Грејна плоча за оптичко спајање или обраду полупроводничких плочица не треба да буде само „равна“, већ равна унутар неколико микрометара. Језик спецификације за ово је Тотал Индицатед Руноут, а исправан на цртежу дефинише цео производни процес. Лоше одређена равност може довести до неуједначеног контакта, локализованих врућих тачака и одбачених делова. Добро-наведен ТИР обезбеђује да грејна плоча испоручује равномеран пренос топлоте преко целе радне површине-о-о чему се не може преговарати у прецизним применама.
Шта је укупно индицирано истицање (ТИР) на грејној плочи?
Тотал Индицатед Руноут је максимална варијација у висини површине измерена индикатором бројчаника када се део ротира или скенира преко дефинисане области. За равну грејну плочу, ТИР је у суштини мера равности и паралелизма у комбинацији. Индикатор се поставља на нулу на референтну тачку, а затим се помера преко радне површине плоче. Свако одступање-врх или долина-се бележи. Разлика између највећег и најнижег очитавања у наведеном мерном опсегу је ТИР вредност.
Спецификација ТИР < 0,025 мм (25 микрометара) преко плоче пречника 300 мм значи да ниједна тачка на површини не одступа од референтне равни за више од ±0,0125 мм. За ултра{5}}прецизне апликације, ТИР вредности могу бити ниже од 0,010 мм или чак 0,005 мм. Захтевани ТИР се обично заснива на толеранцији дебљине дела који се обрађује или контроли зазора која је потребна за процес ламинирања или лепљења. Тањи, осетљивији делови (нпр. полупроводничке плочице, оптичко стакло) захтевају чвршћи ТИР.
Зашто је постизање чврстог ТИР-а изазов за грејне плоче
Грејна плоча није обична метална плоча. Садржи уграђене грејне елементе (изливене-у или стегнуте у жлебове) или је избушен за грејаче кертриџа. Може имати бунаре за термоелементе, рупе за монтажу и канале за хлађење. Производни процес-машинска обрада, заваривање, термичка обрада-индукује унутрашња напрезања. Ови напони се ослобађају када се плоча загреје на радну температуру, узрокујући савијање. Плоча која је измерена савршено равна на собној температури може се нагнути за 0,1 мм или више на 150 степени.
у пракси,равност је својство{0}}зависно од температуре у грејној плочи. Према томе, само навођење ТИР-а није довољно. Мора се навести и температура на којој се врши мерење. Прецизна грејна плоча треба да буде специфицирана са ТИР-ом који се мери или на температури околине (са познатим, прихватљивим помаком на радној температури) или, у идеалном случају, измереном на предвиђеној радној температури.
Кораци процеса за постизање прецизног ТИР-а
Постизање ТИР спецификације испод 0,025 мм захтева пажљиво планиран редослед производних операција.
1. Празан материјал-ослобођен стреса
Почетни материјал-обично легура алуминијума (нпр. 6061-Т6 или 7075) или челик (нпр. меки челик или нерђајући)-мора да се ослободи напрезања-пре било какве прецизне обраде. Као-примљене шипке или плоче често садрже заостала напрезања од ваљања или истискивања. Термално намакање за ублажавање стреса (нпр. 2-4 сата на 340 степени за алуминијум или 600 степени за челик) праћено полаганим хлађењем ослобађа ове напоне. Без овог корака, накнадна обрада ће дебалансирати поље напрезања, а плоча ће се искривити када се грејач укључи.
2. Груба обрада и уградња грејача
Плоча је грубо обрађена до{0}}нето димензија. Уграђују се грејни елементи (нпр. ливени у пешчани калуп за ливење-у грејачима, или утиснути у машински обрађене жлебове). Овај корак додаје нова напрезања због разлика у термичком ширењу између омотача грејача и материјала плоче. За прецизне ТИР апликације, грејач се често излива у засебно алуминијумско језгро, које се затим поново-уклања напон пре коначног наношења.
3. Термички стрес-Уклањање након склапања
Након што су грејни елементи у потпуности уграђени или стегнути, цео склоп плоча се подвргава још једном термичком циклусу{0}}опуштања напрезања. Ово је критично. Топлота из самих елемената током овог циклуса (напајана на температуру изнад предвиђене радне температуре) вештачки стари склоп и опушта диференцијална напрезања. Овај процес се понекад назива „термички циклус“ или „пре-стабилизација“.
4. Прецизно брушење
Радна површина се меље на брусилици великог формата-или брусилици са два диска{1}}. Брушењем се уклања само завршни материјал од 0,2–0,5 мм, чиме се постиже завршна обрада површине (Ра) од 0,8 µм или боља и равност која се приближава могућностима машине. За плоче пречника до 600 мм, модерна брусилица може постићи ТИР<0.010 mm under controlled conditions.
5. Завршно преклапање (опционо)
За ТИР спецификације чвршће од 0,010 мм (нпр.<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.
Одређивање ТИР-а на инжењерском цртежу
Да би се успешно набавила грејна плоча која испуњава захтеве за прецизност, ТИР спецификација мора бити недвосмислена и потпуна. Типичан опис цртежа може гласити:
„Укупни индицирани избој (ТИР) радне површине не сме бити већи од 0,020 мм када се мери у складу са АСМЕ И14.5М-1994. Мерење се врши са плочом стабилизованом на 100 степени ± 5 степени преко целе радне површине дефинисане пречником Д. Није дозвољено локално одступање веће од 0,010 мм по било којој квадратној површини.“
Кључни елементи:
Ограничење ТИР.
Мерни стандард (АСМЕ И14.5 или ИСО 1101).
Температура на којој се врши мерење (собна температура, радна температура или обоје).
Подручје на које се примењује ТИР (нпр. "преко целе радне површине" или "унутар централних 80% плоче").
Сваки додатни захтев "локалне равности" (нпр. контрола таласастости).
Никада немојте навести ТИР без навођења температуре.Плоча која је равна на собној температури можда неће бити равна на 150 степени. За критичне примене, од произвођача би требало захтевати да обезбеди мапу равности и на амбијенталној и на радној температури.
Усклађивање ТИР-а са апликацијом
Захтевани ТИР треба да се заснива на толеранцији дебљине и усклађености дела који се обрађује.
Thick, rigid parts (e.g., metal sheets >3 мм)– ТИР од 0,05–0,10 мм преко 500 мм може бити прихватљив, јер ће се део ускладити или ће термална паста попунити празнине.
Танке, флексибилне фолије или облатне (<0.5 mm)– ТИР мора бити<0.025 mm. For semiconductor wafers processed on a vacuum chuck, TIR <0.010 mm is typical.
Оптички контакт (без лепка)– ТИР<0.005 mm (lapping required).
Ламинирање чврстим подлогама– ТИР<0.020 mm over the laminate area to avoid voids.
Методе верификације
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 мм), координатна мерна машина (ЦММ) или ласерски интерферометар дају тачније податке.
Ако је плоча назначена са ТИР мереним на радној температури, мора се извршити контролисано испитивање загревања. Плоча се напаја до сервисне задате вредности, остави да се стабилизује (обично 30–60 минута), а затим се ТИР мери помоћу индикатора отпорног на топлоту-или бесконтактног ласерског сензора померања-. Термичко ширење индикаторског постоља мора бити исправљено.
Уобичајене грешке у одређивању ТИР-а
Преко{0}}навођење– Захтевање ТИР-а<0.005 mm when the application only requires 0.05 mm adds unnecessary cost (lapping is expensive).
Заборављајући температуру– ТИР специфициран без температуре мерења је двосмислен. Произвођач може да испоручи равну плочу на собној{1}температури{2}}која се неприхватљиво савија у раду.
Игнорисање рупа за монтажу– ТИР спецификација треба да наведе да ли мерење укључује област директно изнад рупа за затварање или су та подручја искључена. Рупе за вијке локално искривљују површину ако су вијци превише затегнути. Цртеж треба да одреди вредности обртног момента за монтажу.
Нема локалне контроле равности– Плоча може да задовољи глобални ТИР од 0,025 мм, али и даље има оштру избочину од 0,020 мм у кругу од 10 мм-што је проблем „таласавости“. Додатни натписи за „равност на било ком квадрату од 25 мм“ спречавају ово.
Утицај на цену затезања ТИР-а
Однос између ТИР спецификације и трошкова производње није-линеаран. Плоча са ТИР-ом<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.
Због тога, инжењер који наводи таблицу треба да успостави минимални прихватљиви ТИР на основу физике процеса, а затим да дода скромну безбедносну маргину-али не захтева непотребно уску толеранцију.
Улога избора материјала
Алуминијум (6061 или 7075) је најчешћи материјал за грејну плочу због своје високе топлотне проводљивости и лакоће обраде. Међутим, алуминијум има релативно висок коефицијент топлотног ширења (23 µм/м·К) и ниску крутост. Велике алуминијумске плоче (нпр. пречника 600 мм) ће клонути под сопственом тежином ако нису правилно подупрте. За изузетно строге ТИР захтеве, могу се користити челични (16 µм/м·К) или алуминијум{10}}композити силицијум карбида, али они су тежи или скупљи.
Резиме: Цртеж као уговор о извршењу
СпецифицирањеПрецизност спецификације грејне плоче укупне индикацијеисправно осигурава да ће плоча заиста обавити свој посао пружања уједначеног контакта и топлоте и да производни процес може испунити тај стандард. Цртеж је уговор за извођење, а захтеви за прецизност морају бити јасно саопштени. Наводећи ТИР ограничење, температуру мерења, применљиву област и сва локална ограничења равности, инжењер даје произвођачу недвосмислен циљ. Резултат је грејна плоча која ради предвидљиво у прецизној примени-било да лепи оптичка сочива, обрађује полупроводничке плочице или ламинира флексибилна кола. Равност није луксуз у таквом раду; то је покретач процеса.
