Kuinka määrittää lämmityslevy, jolla on erityinen indikoitu lopputulos (TIR) ​​tarkkuussovelluksiin?

Lämmityslevyn optista sidosta tai puolijohdekiekkojen käsittelyä varten ei saa olla vain "litteä", vaan litteä muutaman mikronin sisällä. Tämän määrityskieli on Total Indicated Runout . Oikein piirustuksen saaminen määrää koko valmistusprosessin. Huonosti määritelty tasaisuus voi aiheuttaa epätasaisia ​​kosketuksia, kuumia alueita ja hylättyjä osia. Hyvin määritelty TIR takaa tasaisen lämmönsiirron lämmityslevyltä koko työskentelyalueen läpi – ehdoton, jos tarkkuus on pelin nimi. TIR vai ilmoitettu lopputulos lämmityslevyllä? Indicated Runout on suurin vaihtelu pinnan korkeudessa, joka määräytyy kellonäytön avulla, kun osaa kierretään tai skannataan määritetyn alueen yli. Tasaiselle lämmityslevylle TIR on todellakin tasaisuuden ja yhdensuuntaisuuden mitta. Ilmaisin asetetaan nollaan referenssipistettä vasten ja siirretään sitten levyn työpinnan yli. Kaikki muutokset - huippu tai pohja - huomioidaan. TIR-arvo on korkeimman ja pienimmän lukeman välinen ero ilmoitetulla mittausalueella. Kriteeri TIR < 0,025 mm (25 mikrometriä) halkaisijaltaan 300 mm:n levyn poikki tarkoittaa, että mikään pinnan piste ei ole yli ± 0,0125 mm:n etäisyydellä vertailutasosta. Ultra-tarkkuussovelluksissa TIR-arvot voivat olla 0,010\\;mm tai jopa 0,005\\;mm. Vaadittu TIR määräytyy usein käsiteltävän kohteen paksuustoleranssin tai laminointi- tai liimausprosessissa tarvittavan rakojen hallinnan perusteella. Ohuemmat, herkemmät osat (esim. puolijohdekiekot, optinen lasi) vaativat kapeamman TIR:n. Miksi on vaikeaa saada tiukka TIR lämmityslevyille Lämmityslevy ei ole vain metallilevy. Se on joko valaistu-tai kiinnitetty-uriin lämmityselementtejä varten tai porattu patruunalämmittimiä varten. Siinä voi olla termoelementin kaivoja, asennusreikiä ja jäähdytyskanavia. Sisäiset jännitykset aiheutuvat tuotantoprosessin - työstyksestä, hitsauksesta ja lämpökäsittelystä. Nämä jännitykset vapautuvat, kun levy kuumennetaan käyttölämpötilaan, jolloin syntyy vääntymistä. Normaalilämpötilassa tasainen levy voi taipua 0,1 mm tai enemmän 150 C:ssa. Käytännössä tasaisuus on lämpölevyn lämpötilariippuvainen ominaisuus. Näin ollen TIR ei yksin riitä määrittelyyn. Lämpötila, jossa mittaus tehdään, on ilmoitettava. Tarkkuuslämpölevy on määritettävä TIR-mittauksella, joka mitataan joko ympäristön lämpötilassa (tunnetulla, hyväksyttävällä poikkeamalla käyttölämpötilassa) tai paremmin mitattuna odotetussa käyttölämpötilassa. Prosessin vaiheet tarkan TIR:n saamiseksi Alle 0,025 mm:n TIR-standardin saavuttamiseksi tarvitaan hyvin harkittu sarja valmistustoimenpiteitä. 1. Jännityksellä vapautettu tyhjä materiaali Ennen tarkkuustyöstöä raaka-aineen, yleensä alumiiniseoksen (esim Vastaanotetussa tangossa tai levymassassa on tavallisia jäännösjännityksiä, jotka johtuvat valssauksesta tai suulakepuristamisesta. Näitä rasituksia voidaan lievittää liottamalla (esimerkiksi 2-4 tuntia 340 C:ssa alumiinissa tai 600 C:ssa teräksessä) ja hidasta jäähdytystä. Ilman tätä prosessia myöhempi työstö epätasapainottaa jännityskenttää ja levy vääristyy, kun lämmittimeen kytketään virta. 2. Karkea koneistus ja lämmittimien upottaminen Levy on karkeasti työstetty lähes nettomittoihin. Lämmityselementit asetetaan paikalleen (esimerkiksi valettu hiekkamuottiin lämmittimiin valettua -tai puristettu koneistettuihin uriin). Tämä vaihe tuo uusia paineita lämmittimen vaipan ja levymateriaalin välisen lämpölaajenemiseron vuoksi. Tarkoissa TIR-sovelluksissa lämmitin valetaan usein erilliseen alumiiniytimeen ja jännitys-poistetaan ennen lopullista pintakäsittelyä. 3. Jälki-Kokoonpanon lämpöjännitys-Kevennys Kun lämmityselementit on täysin istutettu tai kiinnitetty, koko levykokoonpanolle annetaan toinen jännitystä poistava lämpösykli. Tämä on tärkeää. Tässä syklissä itse elementit kuumennetaan määritellyn käyttölämpötilan yläpuolelle, ja niiden tuottama lämpö vanhentaa keinotekoisesti kokoonpanoa ja rentouttaa jännityseroja. Tätä kutsutaan joskus "lämpöpyöräilyksi" tai "esivakauttamiseksi". 4.. Tarkka hionta Työpinta hiotaan suurella-muotoisella pintahiomakoneella tai kaksoislevyhiomakoneella. Hionta poistaa vain viimeiset 0,2–0,5 mm materiaalia ja tuottaa 0,8 µm:n tai suuremman pinnan viimeistelyn (Ra) ja tasaisuuden, joka on lähellä koneen kapasiteettia. Säännellyissä asetuksissa nykyaikainen pintahiomakone voi tuottaa TIR:n<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) – 0,05–0,10 mm:n TIR-arvo yli 500 mm:n alueella voi olla hyväksyttävä, koska tuote on mukautuva tai lämpötahna täyttää aukot. Ohuet, taipuisat kalvot tai kiekot (<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) koordinaattimittauskone (CMM) tai laserinterferometri tarjoaa tarkempaa tietoa. Jos levy on määritelty TIR-mittauksella käyttölämpötilassa, on suoritettava kontrolloitu kuumennustesti. Levylle syötetään jännite huoltoasetuspisteeseen ja sen annetaan vakiintua (yleensä 30-60 minuuttia), ja TIR tallennetaan lämmönkestävällä-ilmauksella tai kosketuksettomalla lasersiirtymäanturilla. Indikaattoritelineen lämpölaajenemisen korjaus vaaditaan. Yleisiä virheitä TIR-määrittelyssä yli-määrittelyn - TIR:n määrittäminen<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.