Dostosowywanie specjalnego uchwytu grafitowego GTMS/CTMS: rozwiązanie do głębokiej obróbki mikrootworów

Specjalne uchwyty grafitowe GTMS Obróbka mikronowa w przebiciu: indywidualne rozwiązanie dla 1500 mikrootworów precyzyjnie rozmieszczonych w odstępie 0,01 ㎡

Podczas procesu spiekania w wysokiej temperaturze GTMS/CTMS w opakowaniach mikroelektroniki specjalne mocowania grafitowe muszą łączyć dopasowanie na poziomie mikrona z wysoką odpornością termiczną i stabilnością. Aby stawić czoła wyzwaniom związanym z wykruszaniem krawędzi, ultraszybkim zużyciem narzędzi i skumulowaną tolerancją w mikrootworach o małej powierzchni i bardzo dużej gęstości, VeTek spędził 10 miesięcy na przełamywaniu wąskiego gardła ciągłej głębokiej obróbki dla prawie 10 000 mikrootworów poprzez adaptację materiału, rekonstrukcję kinematyki skrawania i wielowymiarową kontrolę w pętli zamkniętej, zapewniając wysoce niezawodną, ​​kompleksową dostawę.

1. Migawka kluczowych danych i porównanie wydajności

Rysunek 1 - Specjalna grafitowa płyta mocująca GTMS/CTMS i elementy konstrukcyjne obrabiane mikrootworami

W procesie hermetycznego pakowania GTMS konsystencja otworów i odporność na odkształcenia termiczne grafitowych płytek mocujących bezpośrednio decydują o hermetyczności opakowania i wydajności gotowego produktu. Kluczowe wskaźniki procesów i wydajności przed i po przełomie technicznym zespołu VeTek porównano w następujący sposób:

2. Kontekst klienta i scenariusze zastosowań opakowań hermetycznych GTMS/CTMS

Klientem w ramach tej współpracy jest przedsiębiorstwo badawczo-rozwojowe i produkcyjne specjalizujące się w czujnikach o wysokiej niezawodności i komponentach opakowań mikroelektroniki. Jej główne linie produkcyjne szeroko stosują procesy spiekania GTMS/CTMS (uszczelnienie szkła/ceramiki na metalu). W wysokotemperaturowych piecach do zgrzewania specjalne uchwyty grafitowe służą jako precyzyjne formy nośne, odpowiedzialne za precyzyjne pozycjonowanie i utrzymywanie setek do tysięcy drobnych metalowych szpilek (takich jak stop Kovar) i preform szklanych. Ponieważ pojedyncza grafitowa płyta mocująca w tym projekcie ma powierzchnię mniejszą niż 0,01 metra kwadratowego, a mimo to musi dokładnie pomieścić prawie 1500 mikrootworów, kompletny zestaw mocujący zawiera prawie 10 000 mikrootworów z niezwykle cienkimi ściankami pomiędzy otworami. Podczas spiekania w wysokiej temperaturze w temperaturze 800–1000°C każda niewielka średnica otworu wykraczająca poza tolerancję, odchylenie położenia lub oderwanie się pyłu grafitowego będzie bezpośrednio prowadzić do przechylenia metalowego kołka, pęknięcia izolacji szklanej, a nawet całkowitej utraty hermetyczności.

3. Specjalne wąskie gardła i mechanizmy awarii w obróbce grafitu z mikrootworami

Przed powołaniem technicznej grupy zadaniowej VeTek klient napotkał poważne wąskie gardła techniczne podczas produkcji próbnej i przetwarzania małych partii: Po pierwsze, odpryski i rozdarcia krawędzi z mikrootworami: Grafit jest porowatym, kruchym materiałem; podczas ciągłego wiercenia mikrootworów o dużej gęstości, naprężenia ścinające w momencie wejścia i wyjścia mikrowiertła z łatwością powodują odpryskiwanie krawędzi przy wylocie otworu. Po drugie, dryft tolerancji spowodowany mikrozużyciem narzędzia: podczas ciągłej obróbki tysięcy mikrootworów zużycie drobnych wierteł nasila się, powodując, że średnice otworów w głębokich otworach wykazują stożkowy gradient, gdzie odchylenie zaledwie kilku mikronów prowadzi do awarii i złomowania całego zestawu mocowań zawierającego prawie 10 000 otworów. Po trzecie, niedopasowanie rozszerzalności cieplnej i zanieczyszczenie pyłem: wysokotemperaturowy współczynnik CTE zwykłych materiałów grafitowych nie odpowiada współczynnikowi CTE metalowych kołków, a drobny pył łatwo się złuszcza, zanieczyszczając powierzchnię spiekania szkła.

4. Jak uzyskać obróbkę mikrootworów na poziomie mikronów w przypadku specjalnych opraw grafitowych GTMS?

 Aby zaradzić trudnościom związanym z głęboką obróbką 10 000 mikrootworów, zespół badawczo-rozwojowy VeTek zrekonstruował model kinematyki skrawania i wdrożył systematyczną inżynierię procesową:

· Algorytm ścieżki narzędzia i rekonstrukcja posuwu wgłębnego:Zoptymalizowana prędkość posuwu i segmentowana prędkość obrotowa poprzez eksperymenty ortogonalne, przyjęcie strategii impulsowego zagłębiania z mikroposuwem w celu skutecznego zmniejszenia siły ścinającej uderzenia podczas obróbki o ponad 45%, całkowicie eliminując defekty odpryskiwania otworu wylotowego.

· Mikrowiertła zapobiegające odpryskom i optymalizacja przepływu w polu usuwania wiórów:Specjalnie zaprojektowane mikrowiertła pokryte diamentem o bardzo drobnych ziarnach w połączeniu z pulsacyjnym, podciśnieniowym systemem mikrochłodzenia do usuwania wiórów zwiększyły trwałość narzędzia ponad 3-krotnie, zapewniając dryft średnicy otworu w 1500 mikrootworach na pojedynczą płytkę poniżej ±0,002 mm.

5. Praktyki produkcyjne i kontrolne dla specjalnych grafitowych płytek mocujących o wysokiej przewodności cieplnej dopasowanych do współczynnika CTE

Rysunek 2 - Prawdziwe szczegóły specjalnej grafitowej płyty mocującej z zerowym odpryskiem powierzchni i precyzyjnym układem mikrootworów

· Rozwiązanie w zakresie adaptacji materiału:Ściśle wyselekcjonowany izostatyczny grafit specjalny o wysokiej czystości, charakteryzujący się gęstą mikrostrukturą i doskonałą stabilnością termiczną w wysokich temperaturach. Jego współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) bardzo odpowiada współczynnikowi rozszerzalności cieplnej stopu Kovar, znacznie tłumiąc naprężenia termiczne podczas spiekania w wysokiej temperaturze i odrywanie mikropyłu.

· Wspólna kontrola i dokładne czyszczenie:Na linii kontroli jakości wprowadzono komplementarny system „Optyczny przyrząd do pomiaru obrazu + w pełni zautomatyzowana współrzędnościowa maszyna pomiarowa (CMM)”. Obrazowanie optyczne szybko skanuje odstępy w układzie 10 000 otworów, podczas gdy maszyna współrzędnościowa weryfikuje prostopadłość głębokich otworów i przestrzenne położenie rowków; na koniec uzupełnione wieloetapowym gradientowym czyszczeniem ultradźwiękowym w celu całkowitego usunięcia pozostałości zanieczyszczeń grafitowych głęboko w mikro-ślepych otworach, osiągając czystość na poziomie półprzewodników.

6. Często zadawane pytania (FAQ)

Rysunek 3 - Precyzyjne centrum obróbcze CNC VeTek

P: Jaka jest minimalna średnica otworu i ostateczne tolerancje dla obróbki mikrootworów w specjalnych uchwytach grafitowych o dużej gęstości?
A:VeTek posiada możliwości mikroobróbki otworów o średnicach poniżej 0,2 mm. Tolerancje średnicy otworów można stabilnie kontrolować w zakresie ± 0,003 mm, a rzeczywista okrągłość i tolerancje położenia dla 1500 otworów na pojedynczej płycie osiągają ± 0,005 mm, w pełni spełniając wymagania dotyczące pakowania szpilek o dużej gęstości GTMS.

P: Dlaczego hermetyczne uchwyty do spiekania GTMS muszą dokładnie odpowiadać CTE stopu Kovar?
A:Jeśli w cyklu spiekania w temperaturze 800°C–1000°C współczynnik WRC uchwytu i metalowych kołków jest niespójny, naprężenia ścinające powstałe w wyniku kurczenia się podczas chłodzenia spowodują przemieszczenie kołka, pękanie korpusu szklanego lub uszkodzenie uszczelnienia. Precyzyjne dopasowanie CTE zapewnia zsynchronizowane rozszerzanie i kurczenie się, poprawiając hermetyczną wydajność.

P: W jaki sposób proces czyszczenia ultradźwiękowego gwarantuje, że w głębokich mikrootworach nie pozostaną resztki pyłu grafitowego?
A:Stosujemy wieloczęstotliwościowy gradientowy system generacji ultradźwiękowej w połączeniu z wodą dejonizowaną i specjalistycznymi środkami czyszczącymi. Wykorzystując efekt kawitacji o wysokiej częstotliwości, drobne cząstki grafitu znajdujące się głęboko w mikrootworach i ślepych otworach są całkowicie usuwane, a następnie przedmuchiwane azotem o wysokiej czystości i suszeniem próżniowym, aby zapewnić czystość półprzewodników.

7. Podsumowanie i usługi wsparcia inżynieryjnego

W dziedzinie hermetycznych opakowań półprzewodników i mikroelektroniki precyzja obróbki na poziomie mikronów i stabilność termodynamiczna nośników bezpośrednio determinują wydajność pakowania i wykorzystanie sprzętu. Opierając się na ciągłej akumulacji materiałów o wysokiej czystości, precyzyjnej obróbce i produkcji kluczowych komponentów półprzewodnikowych, VeTek z powodzeniem pokonał barierę produkcyjną na poziomie branżowym wynoszącą 1500 mikrootworów gęsto rozmieszczonych na powierzchni 0,01㎡ plate, realizując wysoce niezawodną masową dostawę specjalnych opraw grafitowych na poziomie 10 000 otworów.

Jako przedsiębiorstwo produkcyjne skupiające się narozwój CVD SiC, powłok TaC, stałego SiC oraz krytycznych materiałów i komponentów półprzewodnikowychFirma VeTek stale dostarcza wysokiej jakości rozwiązania materiałowe do produkcji półprzewodników, hodowli kryształów i procesów wysokotemperaturowych.  Jednocześnie, wychodząc naprzeciw wymaganiom zastosowań w zakresie hermetycznych opakowań, spiekania w wysokiej temperaturze i precyzyjnego pozycjonowania, VeTek świadczy usługi inżynieryjne obejmujące m.in.dobór materiałów grafitowych o wysokiej czystości, precyzyjna obróbka i indywidualne wsparcie produkcyjne. 

Jeśli szukasz precyzyjnych komponentów grafitowych odpowiednich do procesów hermetycznego uszczelniania GTMS/CTMS lub potrzebujesz dopasowania materiałów, optymalizacji strukturalnej i walidacji próbek, skontaktuj się z zespołem inżynierów VeTek. Zapewnimy Ci kompleksowe wsparcie techniczne, od wyboru materiału po precyzyjną produkcję.

Rysunek 4 — Panoramiczny widok na bazę badawczo-rozwojową i precyzyjną produkcję materiałów specjalnych VeTek