GTMS/CTMS speciális grafit rögzítőelemek testreszabása: Mikrolyuk mélymegmunkálási megoldás

A GTMS speciális grafitrögzítők áttörik a mikronmegmunkálást: testreszabott megoldás 1500 mikrolyukhoz, pontosan 0,01 ㎡

A GTMS/CTMS magas hőmérsékletű szinterezési folyamat során a mikroelektronikai csomagolásban a speciális grafit szerelvényeknek kombinálniuk kell a mikron szintű illeszkedést nagy hőállósággal és stabilitással. Az élforgácsolás, az ultragyors szerszámkopás és a kis felületű ultra-nagy sűrűségű mikrolyukak kumulatív tűréséből adódó kihívások megoldása érdekében a VeTek 10 hónapot töltött azzal, hogy áttörje a folyamatos mélymegmunkálás szűk keresztmetszetét közel 10 000 mikrolyuk számára az anyagadaptáció, a forgácsolási kinematika megbízható rekonstrukciója és a zárt hurkú feszítős többszörös zárt hurok átvizsgálása révén.

1. A kulcsadatok pillanatképe és a teljesítmény összehasonlítása

1. ábra - GTMS/CTMS speciális grafit rögzítőlemez és mikrolyuk megmunkálású szerkezeti elemek

A GTMS hermetikus csomagolási eljárásban a grafit rögzítőlemezek lyukkonzisztenciája és hődeformációs ellenállása közvetlenül meghatározza a csomagolás hermetikusságát és a késztermék hozamát. A VeTek csapat technikai áttörése előtti és utáni kulcsfontosságú folyamat- és teljesítménymutatókat az alábbiak szerint hasonlítjuk össze:

2. Ügyfélháttér és GTMS/CTMS hermetikus csomagolás alkalmazási forgatókönyvei

Az együttműködésben részt vevő ügyfél egy nagy megbízhatóságú érzékelőkre és mikroelektronikai csomagolóelemekre szakosodott K+F és gyártó vállalkozás. Fő gyártósorain széles körben alkalmazzák a GTMS/CTMS (üveg/kerámia-fém tömítés) szinterezési eljárásokat. A magas hőmérsékletű tömítőkemencékben a speciális grafitelemek nagy pontosságú hordozóformákként szolgálnak, amelyek több száz-ezer finom fémcsap (például Kovar-ötvözet) és üveg előformák pontos elhelyezéséért és megtartásáért felelősek. Mivel ebben a projektben egyetlen grafit rögzítőlap mérete kisebb, mint 0,01 négyzetméter, mégis pontosan közel 1500 mikrolyukat kell elhelyeznie, a teljes szerelvénykészlet közel 10 000 mikrolyukat tartalmaz, rendkívül vékony falakkal a furatok között. Magas hőmérsékletű, 800–1000 °C-os szinterezés során minden kismértékű tűréshatáron túli furatátmérő, pozícióeltérés vagy grafitpor leválása közvetlenül a fémcsap megbillenéséhez, az üvegszigetelés megrepedéséhez vagy akár a hermeticitás teljes elvesztéséhez vezet.

3. Speciális grafit mikrolyuk megmunkálási szűk keresztmetszetek és meghibásodási mechanizmusok

A VeTek műszaki munkacsoport bevonása előtt a megrendelő súlyos műszaki szűk keresztmetszetekbe ütközött a próbagyártás és a kisszériás feldolgozás során: Először is, mikrolyuk élfoszlány és -szakadás: A grafit porózus, rideg anyag; nagy sűrűségű mikrolyukak folyamatos fúrása során a mikrofúró be- és kilépése pillanatában fellépő nyírófeszültség könnyen rideg élrepedést idéz elő a furat szájánál. Másodszor, a szerszámok mikrokopása által okozott tűréssodródás: Több ezer mikrolyuk folyamatos megmunkálásakor a finom fúrószárak kopása felerősödik, aminek következtében a mély furatok furatátmérője elkeskenyedik, ahol néhány mikronos eltérés a teljes, közel 10 lyukat tartalmazó rögzítőkészlet meghibásodásához és selejtéhez vezet. Harmadszor, a hőtágulási eltérés és a porszennyeződés: A közönséges grafitanyagok magas hőmérsékletű CTE-je nem egyezik a fémcsapokéval, és a finom por könnyen leválik, szennyezve az üveg szinterezési felületét.

4. Hogyan érhetjük el a mikron szintű mikrolyuk megmunkálást a GTMS speciális grafitrögzítőihez?

 A 10 000 mikrolyuk mély megmunkálásával járó nehézségek megoldására a VeTek K+F csapata rekonstruálta a forgácsolási kinematikai modellt, és szisztematikus folyamattervezést vezetett be:

· Szerszámpálya algoritmus és merülési előtolás rekonstrukció:Optimalizált előtolási sebesség és szegmentált forgási sebesség ortogonális kísérleteken keresztül, mikro-előtolás impulzusos merülési stratégiával, amely több mint 45%-kal hatékonyan csökkenti a megmunkálási ütközési nyíróerőt, teljesen kiküszöbölve a lyuk szája forgácsolási hibáit.

· Forgácsolásgátló mikrofúrók és forgácseltávolító áramlási mező optimalizálása:A személyre szabott, ultrafinom szemcséjű gyémánt bevonatú mikrofúrók egy impulzusos negatív nyomású mikrohűtő forgácseltávolító rendszerrel kombinálva több mint háromszorosára növelték a szerszám kopásállóságának élettartamát, így biztosítva, hogy a furatátmérő egy lemezenként 1500 mikrolyukon keresztül ±0,002 mm alatt maradjon.

5. Gyártási és ellenőrzési gyakorlatok nagy hővezetőképességű, CTE-vel illesztett speciális grafit rögzítőlapokhoz

2. ábra - A speciális grafit rögzítőlap valódi részletei nulla felületi forgácsolással és nagy pontosságú mikrolyuk tömbbel

· Anyagadaptációs megoldás:Szigorúan kiválasztott, nagy tisztaságú izosztatikus speciális grafit sűrű mikroszerkezettel és kiváló magas hőmérsékleti hőstabilitással. Hőtágulási együtthatója (CTE) nagymértékben megegyezik a Kovar ötvözetével, jelentősen csökkentve a magas hőmérsékletű szinterezési hőfeszültséget és a mikropor leválását.

· Együttműködő ellenőrzés és mélytisztítás:A minőségellenőrzési vonal bevezette az „Optikai képmérő műszer + teljesen automatizált koordinátamérő gép (CMM)” kiegészítő rendszerét. Az optikai képalkotás gyorsan pásztázza a 10 000 lyukú tömb távolságát, míg a CMM ellenőrzi a mélylyukak merőlegességét és a térbeli hornyok elhelyezkedését; végül többlépcsős gradiens ultrahangos tisztítással egészül ki, hogy teljesen eltávolítsa a maradék grafit szennyeződéseket a mikro-vak lyukak mélyén, elérve a félvezető minőségű tisztaságot.

6. Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK)

3. ábra - VeTek nagy pontosságú CNC megmunkáló központ

K: Mekkora a minimális furatátmérő és a legnagyobb tűrés a nagy sűrűségű speciális grafit szerelvények mikrolyuk megmunkálásához?
V:A VeTek mikromegmunkálási képességekkel rendelkezik 0,2 mm-nél kisebb furatátmérőkhöz. A furatátmérő tűrése ±0,003 mm-en belül stabilan szabályozható, a valódi kerekség, valamint az egyetlen lemezen lévő 1500 lyuk helyzeti tűrése pedig eléri a ±0,005 mm-t, teljes mértékben kielégítve a nagy sűrűségű tűs GTMS csomagolási követelményeket.

K: Miért kell a GTMS hermetikus szinterelő szerelvényeknek pontosan egyeznie a Kovar ötvözet CTE-jével?
V:A 800 °C és 1000 °C közötti szinterezési ciklus során, ha a rögzítőelem és a fémcsapok CTE-je inkonzisztens, a hűtési összehúzódás által generált nyírófeszültség a csapok elmozdulását, az üvegtest megrepedését vagy a tömítés meghibásodását okozza. A precíz CTE illesztés biztosítja a szinkronizált tágulást és összehúzódást, javítva a hermetikus hozamot.

K: Hogyan biztosítja az ultrahangos tisztítási folyamat, hogy ne maradjon maradék grafitpor a mély mikrolyukak belsejében?
V:Többfrekvenciás gradiens ultrahangos generáló rendszert alkalmazunk ionmentesített vízzel és speciális tisztítóközegekkel kombinálva. A nagyfrekvenciás kavitációs effektusok felhasználásával a mikrolyukak és zsákfuratok mélyén lévő finom grafitrészecskéket teljesen eltávolítják, majd nagy tisztaságú nitrogénfúvás és vákuumszárítás követi a félvezető szintű tiszta szállítást.

7. Összefoglaló és műszaki támogatási szolgáltatások

A félvezető és mikroelektronikai hermetikus csomagolás területén a hordozók mikron szintű megmunkálási pontossága és termodinamikai stabilitása közvetlenül meghatározza a csomagolási hozamot és a berendezés kihasználtságát. A nagy tisztaságú anyagokban való folyamatos felhalmozódásra, a precíziós megmunkálásra és a kritikus félvezető alkatrészek gyártására támaszkodva a VeTek sikeresen leküzdte az ipari szintű gyártási akadályt, amely 1500 mikrolyukból áll, amelyek sűrűn el vannak rendezve 0,01-en.㎡ lemez, megvalósítva a 10 000 lyukú speciális grafit szerelvények nagy megbízhatóságú sorozatgyártását.

Gyártó vállalkozásként aCVD SiC, TaC bevonatok, Szilárd SiC és kritikus félvezető anyagok és alkatrészek fejlesztéseA VeTek folyamatosan nagy teljesítményű anyagmegoldásokat kínál a félvezetőgyártáshoz, a kristálynövekedéshez és a magas hőmérsékletű folyamatokhoz.  Ugyanakkor a hermetikus csomagolás, a magas hőmérsékletű szinterezés és a precíziós pozicionálás alkalmazási követelményeinek kielégítésével a VeTek mérnöki szolgáltatásokat nyújt, beleértvenagy tisztaságú grafit anyag kiválasztása, precíziós megmunkálás és testreszabott gyártási támogatás. 

Ha nagy pontosságú grafit alkatrészeket keres, amelyek alkalmasak GTMS/CTMS hermetikus tömítési folyamatokhoz, vagy anyagillesztésre, szerkezeti optimalizálásra és mintaellenőrzésre van szüksége, kérjük, forduljon bizalommal a VeTek mérnöki csapatához. Egyablakos műszaki támogatást nyújtunk az anyagválasztástól a precíziós gyártásig.

4. ábra – Panorámakép a VeTek Special Materials K+F és precíziós gyártási bázisáról