Pusvadītāju keramikas urbšana: mikro-caurumi, dziļi caurumi un novietojuma novirze, skaidrojums

Caurumi keramikas pamatnēs izskatās vienkārši, taču patiesībā tie ir viens no pusvadītāju iepakojuma slēptajiem šķēršļiem. Cauruma pozīcija, kas ir izslēgta tikai par 0,01 mm, var nomest ierīci metāllūžņos; mikro-plaisas uz cauruma sienas var salauzt substrātu turpmākās saķepināšanas laikā; un, kad skaidas nevar izvadīt no dziļas bedres, urbis saplīst tajā un tiek zaudēts viss substrāts.

Šajā rokasgrāmatā ir sadalīti trīs galvenie keramikas urbšanas procesi, mikro-urbumu apstrāde, dziļo-urbumu apstrāde un urbuma pozīcijas noviržu kontrole, un tajā ir iekļautas parametru tabulas un defektu atsauces tabula ātrai problēmu novēršanai. Lasītājiem, kas salīdzina lāzera maršrutus, mūsu ceļvedis parfemtosekundes vs nanosekundes lāzera mikro{0}}urbšananodrošina papildu impulsa{0}}platuma salīdzinājumu.

Nav universāla risinājuma keramikas caurumu urbšanai. Dažādi caurumu diametri, malu attiecības un precizitātes prasības norāda uz dažādiem tehniskajiem ceļiem.

1. tabula. Trīs galveno keramikas urbšanas procesu salīdzinājums

Ātrās atlases noteikums:

• Cauruma diametrs < 0,2 mm → lāzers ir vienīgā iespēja;
• Cauruma diametrs > 0,5 mm ar malu attiecību < 3:1 → mehāniskā urbšana, vislabākā izmaksu -efektivitāte;
• Īpaši augstas sienas-kvalitātes prasības bez siltuma-ietekmes zonas → ultraskaņas apstrāde;
• Mikro{0}}cauruļu bloki → lāzers, nepārspējama efektivitāte.

Piezīme:Iepriekš minētās vērtības ir vispārīgas nozares pieredzes diapazoni procesu skrīningam. Galīgā izvēle ir jāpārbauda, ​​veicot izmēģinājuma apstrādi ar faktisko materiālu.

Gandrīz visi mikro{0}}caurumi pusvadītāju keramikā ir izgatavoti ar lāzeru. Mehāniskie urbji, kuru garums ir mazāks par 0,3 mm, saskarē saplīst, un ultraskaņas apstrāde ir pārāk lēna. Lāzera apstrāde ir vienīgais masveida-ražošanas risinājums, pateicoties tā bezkontakta raksturam, augstajai precizitātei un augstajai efektivitātei.

1. Kā izvēlēties lāzera avotu:

2. tabula. Lāzera avota izvēle keramikas mikro{1}}urbumu urbšanai

Īkšķis:parasto alumīnija oksīdu var apstrādāt ar nanosekundes lāzeru; pārklāti caurumi un hermētiski caurumi prasa pikosekundi; femtosekunde ir rezervēta īpaši-augstas-precizitātes izstrādes darbam. Lai pilnībā salīdzinātu pulsa režīmus, skatiet mūsu rakstu parfemtosekundes lāzeri mikro{0}}caurumu apstrādē.

2. Trīs urbšanas metodes:

• Perkusijas urbšana:ātrākais, bet lielāks konuss un vājāka konsistence; piemērots caurumiem{0}}bez stingrām precizitātes prasībām;
• Spirālveida (trepaning) urbšana:sija pārvietojas pa apļveida spirālveida ceļu; konusu var kontrolēt 0,5 grādu robežās; galvenā metode pusvadītāju mikro{1}}caurumiem;
• Gredzena griešana:stars ieiet leņķī un griežas, veidojot taisnus{0}}caurumus sienā ar minimālu konusu, uz zemākas efektivitātes rēķina.

3. Četras izplatītas mikro-caurumu problēmas:

① Liels cauruma konuss

• Iemesls: lāzera urbšana dabiski rada konusu, jo stara enerģija urbuma iekšpusē vājina un izeja nesaņem pietiekami daudz enerģijas.
• Pretpasākumi: spirālveida urbšana (lielāka vai vienāda ar 3 apļiem); divu-sānu urbšana no priekšpuses un aizmugures; novietojiet fokusu uz pusi no materiāla biezuma; izmantojiet gredzenveida-vai plakanus-augšējo siju profilus, nevis Gausa profilus.

② Pārstrādāts slānis + mikro{1}}plaisas cauruma sienā

• Iemesls: nanosekundes lāzeri izkausē materiālu, kas{0}}no jauna sacietē uz sienas (1–10 μm biezs).
• Pretpasākumi: pāriet uz pikosekundi/femtosekundi (pārstrādāts slānis ir mazāks par 1 μm vai vienāds ar to); mikro-lodīšu spridzināšana pie 0,2–0,3 MPa; atšķaidīta HF vai NaOH ķīmiskā tīrīšana; plazmas tīrīšana. Lai iegūtu dziļuma salīdzinājumus starp impulsu režīmiem, skatiet mūsufemtosekundes lāzera mikro{0}}urbšanaceļvedis.

③ Slikta cauruma diametra konsistence

• Cēlonis: lāzera enerģijas svārstības, fokusa novirze, nevienmērīgs materiāla biezums.
• Pretpasākumi: kalibrējiet jaudu un fokusējiet katru maiņu; uzturēt enerģijas stabilitāti ±2% robežās; pirms apstrādes izmērīt biezumu un grupu; izmantojiet augstas-precizitātes XY stadiju (pozicionēšana Mazāka vai vienāda ar ±1 μm).

④ Iebraukšanas/izejas čipēšana

• Iemesls: keramika ir trausla un spriedze koncentrējas malās.
• Pretpasākumi: pie ieejas pievienojiet upura slāni (lente/vara folija); pievienot atbalstu (stikls/grafīts) pie izejas; div-pakāpju priekš-urbšana + rīvēšana; kontrolēt viena-impulsa enerģiju.

Dziļo caurumu lielākais ienaidnieks nav cietība -, bet skaidu evakuācija. Keramikas skaidas ir cietas un trauslas; kad tie aizsērēs urbuma apakšā, urbis salūzīs.

1. Caururbšana: standarta darbība dziļiem caurumiem

Pamatideja ir vienkārša: nedaudz urbt, nedaudz atvilkt, lai skaidas tiktu izskalotas un dzesēšanas šķidrums ieplūst.

• Solis (knābšanas dziļums):ievilkties ik pēc 0,3–0,5 mm; jo mazāks solis, jo lielāka malu attiecība - izmantojiet 0,3 mm pie 10:1 un samaziniet līdz 0,1–0,2 mm virs 10:1;
• Ievilkšanas attālums:pilnībā izvelciet urbi no cauruma mutes - neievelciet tikai nedaudz;
• Palieciet pēc ievilkšanas:pauze uz 0,1–0,3 s, lai dzesēšanas šķidrums izskalotu caurumu;
• Malu attiecība > 8:1:izmantojiet trīs{0}}pakāpju metodi - piloturbums → dziļais caurums → rīvēšana.

2. Instrumenta izvēle: dimanta pārklājums ir standarta

Uzmanību:dimanta pārklājums nav piemērots silīcija nitrīda (Si₃N₄) apstrādei - ķīmiskās reakcijas rezultātā pārklājums nolobās.

3. Dzesēšana: gan spiediens, gan plūsma ir būtiski svarīgi

• Vispirms iekšējais dzesēšanas šķidrums:spiediens ir lielāks vai vienāds ar 3 MPa, plūsma ir lielāka vai vienāda ar 5 l/min; dzesēšanas šķidrums tiek piegādāts no sējmašīnas iekšpuses līdz griešanas malām;
• Ārējā dzesēšanas šķidruma papildinājums:sprausla, kas vērsta uz cauruma muti, plūsma ir lielāka vai vienāda ar 10 l/min, spiediens ir lielāks vai vienāds ar 1 MPa;
• Dzesēšanas šķidruma veids:griešanas šķidrums uz ūdens-(koncentrācija 5–8%), izvairieties no tīras eļļas;
• Filtrēšana:Mazāks vai vienāds ar 10 μm, lai novērstu to, ka recirkulējošās šķeldas nesabojājas cauruma sienā.

4. Procesa parametri: konservatīvais pārspēj agresīvu

3. tabula. Ieteicamie urbšanas parametri keramikas dziļajām urbumiem (atsauce)

Pieredze:palaidiet pirmo daļu ar konservatīviem parametriem, novērojiet skaidas un urbšanas nodilumu, pēc tam optimizējiet. Keramikas apstrādē lēni un vienmērīgi sitieni ātri. Viena salauzta urbjmašīna tiek zaudēta daudz vairāk nekā laiks, kas pavadīts rūpīgi to apstrādājot.

5. Norādījumi un atbalsts: caurumu novirzīšanās novēršana

• Izmēģinājuma caurums:vispirms ar īsu urbi izurbiet 0,5–1 mm dziļu centrālo caurumu, pēc tam pārejiet uz garo urbi;
• Urbja bukses norādījumi:bukses-līdz-urbuma attālums Mazāks vai vienāds ar 0,005 mm, novietots pēc iespējas tuvāk sagataves virsmai;
• Virsmas izlīdzināšana:līdzenums Mazāks vai vienāds ar 0,01 mm, lai nodrošinātu, ka sējmašīna tiek ievietota perpendikulāri;
• Iziet no atbalsta:novietojiet grafīta vai koka pamatnes plāksni tieši pirms izrāviena, lai samazinātu šķelšanos un triecienu.

Pozīcijas novirze izpaužas divos veidos ar dažādiem cēloņiem un dažādiem pretpasākumiem.

① Ievades pozīcijas nobīde (nepareizas koordinātas)

Cēloņi:virsmas slīdēšana griešanas sākumā; slikta stiprinājuma atkārtojamība; nepietiekama mašīnas pozicionēšanas precizitāte.

Pretpasākumi:

• Mehāniskā urbšana: vispirms izurbiet centrālo bedri (0,1–0,2 mm dziļumā), pēc tam izurbiet caurumu;
• Lāzers: novieto pozicionēšanas atzīmi ar 20–30% enerģijas pirms faktiskās urbšanas;
• Piestiprināšana: fiksācijas tapas + vakuumpatrona ar atkārtojamību Mazāka vai vienāda ar 0,005 mm - nekad nespiediet keramiku tieši stenda skrūvspīlēs;
• Aprīkojums: lāzeraparāti ar redzes pozicionēšanu, kas automātiski atpazīst atzīmes punktus kompensācijai; mehāniskās mašīnas izmanto malu meklētāja centrēšanu ( mazāka vai vienāda ar 0,002 mm);
• Pirmās-daļas pārbaude ir obligāta: pirms partijas uzsākšanas izmēriet urbuma koordinātas ar redzes mērīšanas iekārtu.

② Cauruma ass slīpums (caurums ir slīps)

Cēloņi:nepietiekama urbja stingrība; asimetriskie griešanas spēki; nelīdzena virsma; pārmērīga instrumenta turētāja noplūde.

Pretpasākumi:

• Saglabājiet garuma-līdz-diametra attiecību mazāku vai vienādu ar 8:1; papildus tam izmantojiet pakāpeniskus urbjus vai pistoles urbjus;
• Vispirms izlīdziniet sagataves virsmu (līdzenums Mazāks vai vienāds ar 0,01 mm);
• Urbja bukses vadība ar atbalstu gan ieejā, gan izejā;
• Augstas-precizitātes instrumentu turētāji (savienojami- vai hidrauliski), radiālais izskrējiens Mazāks vai vienāds ar 0,003 mm;
• Ievadiet griezumu ar 50% padeves ātrumu un pēc 0,5 mm iespiešanās atgriezieties pie parastās padeves.

Pozīcijas novirzes mērīšana

Kopējās pārbaudes attiecas uz četriem jautājumiem: cauruma pozīcijas precizitāte, cauruma diametra pielaide, cauruma ass slīpums un iekšējās sienas kvalitāte. Mērīšanas metodes ir apkopotas zemāk.

3.b tabula. Caurumu pozīcijas noviržu pārbaudes metodes

Pirms masveida ražošanas uzsākšanas veiciet pirmās daļas pārbaudi un apstipriniet rezultātus.

4. tabula. Keramikas urbšanas defektu problēmu novēršanas diagramma

Ja nepieciešams veikt caurumu{0}}urbšanu, šīs četras darbības reti kad neizdodas.

Solis 1 - Cauruma diametrs

• < 0.2 mm → laser (the only feasible option);
• 0,2–0,5 mm → lāzers vai ultraskaņa;

• >0,5 mm → mehāniskā urbšana (vislabākā izmaksu{1}}efektivitāte).

Darbība 2 - Pārbaudiet malu attiecību

• Mazāks vai vienāds ar 3:1 → jebkurš process; izvēlēties zemākās izmaksas;
• 3:1–10:1 → mehāniskā (urbšana + iekšējais dzesēšanas šķidrums) vai lāzers;
• >10:1 → lāzeram ir skaidra priekšrocība vai izmantojiet īpašu dziļo-urbumu urbjmašīnu.

Solis 3 - Pārbaudiet precizitāti un caurumu sienu

• Cauruma pozīcija ±0,005 mm robežās → lāzers (ar redzes pozicionēšanu);
• Sienas raupjums Ra Mazāks vai vienāds ar 0,8 → mehāniskā + rīvēšana vai ultraskaņas;
• Pārstrādāt slāni nav atļauts → pikosekunde/femtosekunde vai mehāniska/ultraskaņas;
• Nepieciešama hermētiskums → mehāniska + pārklāšana; lāzeram nepieciešama pēc-apstrāde.

4 -. darbība. Pārbaudiet partijas lielumu un izmaksas

• Maza partija / R&D → izmantojiet esošo aprīkojumu, saglabājiet elastību;
• Liela mikro-caurumu partija → lāzers (augsta efektivitāte, zemas izmaksas par vienu-caurumu);
• Liela partija lielu caurumu → mehāniska (lēts aprīkojums, lēti instrumenti).

5. tabula. Tipiski urbšanas norādījumi pēc keramikas materiāla (nozares vispārīgā atsauce)

Piezīme:Iepriekš minētā ir vispārīga nozares pieredze tikai procesu skrīningam. Faktiskie parametri ir jāpārbauda, ​​veicot izmēģinājuma apstrādi uz reālā materiāla, aprīkojuma un kvalitātes prasībām.

① Izvēlieties procesu atbilstoši materiālam - vienmēr vispirms.Mikro-caurumi → lāzers; dziļi urbumi → mehāniskā urbšana; pozīcijas novirze → fiksēšana un pozicionēšana. Nav universāla procesa, ir tikai vispiemērotākais.

② Vienmēr atbalstiet izejas pusi.Grafīta, stikla vai koka pamatnes darbi; tas ir viszemāko-izmaksu un visefektīvākais līdzeklis pret-čipiem.

③ Nekad neatstājiet parametra rezervi - pie griestiem.Saglabājiet 10–20% lāzera enerģijas rezervi un 30% mehāniskās padeves rezervi. Griestu parametri saplīsīs, kad materiāls svārstās.

④ Pirmās{0}}daļas pārbaude nav-apspriežama.Izmantojiet redzes mērīšanas iekārtu, lai noteiktu urbuma stāvokli, diametru un slīpumu - 10 minūtes, lai novērstu visas partijas nodošanu metāllūžņos.

⑤ Instrumenta/lāzera stāvoklis ir svarīgāks par parametriem.Nolietota urbjmašīna vai dreifēts lāzers padara nederīgu pat visprecīzāko programmu. Izveidojiet instrumenta kalpošanas laika pārvaldību un regulāru kalibrēšanas grafiku.

⑥ Lāzera-urbumiem pēcapstrāde ir obligāta.Pārstrādātais slānis un mikro{0}}plaisas pēc nanosekundes lāzera urbšanas ir gandrīz neizbēgamas - spridzināšanas, ķīmisko tīrīšanu un plazmas apstrādi nedrīkst izlaist.

Keramikas caurumu urbšana ir sistēmu inženierijas problēma, kas saistīta ar materiāliem, aprīkojumu, procesu un pārbaudi. Tikai tad, kad tiek kontrolēta katra detaļa, jūs varat izveidot caurumus ar augstu precizitāti, augstu konsistenci un augstu uzticamību.

Ja jūs vērtējat aprecīzas lāzera apstrādes iekārtasrisinājums keramikas mikro{0}}caurumiem - vai nepieciešams aUV lāzersSmalkas keramikas un stikla darbiem - sazinieties ar mums, norādot savu materiālu, cauruma diametru, malu attiecību un precizitātes prasības: mēs veiksim paraugu pārbaudes un apstiprināsim konfigurāciju ar reālu materiālu. Vispārīgai keramisko detaļu identifikācijai un marķēšanai, mūsulāzera marķēšanas mašīnasir pieejami arī ar paraugu{0}}testēšanas atbalstu.

Šis raksts ir apkopots, pamatojoties uz vispārējo nozares pieredzi pusvadītāju keramikas apstrādē. Konkrētie parametri ir jāpielāgo atbilstoši faktiskajam materiālam, aprīkojumam un prasībām.