Batch fabricated SiC micro milling tools for precision machining of copper-based materials
Synthesis and Properties of Functional Materials
Microsystems
Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Vorhabens wurde eine Prozesskette zur Batchfertigung von mehr als 4.000 Mikrofräsern aus SiC entwickelt. Zur Validierung dieser Methode wurden die hergestellten Fräser zur Bearbeitung von reinem Kupfer eingesetzt. Die zentralen Erkenntnisse sind im Folgenden zusammengefasst: Durch das reaktive Ionentiefenätzen von SiC-Wafern war die Herstellung von Fräserstrukturen mit hoher Genauigkeit (Kantenrundungen von 5 µm) möglich. Aufgrund des anisotropen Materialabtrags beim Ätzen war die Herstellung von Mikrofräsern mit gedrallten Hauptschneiden und positiven Nebenfreiwinkeln nicht möglich. Somit resultierten beim Einsatz eine ungünstige Späneabfuhr sowie eine hohe Reibung an der Stirnseite. Dies reduzierte die Standzeit der Werkzeuge. - Die herstellbaren Fräser wiesen aufgrund der Selektivität der Nickel-Ätzmaske beim Ätzen von Siliciumcarbid und der erzielten Ätzraten im DRIE-Prozess eine maximale Gesamthöhe von ca. 150 µm auf. Als die wichtigsten Einflussgrößen für den Trockenätzprozess wurden der Druck, die Ätzzeit und die ICP- und RF-Leistungen identifiziert. Mit Hilfe eines statistischen Modells konnten Vorhersagen hinsichtlich Strukturhöhe, -qualität und Ätzrate getroffen werden. - Während der Prozessschritte Trennen und Fügen entstanden geometrische Fehler. Um diese zu beheben, wurde zum einen eine Trennschleifstrategie entwickelt. Zum anderen wurden die Werkzeugschäfte mit Justiermarken versehen und mit Hilfe einer Flip-Chip-Bonding Anlage gefügt. Damit war es möglich, die Positionierung des SiC-Mikrofräsers auf der Schaftoberfläche mit einer Genauigkeit von < 1 µm durchzuführen. - Mit den optimierten Fräsern konnten Vorschubwege von über lf = 1,3 m bei der Fräsbearbeitung von Kupfer erreicht werden. Die Materialtrennung war bei Drehzahlen von n = 30.000 1/min duktil. Über diese Drehzahl hinaus wurde eine spröde Materialtrennung identifiziert.
Publications
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High surface quality of sintered silicon carbide by chemical mechanical polishing, 15th Euspen Int. Conf., S. 41-42 Leuven, 2015
Asadi, E.; Rissing, L.
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Neuartige Herangehensweise für eine Batchproduktion keramischer Mikrofräswerkzeuge, Diamond Business 3/2015, S. 12-17, 2015
Rissing, L.; Denkena, B.; Wurz, M. C.; Grove, T.; Asadi, E.; Bouabid, A.
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Manufacturing of micro end mills by batch processing of silicon carbide, 16th Euspen Int. Conf., Nottingham, S. 327-328, 2016
Denkena, B.; Wurz, M. C.; Grove, T.; Bouabid, A.; Asadi, E.
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Massenfertigung für Mikrozerspanwerkzeuge, phi – Produktionstechnik Hannover informiert, Hannover, Newsletter Nr. 11, Juni 2016
Asadi, E.
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Mass production for micro end mills, 17th Euspen Int. Conf., S. 245-246, Hannover, 2017
Denkena, B.; Wurz, M. C.; Grove, T.; Bouabid, A.; Asadi, E.
