GTMS/CTMS speciale aanpassing van grafietarmaturen: oplossing voor diepe machinale bewerking met microgaten

GTMS speciale grafietarmaturen doorbreken micronbewerking: oplossing op maat voor 1.500 microgaten nauwkeurig gerangschikt in 0,01 ㎡

Tijdens het GTMS/CTMS-sinterproces op hoge temperatuur in micro-elektronicaverpakkingen moeten speciale grafietarmaturen een pasvorm op micronniveau combineren met een hoge thermische weerstand en stabiliteit. Om de uitdagingen van het afbrokkelen van randen, ultrasnelle gereedschapsslijtage en cumulatieve tolerantie in microgaten met een klein oppervlak en ultrahoge dichtheid aan te pakken, heeft VeTek 10 maanden besteed aan het doorbreken van het knelpunt van het continu diep bewerken van bijna 10.000 microgaten door middel van materiaalaanpassing, reconstructie van de snijkinematica en multidimensionale inspectie met gesloten lus, waardoor een uiterst betrouwbare one-stop-levering werd gerealiseerd.

1. Momentopname van belangrijke gegevens en prestatievergelijking

Figuur 1 - GTMS/CTMS speciale grafietbevestigingsplaat en machinale bewerking van structurele componenten met microgaten

In het hermetische verpakkingsproces van GTMS bepalen de consistentie van de gaten en de thermische vervormingsweerstand van grafietbevestigingsplaten direct de hermeticiteit van de verpakking en de opbrengst van het eindproduct. De belangrijkste proces- en prestatie-indicatoren voor en na de technische doorbraak van het VeTek-team worden als volgt vergeleken:

2. Klantachtergrond en GTMS/CTMS toepassingsscenario's voor hermetische verpakkingen

De klant in deze samenwerking is een R&D- en productieonderneming die gespecialiseerd is in uiterst betrouwbare sensoren en micro-elektronica-verpakkingscomponenten. De kernproductielijnen passen op grote schaal GTMS/CTMS-sinterprocessen (Glass/Ceramic-To-Metal Seal) toe. In afdichtingsovens op hoge temperatuur dienen speciale grafietbevestigingen als zeer nauwkeurige dragermallen, verantwoordelijk voor het nauwkeurig positioneren en vasthouden van honderden tot duizenden fijne metalen pinnen (zoals Kovar-legering) en glazen preforms. Omdat een enkele grafiet bevestigingsplaat in dit project minder dan 0,01 vierkante meter meet en toch precies bijna 1.500 microgaten moet bevatten, integreert de complete bevestigingsset bijna 10.000 microgaten met extreem dunne wanden tussen de gaten. Tijdens sinteren bij hoge temperaturen bij 800°C–1000°C zal elke kleine gatdiameter die buiten de tolerantie valt, een afwijking in de positie of het loslaten van grafietstof direct leiden tot het kantelen van de metalen pin, barsten in de glasisolatie of zelfs een volledig verlies van de hermeticiteit.

3. Speciale knelpunten en faalmechanismen bij het bewerken van grafietmicrogaten

Voordat de technische taskforce van VeTek werd ingeschakeld, stuitte de klant op ernstige technische knelpunten tijdens de proefproductie en de verwerking van kleine batches: Ten eerste het afbrokkelen en scheuren van de randen van microgaten: Grafiet is een poreus, bros materiaal; Tijdens het continu boren van microgaten met hoge dichtheid veroorzaakt schuifspanning op het moment dat de microboor in- en uitgaat gemakkelijk brosse randafbrokkeling bij de opening van het gat. Ten tweede, tolerantieafwijking veroorzaakt door micro-slijtage van het gereedschap: Bij het continu verwerken van duizenden micro-gaten wordt de slijtage van fijne boren intenser, waardoor gatdiameters in diepe gaten een taps verloop vertonen, waarbij een afwijking van slechts een paar micron leidt tot het falen en weggooien van de hele opspanset met bijna 10.000 gaten. Ten derde komt de thermische uitzetting niet overeen en stofverontreiniging: de hoge temperatuur CTE van gewone grafietmaterialen komt niet overeen met die van metalen pinnen, en fijn stof laat zich gemakkelijk los, waardoor het glassintervlak wordt verontreinigd.

4. Hoe kan microgatbewerking op micronniveau worden gerealiseerd voor speciale grafietarmaturen van GTMS?

 Om de moeilijkheden bij het diep bewerken van 10.000 microgaten aan te pakken, heeft het VeTek R&D-team het snijkinematicamodel gereconstrueerd en systematische procestechniek geïmplementeerd:

· Gereedschapspadalgoritme en reconstructie van insteekvoeding:Geoptimaliseerde voedingssnelheid en gesegmenteerde rotatiesnelheid door middel van orthogonale experimenten, waarbij een gepulseerde duikstrategie met microvoeding wordt toegepast om de schuifkracht van de bewerkingsimpact effectief met meer dan 45% te verminderen, waardoor chipping-defecten in de gatmond volledig worden geëlimineerd.

· Anti-chipping microboren en spaanverwijdering Stroomveldoptimalisatie:Op maat gemaakte ultrafijnkorrelige microboren met diamantcoating, gecombineerd met een gepulseerd onderdruk-microkoelingssysteem voor het verwijderen van spanen, verlengden de levensduur van de gereedschapsslijtageweerstand met meer dan 3 keer, waardoor de gatdiameterafwijking over 1.500 microgaten per enkele plaat onder ± 0,002 mm blijft.

5. Productie- en inspectiepraktijken voor op CTE afgestemde speciale grafietbevestigingsplaten met hoge thermische geleidbaarheid

Figuur 2 - Echte details van een speciale grafietbevestigingsplaat zonder chippen van het oppervlak en zeer nauwkeurige micro-hole-array

· Materiaalaanpassingsoplossing:Strikt geselecteerd hoogzuiver isostatisch speciaal grafiet met een dichte microstructuur en uitstekende thermische stabiliteit bij hoge temperaturen. De thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) komt sterk overeen met die van de Kovar-legering, waardoor de thermische spanning bij het sinteren bij hoge temperaturen en het loskomen van microstof aanzienlijk worden onderdrukt.

· Gezamenlijke inspectie en dieptereiniging:De kwaliteitscontrolelijn introduceerde een aanvullend systeem van 'Optisch beeldmeetinstrument + volledig geautomatiseerde coördinatenmeetmachine (CMM)'. Optische beeldvorming scant snel de afstand van de array met 10.000 gaten, terwijl CMM de loodrechtheid van diepe gaten en ruimtelijke groeflocaties verifieert; uiteindelijk aangevuld met meertraps ultrasone gradiëntreiniging om resterende grafietonzuiverheden diep in micro-blinde gaten volledig te verwijderen, waardoor zuiverheid van halfgeleiderkwaliteit wordt bereikt.

6. Veelgestelde vragen (FAQ)

Figuur 3 - VeTek uiterst nauwkeurig CNC-bewerkingscentrum

Vraag: Wat zijn de minimale gatdiameter en ultieme toleranties voor het bewerken van microgaten in speciale grafietarmaturen met hoge dichtheid?
A:VeTek beschikt over microbewerkingsmogelijkheden voor gatdiameters kleiner dan 0,2 mm. Toleranties voor de gatdiameter kunnen stabiel worden geregeld binnen ±0,003 mm, en zowel de werkelijke rondheid als de positionele toleranties voor 1.500 gaten op een enkele plaat bereiken ±0,005 mm, wat volledig voldoet aan de vereisten voor pin-GTMS-verpakkingen met hoge dichtheid.

Vraag: Waarom moeten GTMS hermetische sinterarmaturen precies overeenkomen met de CTE van Kovar-legering?
A:Als tijdens de sintercyclus van 800°C–1000°C de CTE van de armatuur en de metalen pinnen inconsistent zijn, zal de schuifspanning die wordt gegenereerd door het samentrekken van de koeling leiden tot verplaatsing van de pin, barsten van het glaslichaam of falen van de afdichting. Nauwkeurige CTE-afstemming zorgt voor gesynchroniseerde uitzetting en samentrekking, waardoor de hermetische opbrengst wordt verbeterd.

Vraag: Hoe zorgt het ultrasone reinigingsproces ervoor dat er geen resterend grafietstof achterblijft in diepe microgaten?
A:We maken gebruik van een ultrasoon generatiesysteem met meerdere frequentiegradiënten, gecombineerd met gedeïoniseerd water en gespecialiseerde reinigingsmedia. Door gebruik te maken van hoogfrequente cavitatie-effecten worden fijne grafietdeeltjes diep in microgaten en blinde gaten volledig gestript, gevolgd door blazen met zeer zuivere stikstof en vacuümdrogen om een ​​schone verzending op halfgeleiderniveau te bereiken.

7. Samenvatting en technische ondersteuningsdiensten

Op het gebied van hermetische verpakkingen op het gebied van halfgeleiders en micro-elektronica bepalen de machinale precisie op micronniveau en de thermodynamische stabiliteit van dragers rechtstreeks de verpakkingsopbrengst en het gebruik van de apparatuur. Vertrouwend op de continue accumulatie in materialen met een hoge zuiverheidsgraad, precisiebewerking en de productie van kritische halfgeleidercomponenten, overwon VeTek met succes de productiebarrière op industrieniveau van 1.500 microgaatjes dicht op elkaar geplaatst op een schaal van 0,01.㎡ plaat, waardoor een zeer betrouwbare massaproductie van speciale grafietarmaturen met 10.000 gaten wordt gerealiseerd.

Als productieonderneming gericht op deontwikkeling van CVD SiC, TaC-coatings, Solid SiC en kritische halfgeleidermaterialen en componentenbiedt VeTek voortdurend hoogwaardige materiaaloplossingen voor de productie van halfgeleiders, kristalgroei en procesvelden bij hoge temperaturen.  Tegelijkertijd voldoet VeTek aan de toepassingsvereisten op het gebied van hermetische verpakkingen, sinteren bij hoge temperaturen en precisiepositionering, en biedt het technische diensten, waaronderselectie van zeer zuiver grafietmateriaal, precisiebewerking en productieondersteuning op maat. 

Als u op zoek bent naar zeer nauwkeurige grafietcomponenten die geschikt zijn voor hermetische afdichtingsprocessen van GTMS/CTMS, of als u materiaalmatching, structurele optimalisatie en monstervalidatie nodig heeft, neem dan gerust contact op met het VeTek-engineeringteam. Wij bieden u one-stop-technische ondersteuning, van materiaalkeuze tot precisieproductie.

Figuur 4 - Panoramisch beeld van de R&D- en precisieproductiebasis van VeTek Special Materials