisnú nastavenú hodnotu a nechá sa stabilizovať (zvyčajne 30-60 minút) a TIR sa zaznamená pomocou tepelne -odolnej indikácie alebo bez{8}}kontaktného laserového snímača posunu. Je potrebná korekcia tepelnej rozťažnosti stojana indikátora. Časté chyby v špecifikácii TIR Nad-špecifikovaním – špecifikovaním 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.