Prispôsobenie špeciálneho grafitového upínadla GTMS/CTMS: Riešenie na hlboké obrábanie mikrodier

Špeciálne grafitové svietidlá GTMS prenikajú cez mikrónové obrábanie: prispôsobené riešenie pre 1 500 mikrootvorov presne usporiadaných za 0,01 ㎡

Počas procesu vysokoteplotného spekania GTMS/CTMS v mikroelektronických obaloch musia špeciálne grafitové prípravky kombinovať lícovanie na úrovni mikrónov s vysokou tepelnou odolnosťou a stabilitou. Na riešenie výziev vylamovania hrán, ultrarýchleho opotrebovania nástrojov a kumulatívnej tolerancie v malých oblastiach s ultravysokou hustotou mikrootvorov, VeTek strávil 10 mesiacov prelomením prekážok nepretržitého hlbokého obrábania pre takmer 10 000 mikrodier prostredníctvom prispôsobenia materiálu, rekonštrukcie kinematiky rezania a realizovania vysoko spoľahlivej viacrozmernej kontroly v uzavretej slučke.

1. Snímka kľúčových údajov a porovnanie výkonu

Obrázok 1 - GTMS/CTMS špeciálna grafitová upínacia doska a konštrukčné komponenty na opracovanie mikrootvorov

V procese hermetického balenia GTMS konzistencia otvorov a tepelná deformácia grafitových upínacích dosiek priamo určujú hermetickosť balenia a výťažnosť hotového produktu. Kľúčové ukazovatele procesu a výkonnosti pred a po technickom prielomu tímu VeTek sa porovnávajú nasledovne:

2. Zázemie zákazníka a scenáre aplikácie hermetického balenia GTMS/CTMS

Zákazníkom v tejto spolupráci je výskumný a vývojový a výrobný podnik špecializujúci sa na vysoko spoľahlivé senzory a komponenty mikroelektronických obalov. Jej hlavné výrobné linky široko používajú procesy spekania GTMS/CTMS (Glass/Ceramic-To-Metal Seal). Vo vysokoteplotných tesniacich peciach slúžia špeciálne grafitové prípravky ako vysoko presné nosné formy, zodpovedné za presné umiestnenie a držanie stoviek až tisícov jemných kovových kolíkov (ako je zliatina Kovar) a sklenených predliskov. Keďže jedna grafitová upínacia doska v tomto projekte meria menej ako 0,01 m2, no musí presne pojať takmer 1 500 mikrootvorov, kompletná sada upínadiel integruje takmer 10 000 mikrootvorov s extrémne tenkými stenami medzi otvormi. Počas vysokoteplotného spekania pri 800 °C – 1000 °C, akýkoľvek mierny priemer otvoru mimo tolerancie, odchýlka polohy alebo uvoľnenie grafitového prachu priamo povedie k nakloneniu kovového kolíka, prasknutiu izolácie skla alebo dokonca k úplnej strate hermetiky.

3. Obrábanie špeciálnych grafitových mikrootvorov prekážok a mechanizmov porúch

Pred prijatím technickej pracovnej skupiny VeTek sa zákazník stretol s vážnymi technickými prekážkami počas skúšobnej výroby a malosériového spracovania: Po prvé, vylamovanie a trhanie okraja mikrootvorov: Grafit je porézny krehký materiál; pri kontinuálnom vŕtaní mikrootvorov s vysokou hustotou, šmykové napätie v momente, keď mikrovrták ľahko vstupuje a vystupuje, vyvoláva odlamovanie krehkej hrany v ústí otvoru. Po druhé, odchýlka tolerancie spôsobená mikroopotrebením nástroja: Pri nepretržitom spracovaní tisícok mikrootvorov sa opotrebenie jemných vrtákov zintenzívňuje, čo spôsobuje, že priemery otvorov v hlbokých dierach vykazujú skosený gradient, kde odchýlka len niekoľkých mikrónov vedie k zlyhaniu a zošrotovaniu celej súpravy upínacích prípravkov obsahujúcich takmer 10 000 dier. Po tretie, nesúlad pri tepelnej rozťažnosti a kontaminácia prachom: Vysokoteplotný CTE bežných grafitových materiálov sa nezhoduje s kovovými kolíkmi a jemný prach sa ľahko odlupuje a kontaminuje rozhranie na spekanie skla.

4. Ako dosiahnuť opracovanie mikrootvorov na úrovni mikrónov pre špeciálne grafitové prípravky GTMS?

 Na riešenie problémov hlbokého obrábania 10 000 mikrodier zrekonštruoval tím výskumu a vývoja VeTek model kinematiky rezania a implementoval systematické procesné inžinierstvo:

· Algoritmus dráhy nástroja a rekonštrukcia posuvu ponoru:Optimalizovaná rýchlosť posuvu a segmentovaná rýchlosť otáčania prostredníctvom ortogonálnych experimentov, pričom sa využíva stratégia pulzného zanorenia s mikroposuvom na efektívne zníženie šmykovej sily pri obrábaní o viac ako 45 %, čím sa úplne eliminujú chyby odštiepenia ústia otvoru.

· Mikrovrtáky a odstraňovanie triesok proti odštiepeniu triesok Optimalizácia toku poľa:Prispôsobené ultrajemnozrnné mikrovrtáky s diamantovým povlakom v kombinácii s pulzným podtlakovým mikrochladiacim systémom odstraňovania triesok zvýšili životnosť nástroja na odolnosť proti opotrebeniu viac ako 3-krát, čím sa zabezpečilo, že posun priemeru otvoru cez 1 500 mikrootvorov na jednu platňu zostane pod ±0,002 mm.

5. Výrobné a kontrolné postupy pre špeciálne grafitové upínacie dosky s vysokou tepelnou vodivosťou prispôsobené CTE

Obrázok 2 - Skutočné detaily špeciálnej grafitovej upevňovacej dosky s nulovým povrchovým odštiepením a vysoko presným usporiadaním mikrootvorov

· Riešenie prispôsobenia materiálu:Prísne vybraný izostatický špeciálny grafit vysokej čistoty s hustou mikroštruktúrou a vynikajúcou tepelnou stabilitou pri vysokých teplotách. Jeho koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE) sa vysoko zhoduje s koeficientom tepelnej rozťažnosti zliatiny Kovar, čím výrazne potláča tepelné namáhanie pri vysokoteplotnom spekaní a uvoľňovanie mikroprachu.

· Spoločná kontrola a hĺbkové čistenie:Linka kontroly kvality zaviedla doplnkový systém „Optický prístroj na meranie obrazu + plne automatizovaný súradnicový merací stroj (CMM)“. Optické zobrazovanie rýchlo skenuje rozstup poľa s 10 000 dierami, zatiaľ čo CMM overuje kolmosť hlbokých dier a umiestnenie priestorových drážok; nakoniec doplnené o viacstupňové gradientové ultrazvukové čistenie na úplné odstránenie zvyškových grafitových nečistôt hlboko v mikroslepých otvoroch, čím sa dosiahne čistota polovodičovej triedy.

6. Často kladené otázky (FAQ)

Obrázok 3 - Vysoko presné CNC obrábacie centrum VeTek

Otázka: Aký je minimálny priemer otvoru a maximálne tolerancie pre obrábanie mikrootvorov špeciálnych grafitových prípravkov s vysokou hustotou?
A:VeTek má schopnosti mikroobrábania pre priemery otvorov pod 0,2 mm. Tolerancie priemeru otvorov možno stabilne kontrolovať v rozmedzí ±0,003 mm a skutočná kruhovitosť, ako aj tolerancie polohy pre 1 500 otvorov na jednej doske dosahujú ±0,005 mm, čo plne spĺňa požiadavky na balenie kolíkov s vysokou hustotou GTMS.

Otázka: Prečo musia hermetické spekacie zariadenia GTMS presne zodpovedať CTE zliatiny Kovar?
A:Ak počas cyklu spekania pri 800 °C – 1000 °C CTE upínadla a kovových kolíkov nie sú konzistentné, šmykové napätie generované chladením spôsobí posunutie kolíka, prasknutie skleneného telesa alebo zlyhanie tesnenia. Presné prispôsobenie CTE zaisťuje synchronizovanú expanziu a kontrakciu, čím sa zlepšuje hermetický výťažok.

Otázka: Ako proces ultrazvukového čistenia zabezpečuje, že v hlbokých mikrootvoroch nezostáva žiadny zvyškový grafitový prach?
A:Používame viacfrekvenčný gradientný ultrazvukový generačný systém kombinovaný s deionizovanou vodou a špeciálnymi čistiacimi prostriedkami. Využitím vysokofrekvenčných kavitačných efektov sa jemné grafitové častice hlboko vo vnútri mikrootvorov a slepých otvorov úplne odstránia, nasleduje fúkanie vysoko čistého dusíka a vákuové sušenie, aby sa dosiahla čistá zásielka na úrovni polovodičov.

7. Súhrnné služby a služby technickej podpory

V oblasti hermetických obalov polovodičov a mikroelektroniky presnosť opracovania na úrovni mikrónov a termodynamická stabilita nosičov priamo určujú výťažnosť balenia a využitie zariadenia. Spoliehajúc sa na nepretržitú akumuláciu vysoko čistých materiálov, presné obrábanie a kritickú výrobu polovodičových komponentov, VeTek úspešne prekonal výrobnú bariéru na priemyselnej úrovni 1 500 mikrootvorov husto usporiadaných na 0,01㎡ doska, realizujúca vysoko spoľahlivú sériovú dodávku špeciálnych grafitových prípravkov s 10 000 dierami.

Ako výrobný podnik zameraný navývoj CVD SiC, TaC povlakov, pevných SiC a kritických polovodičových materiálov a komponentovVeTek nepretržite poskytuje vysokovýkonné materiálové riešenia pre výrobu polovodičov, rast kryštálov a vysokoteplotné procesy.  Spoločnosť VeTek zároveň poskytuje inžinierske služby vrátanevýber vysoko čistého grafitového materiálu, presné obrábanie a prispôsobená podpora výroby. 

Ak hľadáte vysoko presné grafitové komponenty vhodné pre hermetické tesniace procesy GTMS/CTMS, alebo požadujete zhodu materiálov, štrukturálnu optimalizáciu a validáciu vzoriek, neváhajte kontaktovať inžiniersky tím VeTek. Poskytneme vám technickú podporu na jednom mieste od výberu materiálu až po precíznu výrobu.

Obrázok 4 - Panoramatický pohľad na výskum a vývoj špeciálnych materiálov VeTek a základňu precíznej výroby