Přizpůsobení speciálního grafitového přípravku GTMS/CTMS: Řešení pro hluboké obrábění mikroděr

Speciální grafitová svítidla GTMS prolomit mikronové obrábění: Přizpůsobené řešení pro 1 500 mikrootvorů přesně seřazených za 0,01 ㎡

Během procesu vysokoteplotního slinování GTMS/CTMS v mikroelektronických obalech musí speciální grafitové přípravky kombinovat lícování na úrovni mikronů s vysokou tepelnou odolností a stabilitou. Aby se společnost VeTek vypořádala s problémy s vylamováním břitu, ultrarychlým opotřebením nástrojů a kumulativní tolerancí v malých oblastech s ultravysokou hustotou mikrootvorů, strávila 10 měsíců prolomením úzkého hrdla kontinuálního hlubokého obrábění pro téměř 10 000 mikroděr adaptací materiálu, rekonstrukcí kinematiky řezání a realizací vysoce spolehlivé vícerozměrné dodávky v uzavřené smyčce.

1. Snímek klíčových dat a srovnání výkonu

Obrázek 1 - speciální grafitová upínací deska GTMS/CTMS a konstrukční součásti pro obrábění mikrootvorů

V procesu hermetického balení GTMS konzistence otvorů a odolnost grafitových upínacích desek proti tepelné deformaci přímo určují hermetiku balení a výtěžnost hotového produktu. Klíčové procesní a výkonnostní ukazatele před a po technickém průlomu týmu VeTek jsou porovnávány následovně:

2. Zázemí zákazníka a scénáře aplikací hermetických obalů GTMS/CTMS

Zákazníkem této spolupráce je výzkumná a vývojová a výrobní společnost specializující se na vysoce spolehlivé senzory a komponenty mikroelektronických obalů. Její hlavní výrobní linky široce používají procesy slinování GTMS/CTMS (Glass/Ceramic-To-Metal Seal). Ve vysokoteplotních zatavovacích pecích slouží speciální grafitové přípravky jako vysoce přesné nosné formy, které jsou zodpovědné za přesné umístění a držení stovek až tisíců jemných kovových kolíků (jako je slitina Kovar) a skleněných předlisků. Vzhledem k tomu, že jedna grafitová upínací deska v tomto projektu měří méně než 0,01 metru čtverečního, ale musí přesně pojmout téměř 1 500 mikrootvorů, kompletní sada svítidel integruje téměř 10 000 mikrootvorů s extrémně tenkými stěnami mezi otvory. Během vysokoteplotního slinování při 800°C–1000°C jakýkoli nepatrný průměr otvoru mimo toleranci, polohová odchylka nebo odlučování grafitového prachu přímo povede k naklonění kovového kolíku, prasknutí izolace skla nebo dokonce úplné ztrátě hermetičnosti.

3. Speciální grafitové mikrootvory pro obrábění úzkých míst a mechanismů poruch

Před nasazením technické pracovní skupiny VeTek se zákazník setkal s vážnými technickými překážkami během zkušební výroby a malosériového zpracování: Za prvé, vylamování a trhání okraje mikrootvorů: Grafit je porézní křehký materiál; během kontinuálního vrtání mikrootvorů s vysokou hustotou, smykové napětí v okamžiku, kdy mikrovrták snadno vstupuje a vystupuje, vyvolává vylamování křehké hrany v ústí otvoru. Za druhé, odchylka tolerance způsobená mikroopotřebením nástroje: Při nepřetržitém zpracovávání tisíců mikrootvorů se opotřebení jemných vrtáků zintenzivňuje, což způsobuje, že průměry otvorů v hlubokých otvorech vykazují zúžený gradient, kde odchylka pouhých několika mikronů vede k selhání a sešrotování celé sady přípravků obsahujících téměř 10 000 otvorů. Za třetí, nesoulad tepelné roztažnosti a kontaminace prachem: Vysokoteplotní CTE běžných grafitových materiálů se neshoduje s CTE kovových kolíků a jemný prach se snadno odlupuje a kontaminuje rozhraní pro spékání skla.

4. Jak dosáhnout obrábění mikroděr na úrovni mikronů pro speciální grafitová svítidla GTMS?

 Aby se vypořádal s obtížemi hlubokého obrábění 10 000 mikroděr, tým výzkumu a vývoje VeTek rekonstruoval model kinematiky řezání a implementoval systematické procesní inženýrství:

· Algoritmus dráhy nástroje a rekonstrukce posuvu zanoření:Optimalizovaná rychlost posuvu a segmentovaná rychlost otáčení prostřednictvím ortogonálních experimentů, přijetí strategie pulzního zanořování s mikroposuvem pro účinné snížení rázové smykové síly při obrábění o více než 45 %, což zcela eliminuje vady vylamování ústí otvoru.

· Mikrovrtáky proti vylamování a odstraňování třísek Optimalizace toku pole:Přizpůsobené ultrajemnozrnné mikrovrtáky s diamantovým povlakem v kombinaci s pulzním podtlakovým mikrochladicím systémem odstraňování třísek prodloužily životnost nástroje proti opotřebení více než 3krát a zajistily, že posun průměru otvoru přes 1500 mikrootvorů na jednu desku zůstane pod ±0,002 mm.

5. Výrobní a kontrolní postupy pro speciální grafitové upínací desky s vysokou tepelnou vodivostí přizpůsobené CTE

Obrázek 2 - Skutečné detaily speciální grafitové upínací desky s nulovým povrchovým odlupováním a vysoce přesným uspořádáním mikrootvorů

· Řešení přizpůsobení materiálu:Striktně vybraný vysoce čistý izostatický speciální grafit s hustou mikrostrukturou a vynikající tepelnou stabilitou při vysokých teplotách. Jeho koeficient tepelné roztažnosti (CTE) vysoce odpovídá koeficientu tepelné roztažnosti slitiny Kovar, čímž výrazně potlačuje tepelné namáhání při vysokoteplotním slinování a odlučování mikroprachu.

· Společná kontrola a hloubkové čištění:Linka kontroly kvality zavedla doplňkový systém „Optický obrazový měřicí přístroj + plně automatizovaný souřadnicový měřicí stroj (CMM)“. Optické zobrazování rychle skenuje rozteč pole s 10 000 otvory, zatímco CMM ověřuje kolmost hlubokých otvorů a umístění prostorových drážek; konečně doplněné vícestupňovým gradientním ultrazvukovým čištěním pro úplné odstranění zbytkových grafitových nečistot hluboko uvnitř mikroslepých otvorů, čímž se dosáhne čistoty polovodičové třídy.

6. Často kladené otázky (FAQ)

Obrázek 3 - Vysoce přesné CNC obráběcí centrum VeTek

Otázka: Jaký je minimální průměr otvoru a maximální tolerance pro obrábění mikrootvorů speciálních grafitových přípravků s vysokou hustotou?
A:VeTek disponuje schopnostmi mikroobrábění pro průměry otvorů pod 0,2 mm. Tolerance průměru otvorů mohou být stabilně řízeny v rozmezí ±0,003 mm a skutečná kulatost i polohové tolerance pro 1500 otvorů na jedné desce dosahují ±0,005 mm, což plně vyhovuje požadavkům na balení GTMS s vysokou hustotou.

Otázka: Proč musí hermetické slinovací přípravky GTMS přesně odpovídat CTE slitiny Kovar?
A:Pokud během cyklu slinování 800°C–1000°C není CTE upínače a kovových kolíků konzistentní, smykové napětí generované smršťováním při chlazení způsobí posunutí kolíku, prasknutí skleněného tělesa nebo selhání těsnění. Přesné přizpůsobení CTE zajišťuje synchronizovanou expanzi a kontrakci a zlepšuje hermetický výtěžek.

Otázka: Jak proces ultrazvukového čištění zajišťuje, že uvnitř hlubokých mikrootvorů nezůstává žádný zbytkový grafitový prach?
A:Používáme multifrekvenční gradientní ultrazvukový generační systém kombinovaný s deionizovanou vodou a speciálními čisticími prostředky. S využitím vysokofrekvenčních kavitačních efektů jsou jemné grafitové částice hluboko uvnitř mikrootvorů a slepých otvorů zcela odstraněny, následuje foukání vysoce čistého dusíku a vakuové sušení, aby se dosáhlo čisté zásilky na úrovni polovodičů.

7. Souhrnné služby a služby technické podpory

V oblasti hermetického balení pro polovodiče a mikroelektroniku přesnost obrábění na úrovni mikronů a termodynamická stabilita nosičů přímo určují výtěžnost balení a využití zařízení. Spoléháním se na nepřetržitou akumulaci vysoce čistých materiálů, přesné obrábění a výrobu kritických polovodičových součástek, VeTek úspěšně překonal průmyslovou výrobní bariéru 1 500 mikrootvorů hustě uspořádaných na 0,01㎡ deska, realizující vysoce spolehlivou sériovou dodávku speciálních grafitových přípravků s úrovní 10 000 děr.

Jako výrobní podnik zaměřený navývoj CVD SiC, povlaků TaC, pevných SiC a kritických polovodičových materiálů a součástekVeTek nepřetržitě poskytuje vysoce výkonná materiálová řešení pro výrobu polovodičů, růst krystalů a vysokoteplotní procesy.  VeTek zároveň poskytuje inženýrské služby v oblasti hermetického balení, vysokoteplotního slinování a přesného polohování, včetněvýběr vysoce čistého grafitového materiálu, přesné obrábění a přizpůsobená podpora výroby. 

Pokud hledáte vysoce přesné grafitové komponenty vhodné pro procesy hermetické těsnění GTMS/CTMS nebo požadujete sladění materiálu, strukturální optimalizaci a validaci vzorků, neváhejte kontaktovat inženýrský tým VeTek. Poskytneme vám jednorázovou technickou podporu od výběru materiálu až po přesnou výrobu.

Obrázek 4 - Panoramatický pohled na výzkumnou a vývojovou základnu speciálních materiálů VeTek a základnu přesné výroby