Topná deska pro optické spojování nebo zpracování polovodičových plátků musí být nejen „plochá“, ale plochá v rozmezí několika mikrometrů. Jazyk specifikací pro toto je Total Indicated Runout a jeho správné provedení na výkrese definuje celý výrobní proces. Špatně specifikovaná rovinnost může vést k nerovnoměrnému kontaktu, lokalizovaným horkým místům a vyřazeným dílům. Dobře-specifikovaný TIR zajišťuje, že topná deska poskytuje rovnoměrný přenos tepla po celém pracovním povrchu-ne-požadavek na přesné aplikace.
Co je celkový indikovaný házivost (TIR) na topné desce?
Celkové indikované házení je maximální odchylka ve výšce povrchu měřená číselníkovým úchylkoměrem, když se součást otočí nebo naskenuje přes definovanou oblast. Pro plochou topnou desku je TIR v podstatě mírou rovinnosti a rovnoběžnosti kombinované. Indikátor se vynuluje na referenčním bodě a poté se přesune přes pracovní plochu desky. Zaznamená se jakákoliv odchylka-vrcholu nebo údolí-. Rozdíl mezi nejvyšší a nejnižší hodnotou ve specifikovaném rozsahu měření je hodnota TIR.
Specifikace TIR < 0,025 mm (25 mikrometrů) na desce o průměru 300 mm znamená, že žádný bod na povrchu se neodchyluje od referenční roviny o více než ±0,0125 mm. Pro extrémně{5}}přesné aplikace mohou být požadovány hodnoty TIR již od 0,010 mm nebo dokonce 0,005 mm. Požadovaná TIR je obvykle založena na toleranci tloušťky zpracovávaného dílu nebo na regulaci mezery potřebné pro proces laminování nebo lepení. Tenčí, citlivější části (např. polovodičové destičky, optické sklo) vyžadují přísnější TIR.
Proč je dosažení těsného TIR náročné pro topné desky
Topná deska není jednoduchá kovová deska. Obsahuje vestavěná topná tělesa (zalitá-nebo upnutá v drážkách) nebo je vrtaná pro topné patrony. Může mít jímky pro termočlánky, montážní otvory a chladicí kanály. Výrobní proces-obrábění, svařování, tepelné zpracování-vyvolává vnitřní pnutí. Tato napětí se uvolňují, když je deska zahřátá na provozní teplotu, což způsobuje deformaci. Destička, která měřila dokonale plochá při pokojové teplotě, se může při 150 stupních prohnout o 0,1 mm nebo více.
v praxirovinnost je vlastnost topné desky-závislá na teplotě. Samotné uvedení TIR je proto nedostatečné. Musí být také uvedena teplota, při které se měření provádí. Přesná topná deska by měla být specifikována pomocí TIR měřeného buď při teplotě okolí (se známým, přijatelným posunem při provozní teplotě), nebo v ideálním případě měřeným při zamýšlené provozní teplotě.
Procesní kroky k dosažení přesného TIR
Dosažení specifikace TIR pod 0,025 mm vyžaduje pečlivě naplánovanou sekvenci výrobních operací.
1. Prázdný materiál-odlehčený od stresu
Výchozím materiálem-obvykle hliníková slitina (např. 6061{8}}T6 nebo 7075) nebo ocel (např. měkká ocel nebo nerez)-musí být před jakýmkoli přesným obráběním odstraněno pnutí-. Přijímané tyče nebo plechy často obsahují zbytková napětí z válcování nebo vytlačování. Tepelné namáhání uvolňující namáčení (např. 2–4 hodiny při 340 stupních u hliníku nebo 600 stupních u oceli) následované pomalým ochlazením tato pnutí uvolní. Bez tohoto kroku následné obrábění nevyvážené pole napětí a deska se zkroutí, když je ohřívač pod napětím.
2. Hrubé obrábění a vkládání ohřívačů
Deska je opracována nahrubo na-čisté rozměry. Instalují se topná tělesa (např. odlitá do pískové formy pro lití-v topných tělesech nebo zalisovaná do obrobených drážek). Tento krok přidává nová napětí v důsledku rozdílů v tepelné roztažnosti mezi ohřívacím pláštěm a materiálem desky. Pro přesné aplikace TIR je topné těleso často odléváno do samostatného hliníkového jádra, které je poté před finálním nanášením-znovu zbaveno pnutí.
3. Zmírnění tepelného napětí-po montáži
Poté, co jsou topná tělesa zcela zapuštěna nebo upnuta, je celá sestava desky vystavena dalšímu tepelnému cyklu-uvolňujícímu napětí. To je kritické. Teplo ze samotných prvků během tohoto cyklu (napájeného na teplotu vyšší než je zamýšlená provozní teplota) uměle stárne sestavu a uvolňuje rozdílná napětí. Tento proces se někdy nazývá „tepelné cyklování“ nebo „před-stabilizace“.
4. Přesné broušení
Pracovní plocha se brousí na velkoformátové -plošné brusce nebo na dvou{1}}kotoučové brusce. Broušení odstraní pouze konečných 0,2–0,5 mm materiálu, čímž se dosáhne povrchové úpravy (Ra) 0,8 µm nebo lepší a rovinnosti blížící se schopnostem stroje. Pro desky do průměru 600 mm může moderní povrchová bruska dosáhnout TIR<0.010 mm under controlled conditions.
5. Závěrečné lapování (volitelné)
Pro specifikace TIR těsnější než 0,010 mm (např.<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.
Určení TIR na technickém výkresu
Pro úspěšné obstarání topné desky, která splňuje požadavky na přesnost, musí být specifikace TIR jednoznačná a úplná. Typický popis výkresu může znít:
"Celkové indikované házení (TIR) pracovní plochy nesmí překročit 0,020 mm při měření v souladu s ASME Y14.5M-1994. Měření se provádí s deskou stabilizovanou na 100 stupňů ± 5 stupňů po celé pracovní ploše definované průměrem D. Není povolena žádná místní odchylka přesahující 0,010 mm na jakékoli čtvercové ploše 25 mm."
Klíčové prvky:
Limit TIR.
Standard měření (ASME Y14.5 nebo ISO 1101).
Teplota, při které se měření provádí (pokojová teplota, provozní teplota nebo obojí).
Oblast, na kterou se vztahuje TIR (např. „po celé pracovní ploše“ nebo „v rámci středních 80 % desky“).
Jakýkoli další požadavek na "místní rovinnost" (např. kontrola vlnitosti).
Nikdy neuvádějte TIR bez uvedení teploty.Talíř, který je plochý při pokojové teplotě, nemusí být plochý při 150 stupních. Pro kritické aplikace by měl být výrobce povinen poskytnout mapu rovinnosti jak při teplotě okolí, tak při provozní teplotě.
Přiřazení TIR k aplikaci
Požadovaná TIR by měla být založena na toleranci tloušťky a poddajnosti zpracovávaného dílu.
Thick, rigid parts (e.g., metal sheets >3 mm)– Může být přijatelná TIR 0,05–0,10 mm nad 500 mm, protože díl se přizpůsobí nebo tepelná pasta vyplní mezery.
Tenké, flexibilní fólie nebo destičky (<0.5 mm)– TIR musí být<0.025 mm. For semiconductor wafers processed on a vacuum chuck, TIR <0.010 mm is typical.
Optický kontakt (bez lepidla)– TIR<0.005 mm (lapping required).
Laminování s pevnými podklady– TIR<0.020 mm over the laminate area to avoid voids.
Metody ověřování
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 mm), přesnější údaje poskytuje souřadnicový měřicí stroj (CMM) nebo laserový interferometr.
Pokud je deska specifikována s TIR měřeným při provozní teplotě, musí být provedena řízená zkouška ohřevu. Destička je napájena na servisní nastavenou hodnotu, nechá se stabilizovat (obvykle 30–60 minut) a poté se změří TIR pomocí tepelně-indikátoru odolného vůči teplu nebo bez-kontaktního laserového snímače posunu. Tepelná roztažnost stojanu indikátoru musí být korigována.
Časté chyby při specifikaci TIR
Přes{0}}upřesnění– Žádost o TIR<0.005 mm when the application only requires 0.05 mm adds unnecessary cost (lapping is expensive).
Zapomínání na teplotu– TIR specifikovaná bez teploty měření je nejednoznačná. Výrobce může dodat plochý talíř s pokojovou-teplotou-, který se v provozu nepřijatelně prohýbá.
Ignorování montážních otvorů– Specifikace TIR by měla uvádět, zda měření zahrnuje plochu přímo nad otvory pro upevňovací prvky nebo zda jsou tyto oblasti vyloučeny. Otvory pro šrouby lokálně deformují povrch, pokud jsou šrouby příliš utaženy. Na výkresu by měly být uvedeny hodnoty krouticího momentu pro montáž.
Žádná místní kontrola rovinnosti– Deska může splňovat globální TIR 0,025 mm, ale stále má ostrý hrb 0,020 mm na 10 mm kruhu-problém „vlnitosti“. Dodatečné popisky pro "rovinnost nad libovolným čtvercem 25 mm" tomu brání.
Vliv na náklady utažení TIR
Vztah mezi specifikací TIR a výrobními náklady není-lineární. Talíř s 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.
Technik specifikující desku by proto měl stanovit minimální přijatelnou TIR na základě procesní fyziky a poté přidat mírnou bezpečnostní rezervu-, ale nevyžadovat zbytečně přísnou toleranci.
Role výběru materiálu
Hliník (6061 nebo 7075) je nejběžnějším materiálem topné desky kvůli své vysoké tepelné vodivosti a snadnému obrábění. Hliník má však relativně vysoký koeficient tepelné roztažnosti (23 µm/m·K) a nízkou tuhost. Velké hliníkové desky (např. o průměru 600 mm) se pod vlastní hmotností prohnou, pokud nejsou správně podepřeny. Pro extrémně přísné požadavky TIR lze použít kompozity z oceli (16 µm/m·K) nebo hliníku-karbidu křemíku, ty jsou však těžší nebo dražší.
Shrnutí: Výkres jako smlouva o plnění
Upřesněnípřesnost specifikace celkové indikované házivosti topné deskysprávně zajišťuje, že deska bude skutečně vykonávat svou práci při poskytování jednotného kontaktu a tepla a že výrobní proces může splňovat tento standard. Výkres je smlouvou o plnění a požadavky na přesnost musí být sděleny jasně. Stanovením limitu TIR, teploty měření, příslušné oblasti a jakýchkoli místních omezení rovinnosti poskytuje technik výrobci jednoznačný cíl. Výsledkem je topná deska, která předvídatelně funguje v přesných aplikacích,-ať už jde o lepení optických čoček, zpracování polovodičových destiček nebo laminování flexibilních obvodů. Plochost není v takové práci luxus; je to proces umožňující.
