จะระบุแผ่นทำความร้อนที่มีค่ารันเอาท์รวมที่ระบุ (TIR) ​​เฉพาะสำหรับการใช้งานที่แม่นยำได้อย่างไร

แผ่นทำความร้อนสำหรับการเชื่อมด้วยแสงหรือการประมวลผลแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ต้องไม่เพียง "แบน" เท่านั้น แต่ยังแบนภายในไม่กี่ไมครอนด้วย ภาษาข้อกำหนดสำหรับสิ่งนี้คือ Total Indicated Runout การทำแบบอย่างถูกต้องจะเป็นตัวกำหนดกระบวนการผลิตทั้งหมด ความเรียบที่กำหนดไว้ไม่ดีอาจทำให้เกิดการสัมผัสที่ไม่สม่ำเสมอ พื้นที่ร้อน และชิ้นส่วนที่ถูกปฏิเสธ TIR ที่ระบุอย่างดีให้การถ่ายเทความร้อนที่สม่ำเสมอจากแผ่นทำความร้อนทั่วทั้งพื้นที่ทำงาน ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งที่ความแม่นยำคือชื่อของเกม TIR หรือค่า Runout ที่ระบุทั้งหมดบนแผ่นทำความร้อน? การเบี่ยงเบนหนีศูนย์รวมที่ระบุคือความผันผวนสูงสุดของความสูงของพื้นผิวตามที่กำหนดโดยตัวบ่งชี้การหมุนในขณะที่ชิ้นส่วนถูกหมุนหรือสแกนเหนือพื้นที่ที่กำหนด สำหรับแผ่นทำความร้อนแบบเรียบ TIR จริงๆ แล้วเป็นหน่วยวัดความเรียบและความขนานกัน ตัวบ่งชี้ถูกตั้งค่าเป็นศูนย์เทียบกับจุดอ้างอิง จากนั้นจึงเลื่อนไปเหนือหน้าการทำงานของเพลต การเปลี่ยนแปลงใดๆ - จุดสูงสุดหรือจุดต่ำสุด - จะถูกบันทึกไว้ ค่า TIR คือความแตกต่างระหว่างการอ่านค่าสูงสุดและต่ำสุดตลอดช่วงการวัดที่ระบุ เกณฑ์ของ TIR < 0.025 มม. (25 ไมโครเมตร) ตลอดแผ่นเส้นผ่านศูนย์กลาง 300 มม. หมายความว่าไม่มีจุดใดบนพื้นผิวอยู่ห่างจากระนาบอ้างอิงเกิน ± 0.0125 มม. ในการใช้งานที่มีความแม่นยำเป็นพิเศษ- อาจต้องใช้ค่า TIR 0.010\\;มม. หรือแม้แต่ 0.005\\;มม. TIR ที่ต้องการมักถูกกำหนดโดยความทนทานต่อความหนาของวัตถุที่กำลังแปรรูป หรือการควบคุมช่องว่างที่จำเป็นสำหรับกระบวนการเคลือบหรือติดประสาน ชิ้นส่วนที่บางกว่าและละเอียดอ่อนกว่า (เช่น เวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ แก้วแสง) ต้องใช้ TIR ที่แคบกว่า เหตุใดจึงยากที่จะได้รับ TIR ที่แน่นหนาสำหรับแผ่นทำความร้อน แผ่นทำความร้อนไม่ได้เป็นเพียงแผ่นโลหะเท่านั้น โดยมีให้เลือกทั้งแบบหล่อ-หรือแบบหนีบ-ในร่องสำหรับองค์ประกอบความร้อน หรือเจาะสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์ อาจมีบ่อเทอร์โมคัปเปิล รูยึด และช่องระบายความร้อน ความตึงเครียดภายในเกิดจากกระบวนการผลิต - การตัดเฉือน การเชื่อม และการอบชุบด้วยความร้อน ความตึงเครียดเหล่านี้จะถูกปล่อยออกมาเมื่อแผ่นถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิในการทำงาน ทำให้เกิดการบิดเบี้ยว แผ่นที่แบนที่อุณหภูมิปกติสามารถโค้งงอได้ 0.1 มม. หรือมากกว่าที่ 150 C ในทางปฏิบัติ ความเรียบเป็นคุณลักษณะที่ขึ้นกับอุณหภูมิในแผ่นทำความร้อน ดังนั้น TIR เพียงอย่างเดียวจึงไม่เพียงพอที่จะระบุ ต้องระบุอุณหภูมิที่ใช้ในการวัด ควรระบุแผ่นทำความร้อนที่มีความแม่นยำด้วย TIR ที่วัดได้ที่อุณหภูมิแวดล้อม (โดยทราบค่าความคลาดเคลื่อนที่อุณหภูมิการทำงานที่ทราบและยอมรับได้) หรือดีกว่านั้น โดยวัดที่อุณหภูมิการทำงานที่คาดการณ์ไว้ ขั้นตอนกระบวนการเพื่อให้ได้ TIR ที่แม่นยำ เพื่อให้บรรลุมาตรฐาน TIR ที่น้อยกว่า 0.025 มม. จำเป็นต้องมีกิจกรรมการผลิตหลายชุดที่คิดมาอย่างดี. 1. วัสดุเปล่าที่คลายความเครียด ก่อนที่จะตัดเฉือนอย่างแม่นยำใดๆ วัตถุดิบ ซึ่งมักจะเป็นอะลูมิเนียมอัลลอยด์ (เช่น. 6061-T6 หรือ 7075) หรือเหล็กกล้า (เช่น เหล็กเหนียวหรือสเตนเลส) จะต้องได้รับการบรรเทาความเครียด ความตึงตกค้างใน-การรับสต็อกแท่งหรือเพลทเป็นเรื่องปกติ เนื่องจากการรีดหรือการอัดขึ้นรูป ความเครียดเหล่านี้บรรเทาลงได้ด้วยการแช่น้ำ (เช่น 2-4 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 340C สำหรับอะลูมิเนียม หรือ 600C สำหรับเหล็ก) และคูลดาวน์ที่ช้าลง หากไม่มีกระบวนการนี้ การตัดเฉือนที่ตามมาจะทำให้สนามความเค้นไม่สมดุล และเพลตจะเปลี่ยนรูปเมื่อมีการจ่ายไฟให้กับเครื่องทำความร้อน. 2. การตัดเฉือนหยาบและการฝังตัวทำความร้อน เพลตถูกกลึงหยาบจนมีขนาดใกล้เคียงตาข่าย องค์ประกอบความร้อนอยู่ในตำแหน่ง (เช่น หล่อในแม่พิมพ์ทรายเพื่อหล่อ-ในเครื่องทำความร้อนหรือกดในร่องที่กลึง) ขั้นตอนนี้ทำให้เกิดแรงกดดันใหม่เนื่องจากความแตกต่างของการขยายตัวทางความร้อนระหว่างเปลือกเครื่องทำความร้อนและวัสดุแผ่น สำหรับการใช้งาน TIR ที่แม่นยำ เครื่องทำความร้อนมักจะถูกหล่อลงในแกนอะลูมิเนียมที่แยกจากกัน และบรรเทาความเครียด-อีกครั้งก่อนการปูพื้นผิวขั้นสุดท้าย. 3. หลัง-ความเครียดจากความร้อนในการประกอบ-บรรเทา เมื่อองค์ประกอบความร้อนได้รับการฝังหรือยึดจนสุดแล้ว ชุดประกอบเพลททั้งหมดจะได้รับวงจรความร้อนที่บรรเทาความเครียดอีกครั้ง นี่เป็นสิ่งสำคัญ ในรอบนี้ องค์ประกอบต่างๆ จะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการใช้งานที่ระบุ และความร้อนที่เกิดขึ้นจะทำให้การประกอบมีอายุมากขึ้นและผ่อนคลายความตึงเครียดที่แตกต่างกัน บางครั้งเรียกสิ่งนี้ว่า "การหมุนเวียนด้วยความร้อน" หรือ "ก่อน-การทำให้เสถียร". 4. การเจียรด้วยความแม่นยำ พื้นผิวการทำงานนั้นกราวด์ด้วยเครื่องเจียรผิวรูปแบบ-ขนาดใหญ่หรือเครื่องเจียรจานคู่ การเจียรจะเอาวัสดุ 0.2 ถึง 0.5 มม. สุดท้ายออกเท่านั้น และสร้างพื้นผิวสำเร็จ (Ra) 0.8 µm ขึ้นไป และความเรียบที่เข้าใกล้ความสามารถของเครื่องจักร ภายใต้การตั้งค่าที่มีการควบคุม เครื่องเจียรผิวแบบร่วมสมัยอาจสร้าง 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 มม.) – TIR 0.05-0.10 มม. มากกว่า 500 มม. อาจยอมรับได้ เนื่องจากสินค้าจะสอดคล้องกัน หรือแผ่นความร้อนจะเติมเต็มช่องว่าง ฟิล์มหรือเวเฟอร์บางและยืดหยุ่นได้ (<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 มม.) เครื่องวัดพิกัด (CMM) หรือเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ให้ข้อมูลที่แม่นยำยิ่งขึ้น ถ้าระบุแผ่นด้วย TIR ที่วัดที่อุณหภูมิใช้งาน ต้องทำการทดสอบความร้อนแบบควบคุม เพลตได้รับพลังงานไปยังจุดกำหนดการบริการและปล่อยให้คงที่ (ปกติคือ 30-60 นาที) และ TIR จะถูกบันทึกด้วยตัวแสดงการต้านทานความร้อน-หรือเซ็นเซอร์ดิสเพลสเมนต์เลเซอร์แบบไม่สัมผัส- จำเป็นต้องมีการแก้ไขการขยายตัวทางความร้อนของขาตั้งตัวบ่งชี้ ข้อผิดพลาดทั่วไปในข้อกำหนด TIR เกิน-การระบุ - การระบุ 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.