Félvezető kerámia fúrás: mikro{0}}furatok, mély furatok és helyzeteltérés, magyarázat

A kerámia hordozón lévő lyukak egyszerűnek tűnnek, de valójában ezek a félvezető csomagolás egyik rejtett szűk keresztmetszete. A mindössze 0,01 mm-rel eltolt lyuk helyzete a készüléket selejtezheti; a lyuk falán lévő mikro-repedések eltörhetik az aljzatot a későbbi szinterezés során; és amikor a forgács nem távolítható el egy mély lyukból, a fúró eltörik benne, és az egész aljzat elveszik.

Ez az útmutató lebontja a három fő kerámiafúrási folyamatot, a mikro{0}}lyukmegmunkálást, a mély-furatmegmunkálást és a furatpozíció eltérésének szabályozását, valamint paramétertáblázatokat és hibareferencia-táblázatot tartalmaz a gyors hibaelhárításhoz. A lézeres útvonalakat összehasonlító olvasók számára útmutatónk afemtoszekundumos vs nanoszekundumos lézeres mikro{0}}fúrása kiegészítő impulzus{0}}szélesség-összehasonlítást nyújtja.

Kerámia lyukfúrásra nincs univerzális megoldás. A különböző furatátmérők, méretarányok és pontossági követelmények eltérő műszaki útvonalakat mutatnak.

1. táblázat: A három főbb kerámiafúrási eljárás összehasonlítása

Gyors kiválasztási szabály:

• Furatátmérő < 0,2 mm → a lézer az egyetlen lehetőség;
• Furatátmérő > 0,5 mm <3:1 méretaránnyal → mechanikus fúrás, a legjobb költséghatékonyság-;
• Rendkívül magas fal-minőségi követelmény hőhatás-mentes zóna → ultrahangos megmunkálás;
• Batch mikro{0}}lyuktömbök → lézer, verhetetlen hatékonyság.

Jegyzet:A fenti értékek a folyamatok szűrésére vonatkozó általános iparági tapasztalati tartományok. A végső kiválasztást a tényleges anyagon végzett próbamegmunkálással kell igazolni.

A félvezető kerámiákban szinte minden mikro{0}}lyuk lézerrel készül. A 0,3 mm alatti mechanikus fúrók érintkezéskor eltörnek, és az ultrahangos megmunkálás túl lassú. A lézeres feldolgozás az egyetlen tömegtermelési-megoldás az érintésmentes-természetének, nagy pontosságának és nagy hatékonyságának köszönhetően.

A kerámia hordozók közül sok ugyanazokba az elektronikus szerelvényekbe kerül, mint a nyomtatott áramköri lapok, aholhogyan szolgálják az UV-lézerek a PCB-gyártástkikerekíti az elektronikai megmunkálási láncot.

1. A lézerforrás kiválasztása:

2. táblázat: Lézerforrás kiválasztása kerámia mikro{1}}lyukfúráshoz

Ökölszabály:a közönséges alumínium-oxid nanoszekundumos lézerrel feldolgozható; bevont lyukak és hermetikus lyukak pikoszekundumot igényelnek; A femtoszekundum az ultra{0}}nagy pontosságú-fejlesztési munkához van fenntartva. Az impulzusüzemek teljes összehasonlításához tekintse meg cikkünketfemtoszekundumos lézerek a mikro{0}}lyukmegmunkálásban.

2. Három fúrási módszer:

• Ütőfúrás:leggyorsabb, de nagyobb kúpos és gyengébb konzisztencia; alkalmas átmenő{0}}furatok készítésére szigorú pontossági követelmények nélkül;
• Helikális (trepanning) fúrás:a gerenda kör alakú spirálpályán mozog; a kúposság 0,5 fokon belül szabályozható; a félvezető mikro{1}}lyukak általános módszere;
• Gyűrűvágás:A gerenda ferdén lép be és forog, és minimális kúposságú, egyenes{0}}falfuratokat hoz létre, alacsonyabb hatékonyság árán.

3. Négy gyakori mikrolyuk probléma:

① Nagy lyuk kúpos

• Ok: A lézeres fúrás természetesen kúposodást eredményez, mivel a sugárenergia gyengül a furat belsejében, és a kijárat nem kap elegendő energiát.
• Ellenintézkedések: spirális fúrás (3 körnél nagyobb vagy egyenlő); két-oldali fúrás elölről és hátulról; helyezze a fókuszt az anyagvastagság felére; használjon gyűrű-alakú vagy lapos-felső gerendaprofilokat a Gauss-féle helyett.

② Újraöntött réteg + mikro-repedések a furat falán

• Ok: A nanoszekundumos lézerek megolvasztják az anyagot, amely újra{0}}megszilárdul a falon (1-10 μm vastagságban).
• Ellenintézkedések: váltás pikoszekundumra/femtoszekundumra (újra öntött réteg 1 μm-nél kisebb vagy azzal egyenlő); mikro-szemcseszórás 0,2–0,3 MPa nyomáson; híg HF vagy NaOH vegyi tisztítás; plazma tisztítás. Az impulzusrendszerek közötti mélység-összehasonlításért tekintse meg a mifemtoszekundumos lézeres mikro{0}}fúrásútmutató.

③ Gyenge a furatátmérő konzisztenciája

• Ok: lézerenergia ingadozás, fókuszeltolódás, egyenetlen anyagvastagság.
• Ellenintézkedések: minden műszakban kalibrálja a teljesítményt és fókuszáljon; az energiastabilitást ±2%-on belül tartani; megmunkálás előtt mérje meg a vastagságot és a csoportot; használjon nagy-pontosságú XY fokozatot (pozicionálás ±1 μm vagy annál kisebb).

④ Be-/kilépési chipezés

• Ok: a kerámiák törékenyek és a széleken feszültség koncentrálódik.
• Ellenintézkedések: a bejáratnál egy áldozati réteget (szalag/rézfólia) kell tenni; adjon hozzá támasztékot (üveg/grafit) a kijáratnál; két-lépéses elő-fúrás + dörzsárazás; egyetlen-impulzus energiáját szabályozni.

A mély lyukak legnagyobb ellensége nem a keménység -, hanem a forgácselszívás. A kerámiaforgács kemény és törékeny; amikor eltömődnek a lyuk alján, a fúró eltörik.

1. Fúrófúrás: A szabványos művelet mély furatok esetén

Az alapötlet egyszerű: fúrjon be egy kicsit, húzza vissza egy kicsit, így a forgács kimosódik, és befolyik a hűtőfolyadék.

• Lépés (fogási mélység):0,3–0,5 mm-enként húzza vissza; minél kisebb a lépés, annál nagyobb a képarány - használjon 0,3 mm-t 10:1-nél, és csökkentse 0,1–0,2 mm-re 10:1 felett;
• Visszahúzási távolság:húzza ki teljesen a fúrót a furat szájából - ne csak kissé húzza vissza;
• Tartózkodás a visszahúzás után:0,1–0,3 másodperc szünetet tartson, hogy a hűtőfolyadék kiöblítse a lyukat;
• Képarány > 8:1:használja a három-lépéses módszert - pilotfurat → mélyfurat → dörzsárazás.

2. Szerszám kiválasztása: A gyémánt bevonat standard

Vigyázat:A gyémánt bevonat nem alkalmas szilícium-nitrid (Si₃N₄) megmunkálására - a kémiai reakció a bevonat leválását okozza.

3. Hűtés: A nyomás és az áramlás egyaránt elengedhetetlen

• Először a belső hűtőfolyadék:nyomás Nagyobb vagy egyenlő, mint 3 MPa, áramlás Nagyobb vagy egyenlő, mint 5 L/perc; a hűtőfolyadékot a fúró belsejéből szállítják a vágóélekhez;
• Külső hűtőfolyadék kiegészítés:fúvóka a furat szájára irányul, áramlás 10 L/perc vagy nagyobb, nyomás 1 MPa vagy annál nagyobb;
• Hűtőfolyadék típusa:víz-alapú vágófolyadék (koncentráció 5–8%), kerülje a tiszta olaj használatát;
• Szűrés:10 μm-nél kisebb vagy azzal egyenlő, hogy a keringető forgács ne súrolja a lyuk falát.

4. Folyamatparaméterek: Konzervatív Agresszívet üt

3. táblázat: Ajánlott fúrási paraméterek kerámia mély furatokhoz (hivatkozás)

Tapasztalat:futtassa le az első részt óvatos paraméterekkel, figyelje meg a forgácsot és a fúrókopást, majd optimalizálja. A kerámia megmunkálásánál a lassú és egyenletes ütem gyorsan ver. Egy törött fúró vesztesége sokkal nagyobb, mint a gondos megmunkálással töltött idő.

5. Iránymutatás és támogatás: A lyukak elsodródásának megelőzése

• Pilot furat:először fúrjon egy 0,5-1 mm mély középső lyukat egy rövid fúróval, majd váltson át a hosszú fúróra;
• Útmutató a fúróperselyhez:persely-–-fúróhézag Legfeljebb 0,005 mm, a lehető legközelebb elhelyezve a munkadarab felületéhez;
• Felületi simítás:síkság 0,01 mm-nél kisebb vagy egyenlő, hogy a fúró merőlegesen kerüljön be;
• Kilépés a támogatásból:helyezzen grafit vagy fa alátámasztó lemezt közvetlenül az áttörés előtt, hogy csökkentse a forgácsolást és az ütést.

A pozícióeltérésnek két formája van, különböző okokkal és különböző ellenintézkedésekkel.

① Belépési pozíció eltolása (rossz koordináták)

Okok:felületi csúszás a vágás elején; rossz a rögzítés ismételhetősége; elégtelen géppozícionálási pontosság.

Ellenintézkedések:

• Mechanikus fúrás: először fúrjon egy középső mélyedést (0,1-0,2 mm mély), majd fúrja ki a lyukat;
• Lézer: a tényleges fúrás előtt 20–30%-os energiával helyezzen el egy pozicionáló jelet;
• Rögzítés: rögzítőcsapok + vákuum tokmány ismételhetőséggel Legfeljebb 0,005 mm - soha ne szorítsa a kerámiát közvetlenül a satuba;
• Berendezések: látáspozicionálással rendelkező lézergépek, amelyek automatikusan felismerik a kompenzációs pontokat; a mechanikus gépek élkereső központosítást használnak ( 0,002 mm vagy annál kisebb);
• Az első-alkatrész ellenőrzése kötelező: mérje meg a lyuk koordinátáit látómezővel a tétel megkezdése előtt.

② A furat tengelyének dőlése (a furat ferde)

Okok:elégtelen fúrómerevség; aszimmetrikus vágóerők; egyenetlen felület; a szerszámtartó túlzott kifutása.

Ellenintézkedések:

• Tartsa a hossz-–-átmérő arányát 8:1-nél kisebb vagy azzal egyenlő; ezen túlmenően használjon lépcsős fúrókat vagy fegyveres fúrókat;
• Először simítsa ki a munkadarab felületét (simaság 0,01 mm vagy annál kisebb);
• Fúrópersely-vezetés támogatással be- és kilépéskor egyaránt;
• Nagy-precíziós szerszámtartók (zsugor-illesztés vagy hidraulikus), sugárirányú kifutás 0,003 mm vagy annál kisebb;
• Adja meg a vágást 50%-os előtolással, és 0,5 mm-es behatolás után térjen vissza a normál előtoláshoz.

Pozícióeltérés mérése

Az általános ellenőrzések négy elemre terjednek ki: a furat helyzetének pontosságára, a furatátmérő-tűrésre, a furattengely dőlésére és a belső fal minőségére. A mérési módszereket az alábbiakban foglaljuk össze.

3b. táblázat. A furathelyzet eltérésének vizsgálati módszerei

Futtassa az ellenőrzést az első alkatrészen, és erősítse meg az eredményeket a tömeggyártás megkezdése előtt.

4. táblázat. Kerámia fúrási hibák hibaelhárítási táblázata

Bármilyen lyukfúrási-követelmény esetén az alábbi négy lépés követése ritkán jár rosszul:

1 - lépés A furat átmérője

• < 0.2 mm → laser (the only feasible option);
• 0,2–0,5 mm → lézer vagy ultrahang;

• >0,5 mm → mechanikus fúrás (legjobb költség{1}}hatékonyság).

2 - lépés Ellenőrizze a képarányt

• 3:1-nél kisebb vagy egyenlő → bármely folyamat; válassza ki a legalacsonyabb költséget;
• 3:1–10:1 → mechanikus (peckfúrás + belső hűtőfolyadék) vagy lézer;
• >10:1 → a lézernek egyértelmű előnye van, vagy használjon erre a célra kialakított mély{2}}lyukfúrógépet.

3 -. lépés Ellenőrizze a pontosságot és a furatfalat

• Furatpozíció ±0,005 mm-en belül → lézer (látáspozicionálással);
• Fal érdesség Ra Kisebb vagy egyenlő, mint 0,8 → mechanikus + dörzsárazás vagy ultrahangos;
• Nem engedélyezett az újraöntött réteg → pikoszekundum/femtoszekundum vagy mechanikus/ultrahangos;
• Hermeticitás szükséges → mechanikus + átlapolás; lézer utókezelést- igényel.

4 -. lépés Ellenőrizze a köteg méretét és költségét

• Kis tétel / K+F → használja a meglévő berendezéseket, maradjon rugalmas;
• Nagy adag mikro{0}}lyuk → lézer (nagy hatásfok, alacsony lyukonkénti költség-);
• Nagy adag nagy lyuk → mechanikus (olcsó felszerelés, olcsó szerszámok).

5. táblázat: Tipikus fúrási útmutató kerámia anyagok szerint (általános iparági referencia)

Jegyzet:A fentiek általános iparági tapasztalatok csak a folyamatszűréshez. A tényleges paramétereket próbamegmunkálással kell ellenőrizni a valós anyag-, berendezés- és minőségi követelményeken.

① Mindig először válassza ki a folyamatot az anyagnak - megfelelően.Mikro{0}}lyukak → lézer; mély furatok → mechanikus fúrás; helyzeteltérés → rögzítés és pozicionálás. Nincs univerzális eljárás, csak a legmegfelelőbb.

② Mindig támassza meg a kimeneti oldalt.Grafit, üveg vagy fa alátámasztó munkák; ez a legalacsonyabb-költségű és leghatékonyabb-forgácsolás elleni intézkedés.

③ A - paraméter margóját soha ne hagyja a plafonnál.Tartson 10–20% lézerenergia-tartalékot és 30% mechanikai előtolási határt. A mennyezeti paraméterek megszakadnak, ha az anyag ingadoz.

④ Az első-részvizsgálat nem-tárgyalható.Használjon vizuális mérőgépet a lyuk helyzetének, átmérőjének és dőlésszögének meghatározásához - 10 perccel, ami megakadályozza az egész tétel selejtezését.

⑤ A szerszám/lézer állapota többet jelent, mint a paraméterek.Egy elhasználódott fúró vagy egy elsodródott lézer a legprecízebb programot is használhatatlanná teszi. Szerszámélettartam-menedzsment és rendszeres kalibrálási ütemterv létrehozása.

⑥ A lézeres-furatok utókezelése kötelező.A nanoszekundumos lézerfúrás utáni újraöntött réteg és mikro{0}}repedések szinte elkerülhetetlenek, - a szemcseszórás, a vegyszeres tisztítást és a plazmakezelést nem szabad kihagyni.

A kerámia lyukfúrás rendszermérnöki probléma, amely anyagokat, berendezéseket, folyamatokat és ellenőrzéseket foglal magában. Csak akkor készíthet lyukakat nagy pontossággal, nagy konzisztenciával és nagy megbízhatósággal, ha minden részlet ellenőrzés alatt áll.

Ha értékeli aprecíziós lézeres feldolgozó berendezésekmegoldás kerámia mikro{0}}furatokhoz - vagy aUV lézerfinomkerámia- és üvegmunkákhoz - vegye fel velünk a kapcsolatot az anyaggal, a furatátmérővel, a méretaránnyal és a pontossági követelményekkel kapcsolatban: mintavizsgálatokat végzünk, és valódi anyaggal erősítjük meg a konfigurációt. A kerámia alkatrészek általános azonosítására és jelölésére a milézeres jelölőgépekminta{0}}tesztelési támogatással is elérhetők.

Ezt a cikket a félvezető kerámia megmunkálásában szerzett általános ipari folyamatok tapasztalatai alapján állítottuk össze. A konkrét paramétereket az aktuális anyagnak, felszerelésnek és követelményeknek megfelelően kell beállítani.