Специальная графитовая оснастка GTMS/CTMS: решение для глубокой обработки микроотверстий

Специальные графитовые приспособления GTMS прорываются сквозь микронную обработку: индивидуальное решение для 1500 микроотверстий, точно расположенных за 0,01㎡

В процессе высокотемпературного спекания GTMS/CTMS в корпусе микроэлектроники специальные графитовые приспособления должны сочетать микронное прилегание с высокой термической стойкостью и стабильностью. Чтобы решить проблемы сколов кромок, сверхбыстрого износа инструмента и совокупного допуска в микроотверстиях сверхвысокой плотности небольшой площади, компания VeTek потратила 10 месяцев на преодоление узкого места непрерывной глубокой обработки почти 10 000 микроотверстий посредством адаптации материала, реконструкции кинематики резания и многомерного контроля с обратной связью, реализуя высоконадежную комплексную доставку.

1. Снимок ключевых данных и сравнение производительности

Рисунок 1. Специальная графитовая крепежная пластина GTMS/CTMS и конструктивные элементы для обработки микроотверстий.

В процессе герметичной упаковки GTMS плотность отверстий и устойчивость к термической деформации графитовых крепежных пластин напрямую определяют герметичность упаковки и выход готовой продукции. Ключевые показатели процесса и производительности до и после технического прорыва команды VeTek сравниваются следующим образом:

2. Информация о клиенте и сценарии применения герметичной упаковки GTMS/CTMS

Заказчиком в данном сотрудничестве является научно-исследовательское и производственное предприятие, специализирующееся на производстве высоконадежных датчиков и комплектующих для микроэлектроники. На ее основных производственных линиях широко применяются процессы спекания GTMS/CTMS (уплотнение стекла/керамики к металлу). В высокотемпературных печах запечатывания специальные графитовые приспособления служат высокоточными несущими формами, отвечающими за точное позиционирование и удержание сотен и тысяч тонких металлических штифтов (таких как сплав Ковар) и стеклянных заготовок. Поскольку одна графитовая крепежная пластина в этом проекте имеет площадь менее 0,01 квадратного метра, но должна точно вместить около 1500 микроотверстий, полный комплект креплений объединяет около 10 000 микроотверстий с чрезвычайно тонкими стенками между отверстиями. При высокотемпературном спекании при 800–1000 °С любое незначительное превышение диаметра отверстия, отклонение положения или отрыв графитовой пыли непосредственно приведет к перекосу металлического штифта, растрескиванию стеклянной изоляции или даже полной потере герметичности.

3. Специальные графитовые микроотверстия, узкие места и механизмы отказа.

Прежде чем привлечь техническую группу VeTek, заказчик столкнулся с серьезными техническими узкими местами во время пробного производства и мелкосерийной обработки: во-первых, сколы и разрывы кромок микроотверстий: графит — пористый хрупкий материал; при непрерывном сверлении микроотверстий высокой плотности напряжение сдвига в момент входа и выхода микросверла легко вызывает хрупкое выкрашивание кромок в устье отверстия. Во-вторых, дрейф допуска, вызванный микроизносом инструмента: при непрерывной обработке тысяч микроотверстий износ мелких сверл усиливается, в результате чего диаметры отверстий в глубоких отверстиях становятся конусными, а отклонение всего на несколько микрон приводит к выходу из строя и списанию всего набора приспособлений, содержащего почти 10 000 отверстий. В-третьих, несоответствие теплового расширения и загрязнение пылью: высокотемпературный КТР обычных графитовых материалов не соответствует КТР металлических штифтов, а мелкая пыль легко отслаивается, загрязняя поверхность спекания стекла.

4. Как добиться обработки микроотверстий на микронном уровне для специальных графитовых приспособлений GTMS?

 Чтобы решить трудности глубокой обработки 10 000 микроотверстий, команда исследований и разработок VeTek реконструировала модель кинематики резания и внедрила систематический технологический процесс:

· Алгоритм траектории инструмента и реконструкция врезной подачи:Оптимизированная скорость подачи и сегментированная скорость вращения посредством ортогональных экспериментов, применение стратегии импульсного врезания с микроподачей для эффективного снижения ударной силы сдвига при обработке более чем на 45%, полностью устраняя дефекты выкрашивания устья отверстия.

· Микросверла с защитой от сколов и удаление стружки. Оптимизация поля потока:Изготовленные по индивидуальному заказу сверхмелкозернистые микросверла с алмазным покрытием в сочетании с системой удаления стружки с импульсным отрицательным давлением и микроохлаждением увеличили срок службы инструмента более чем в 3 раза, гарантируя, что смещение диаметра отверстия для 1500 микроотверстий на одну пластину остается менее ±0,002 мм.

5. Практика производства и контроля специальных графитовых крепежных пластин с высокой теплопроводностью, соответствующих КТР.

Рисунок 2. Реальные детали специальной графитовой крепежной пластины с нулевой сколами на поверхности и высокоточным набором микроотверстий.

· Решение по адаптации материала:Строго отобранный изостатический специальный графит высокой чистоты, обладающий плотной микроструктурой и превосходной термостабильностью при высоких температурах. Его коэффициент теплового расширения (КТР) соответствует коэффициенту теплового расширения сплава Ковар, значительно подавляя термические напряжения при высокотемпературном спекании и отслоение микропылей.

· Совместная проверка и глубокая очистка:На линии контроля качества была внедрена дополнительная система «Прибор для измерения оптического изображения + Полностью автоматизированная координатно-измерительная машина (КИМ)». Оптическая визуализация быстро сканирует пространство массива из 10 000 отверстий, а КИМ проверяет перпендикулярность глубоких отверстий и расположение пространственных канавок; наконец, дополнен многоступенчатой ​​градиентной ультразвуковой очисткой для полного удаления остаточных графитовых примесей глубоко внутри микрослепых отверстий, достигая чистоты полупроводникового уровня.

6. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Рисунок 3 – Высокоточный обрабатывающий центр с ЧПУ VeTek

Вопрос: Каковы минимальный диаметр отверстия и предельные допуски для обработки микроотверстий в приспособлениях из специального графита высокой плотности?
А:VeTek обладает возможностями микрообработки отверстий диаметром менее 0,2 мм. Допуски на диаметр отверстий можно стабильно контролировать в пределах ±0,003 мм, а допуски на истинную округлость, а также позиционные допуски для 1500 отверстий на одной пластине достигают ±0,005 мм, что полностью удовлетворяет требованиям к упаковке GTMS с высокой плотностью штифтов.

Вопрос: Почему приспособления для герметичного спекания GTMS должны точно соответствовать КТР сплава Ковар?
А:Если во время цикла спекания 800–1000 °C КТР приспособления и металлических штифтов неодинаков, напряжение сдвига, возникающее в результате сжатия при охлаждении, приведет к смещению штифта, растрескиванию стеклянного корпуса или разрушению уплотнения. Точное соответствие КТР обеспечивает синхронизированное расширение и сжатие, улучшая герметичность.

Вопрос: Как процесс ультразвуковой очистки гарантирует отсутствие остаточной графитовой пыли внутри глубоких микроотверстий?
А:Мы используем многочастотную систему генерации градиентного ультразвука в сочетании с деионизированной водой и специальными чистящими средствами. Используя высокочастотные эффекты кавитации, мелкие частицы графита глубоко внутри микроотверстий и глухих отверстий полностью удаляются с последующей продувкой азотом высокой чистоты и вакуумной сушкой для достижения уровня чистоты полупроводников.

7. Услуги сводной и инженерной поддержки

В области герметичной упаковки полупроводников и микроэлектроники микронная точность обработки и термодинамическая стабильность носителей напрямую определяют производительность упаковки и загрузку оборудования. Опираясь на постоянное накопление материалов высокой чистоты, прецизионную обработку и производство критически важных полупроводниковых компонентов, VeTek успешно преодолела производственный барьер отраслевого уровня, состоящий из 1500 микроотверстий, плотно расположенных на 0,01.㎡ пластина, осуществляющая высоконадежную поставку в массовое производство специальных графитовых приспособлений уровня с 10 000 отверстиями.

Будучи производственным предприятием, ориентированным наразработка CVD SiC, покрытий TaC, твердого SiC, а также критически важных полупроводниковых материалов и компонентов.Компания VeTek постоянно предоставляет высокопроизводительные материалы для производства полупроводников, выращивания кристаллов и высокотемпературных процессов.  В то же время, удовлетворяя требования приложений в герметичной упаковке, высокотемпературном спекании и точном позиционировании, VeTek предоставляет инжиниринговые услуги, в том числевыбор графитового материала высокой чистоты, прецизионная обработка и индивидуальная производственная поддержка. 

Если вы ищете высокоточные графитовые компоненты, подходящие для процессов герметизации GTMS/CTMS, или вам требуется подбор материалов, структурная оптимизация и проверка образцов, пожалуйста, свяжитесь с командой инженеров VeTek. Мы предоставим вам комплексную техническую поддержку от выбора материала до точного производства.

Рисунок 4. Панорамный вид научно-исследовательской базы специальных материалов и прецизионного производства VeTek.