Bagaimana Cara Menentukan Pelat Pemanas dengan Total Indicated Runout (TIR) ​​Tertentu untuk Aplikasi Presisi?

Pelat pemanas untuk pengikatan optik atau pemrosesan wafer semikonduktor tidak hanya harus "rata", tetapi juga rata dalam beberapa mikron. Bahasa spesifikasi untuk ini adalah Total Indicated Runout . Mendapatkannya dengan benar pada gambar menentukan keseluruhan proses pembuatan. Kerataan yang tidak jelas dapat menyebabkan kontak yang tidak rata, area panas, dan bagian yang rusak. TIR yang ditentukan dengan baik memberikan perpindahan panas yang merata dari pelat pemanas ke seluruh area kerja – suatu keharusan mutlak di mana presisi adalah yang utama. TIR atau Total Kehabisan yang Diindikasikan pada Pelat Pemanas? Total Runout yang Diindikasikan adalah fluktuasi maksimum pada ketinggian suatu permukaan yang ditentukan oleh indikator dial saat bagian tersebut diputar atau dipindai pada area tertentu. Untuk pelat pemanas datar, TIR sebenarnya merupakan ukuran kerataan dan paralelisme secara bersamaan. Indikator diatur ke nol terhadap titik referensi dan kemudian dipindahkan ke permukaan kerja pelat. Setiap perubahan - puncak atau palung - dicatat. Nilai TIR adalah selisih antara pembacaan tertinggi dan terendah pada rentang pengukuran yang ditentukan. Kriteria TIR < 0,025 mm (25 mikrometer) pada pelat berdiameter 300 mm berarti tidak ada titik pada permukaan yang lebih dari ± 0,0125 mm dari bidang acuan. Dalam aplikasi ultra-presisi, nilai TIR sebesar 0,010\\;mm atau bahkan 0,005\\;mm mungkin diperlukan. TIR yang diperlukan sering kali ditentukan oleh toleransi ketebalan benda yang sedang diproses atau kontrol celah yang diperlukan untuk proses laminasi atau pengikatan. Bagian yang lebih tipis dan lebih sensitif (misalnya wafer semikonduktor, kaca optik) memerlukan TIR yang lebih sempit. Mengapa Sulit Mendapatkan TIR Yang Ketat Untuk Pelat Pemanas Pelat pemanas bukan sekadar lempengan logam. Ini dilengkapi dengan alur yang dicor-atau dijepit-untuk elemen pemanas atau dibor untuk pemanas kartrid. Ini mungkin memiliki sumur termokopel, lubang pemasangan dan saluran pendingin. Ketegangan internal disebabkan oleh proses produksi - permesinan, pengelasan, perlakuan panas. Ketegangan ini dilepaskan ketika pelat dipanaskan hingga suhu kerja sehingga menimbulkan lengkungan. Pelat yang rata pada suhu normal dapat melengkung sebesar 0,1 mm atau lebih pada suhu 150 C. Dalam praktiknya, kerataan adalah fitur yang bergantung pada suhu pada pelat pemanas. Jadi TIR saja tidak cukup untuk menentukannya. Suhu di mana pengukuran dilakukan harus ditentukan. Pelat pemanas presisi harus ditentukan dengan TIR yang diukur pada suhu sekitar (dengan penyimpangan yang diketahui dan dapat diterima pada suhu pengoperasian), atau lebih baik, diukur pada suhu pengoperasian yang diantisipasi. Langkah-Langkah Proses Untuk Mendapatkan TIR yang Presisi Untuk mencapai standar TIR yang kurang dari 0,025 mm, diperlukan serangkaian aktivitas manufaktur yang dipikirkan dengan matang. 1. Bahan Kosong yang Bebas Stres Sebelum pemesinan presisi, bahan baku, biasanya paduan aluminium (misalnya. 6061-T6 atau 7075) atau baja (misalnya baja ringan atau tahan karat), harus dihilangkan tegangannya. Ketegangan sisa pada stok batang atau pelat yang diterima adalah hal biasa yang disebabkan oleh penggulungan atau ekstrusi. Strain ini dapat dihilangkan dengan merendamnya (misalnya 2-4 jam pada suhu 340C untuk aluminium, atau 600C untuk baja) dan pendinginan perlahan . Tanpa proses ini, pemesinan selanjutnya akan menyebabkan ketidakseimbangan medan tegangan dan pelat akan berubah bentuk saat pemanas diberi energi. 2. Pemesinan kasar dan pemasangan pemanas Pelat dikerjakan secara kasar hingga mendekati dimensi bersih. Elemen pemanas diposisikan (misalnya, dicetak dalam cetakan pasir untuk pemanas cor atau ditekan dalam alur mesin). Tahap ini membawa tekanan baru akibat perbedaan muai panas antara selubung pemanas dan material pelat. Untuk aplikasi TIR yang presisi, pemanas sering kali dimasukkan ke dalam inti aluminium terpisah dan tegangannya-dilepaskan sebelum permukaan akhir. 3. Pasca-Stres Termal Perakitan-Pembebasan Setelah elemen pemanas ditanamkan atau dijepit sepenuhnya, seluruh rakitan pelat diberikan siklus termal pelepas tegangan lainnya. Ini penting. Dalam siklus ini, elemen-elemen itu sendiri dipanaskan hingga suhu di atas suhu layanan yang ditentukan dan panas yang dihasilkannya secara artifisial menua rakitan dan mengendurkan tegangan diferensial. Hal ini terkadang disebut sebagai "siklus termal" atau "pra-stabilisasi". 4. Penggerindaan Dengan Presisi Permukaan kerja digerinda dengan-penggiling permukaan format besar atau penggiling cakram ganda. Penggilingan hanya menghilangkan 0,2 hingga 0,5 mm material terakhir dan menghasilkan permukaan akhir (Ra) sebesar 0,8 µm atau lebih besar dan kerataan yang mendekati kapasitas mesin. Di bawah pengaturan yang diatur, penggiling permukaan kontemporer dapat menghasilkan 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 di atas 500 mm mungkin dapat diterima karena item akan menyesuaikan diri atau pasta termal akan mengisi celah. Film atau wafer yang tipis dan fleksibel (<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) mesin pengukuran koordinat (CMM) atau interferometer laser menawarkan data yang lebih akurat. Jika pelat ditentukan dengan TIR yang diukur pada suhu operasi, uji pemanasan terkontrol harus dilakukan. Pelat diberi energi hingga titik setel servis dan dibiarkan stabil (biasanya 30-60 menit) dan TIR dicatat dengan indikasi tahan panas atau sensor perpindahan laser non-kontak. Diperlukan koreksi untuk ekspansi termal pada dudukan indikator. Kesalahan Umum dalam Spesifikasi TIR Lebih-menentukan - Menentukan 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.