Введение к работе
Актуальность темы. Современное развитие микроэлектроники связывают с изготовлением кристаллов больших площадей с минимальными топологическими размерами структур. Такое сочетание требует предельно высоких точностей и чистоты производства, усложнения технологических операций и средств защиты от привносимой дефектности, увеличения продолжительности обработки и пути прохождения п/п пластинами всего технологического маршрута до нескольких десятков км. Выполнение таких работ может быть решено только на основе комплексной автоматизации и механизации производства изделий электронной техники (ИЭТ) и внедрения новых прогрессивных технологий. В частности "безлюдных" технологий -типа гибких автоматизированных линий (ГАЛ), объединенных транспортной системой в единый комплекс из нескольких унифицированных технологических модулей для обработки пластин, с загрузкой, хранением и выгрузкой без участия оператора.
Важную роль в автоматизированном производстве ИЭТ играет транспортная система, поскольку межоперационные перемещения сопровождают пластины от начала и до конца технологического маршрута. Увеличение пути транспортирования пластин в межоперационном цикле повышает вероятность появления дефектов на них от возможных выбросов загрязняющих частиц (34) транспортирующими агрегатами ТС. Поэтому межоперационный транспорт микроэлектроники (МЭ) должен обладать не только надежностью в работе, но и обеспечивать отсутствие привносимой дефектности на пластинах в процессе их перемещения в ТС.
Транспортирующие агрегаты ТС МЭ должны обладать работоспособностью, в том числе в вакуумированных объемах, функциональной пригодностью, простотой конструкции и легкостью в обслуживании, низкую стоимость и возможность обеспечения гибкого маршрута. Таким качествам в большей мере отвечают пассиковые агрегаты (ПА) ТС МЭ.
Однако малая изученность ПА - этого нового вида транспортирующих устройств, отсутствие широких исследований и общей теории, отражающей ее специфические особенности, отсутствие технических норм для проектирования и эксплуатации ограничивает возможности создания современных ТС ГАЛ с такими агрегатами. Поэтому разработка и исследование конструкционных основ создания
и методов и совершенствования транспортных систем МЭ является актуальными.
Целью работы является исследование и разработка технических норм и методик для проектирования и эксплуатации пассиковых агрегатов транспортных систем микроэлектроники по производству ИЭТ при выполнении следующих задач исследования:
- разработать классификацию пассиков, изучить и уточнить
необходимые для проектирования и эксплуатации характеристики
наиболее перспективных пассиков - по механическим, упругим,
реологическим свойствам и интенсивности изнашивания;
исследовать закономерности взаимодействия ветвей пассикового агрегата с роликами и транспортируемыми объектами и установить влияние параметров взаимодействия на работоспособность деталей, эксплуатационные показатели ТС и интенсивность выделения 34 элементами пассиковых агрегатов;
исследовать механизмы генерации загрязняющих частиц в парах "пассик-ролик" и "пассик - транспортируемый объект" и составить зависимости для оценки интенсивности пылегенерации этими парами;
- обосновать технические нормы и составить методики для
проектирования и эксплуатации пассиковых агрегатов транспортных
систем ГАЛ микроэлектроники.
Методы исследования. В работе проведено комплексное теоретическое и экспериментальное исследование. Руководящим принят теоретический метод исследования, базирующийся на положениях фундаментальных наук по прочности, теории механизмов и деталей машин, по трению и изнашиванию твердых тел и проектированию механизмов.
Экспериментальная часть работы выполнена на оборудовании для определения стандартных свойств материалов, а также с применением электротензометрии и виброизмерительной техники, долговременных статических испытаний и сравнительных испытаний на износоустойчивость. Созданы оригинальные установки, стенды, приспособления и приборы. При численном анализе использована ЭВМ.
Научная новизна работы заключается в комплексе теоретических и экспериментальных исследований, отражающих специфические особенности межоперационных транспортных систем МЭ с пассиковыми агрегатами на базе которого:
- разработана классификация пассиков, обоснованы критерии и
методика выбора из наиболее перспективных рационального типа
пассика для конкретных ТС;
установлены закономерности деформаций и уточнены
эксплуатационные характеристики наиболее перспективных
комбинированных тяговых органов для пассиковых агрегатов;
уточнены закономерности взаимодействия элементов пассиковых агрегатов и установлено влияние параметров ПА на эксплуатационные показатели транспортных систем МЭ;
установлено, что из-за изгибной жесткости пассиков в местах сбегания их с роликов возникают реактивные силы, которые в сочетании с максимальной скоростью скольжения, образуя пары трения, генерируют загрязняющие частицы изнашивания, по интенсивности пылегенерации не только соизмеримые с выбросами загрязнений из других кинематических пар, но и превосходящие их в разы - этот важный факт для чистых производств не нашел освещения в общей теории механизмов с гибкими звеньями;
выявлено, что механизмы генерации загрязнений парами «пассик-ролик» и «пассик-транспортируемый объект» могут быть описаны на основе положений теории усталостного изнашивания твердых тел, что важно для составления необходимых зависимостей для оценки интенсивности пылегенерации пар трения еще на этапах проектирования;
- обоснованы технические нормы и разработаны методики для
проектирования и эксплуатации пассиковых агрегатов транспортных
систем ГАЛ микроэлектроники.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. В результате проведенных испытаний различных типов пассиков
установлены наиболее перспективные типы, для которых определены
необходимые для расчетной практики основные параметры - пределы
прочности аер, модули упругости Е, коэффициенты Пуассона д,
предварительные напряжения о0, реологические компоненты =#А ^пл = /(0 и ДР-
2. Систематизированы сведения по конструктивному исполнению,
свойствам и ассортименту наиболее перспективных отечественных
пассиков и пассиков иностранных фирм - производителей
(Швейцария, Германия, Словения, Япония и др.).
3. Разработки в виде инструкций, методических указаний и рекомендаций, технические нормы и методики для проектирования и эксплуатации, переданы конструкторам и эксплуатационникам для практического использования. Результат работы используется в учебном процессе при чтении разделов курсов «Детали машин» и «Методы и средства измерений, испытаний и контроля», в том числе и в лабораторных работах.
На защиту выносятся:
1. Результаты обобщений по систематизации и классификация
тяговых органов и исследование их свойств, применительно к условиям
эксплуатации пассиковых агрегатов транспортных систем
микроэлектроники.
2. Результаты исследований по взаимодействию ветвей пассиков с
роликами и транспортируемыми объектами и обобщений по влиянию
параметров взаимодействия на эксплуатационные показатели
транспортных систем МЭ.
3. Результаты исследования механизма генерации загрязнений
парами «пассик-ролик» и «пассик - транспортируемый объект»,
анализа и оценки влияния различных параметров ПА на интенсивность
пылегенерации этими парами.
4. Технические нормы и методики проектирования и эксплуатации
пассиковых агрегатов, обеспечивающих работоспособность и чистоту
транспортных систем микроэлектроники.
Достоверность результатов обусловлена не противоречием исходным положением фундаментальных наук в области прочности, теории механизмов и деталей машин, теории трения и изнашивания, подтверждаются проверками на адекватность по экспериментальным данным и сравнениям с известными решениями в литературе, в том числе допускают правильный предельный переход к известным из литературы более простым частным случаям.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на конференциях:
10-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2003» Москва 2003;
11-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2004» Москва 2004;
12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2005» Москва 2005;
V-я Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика - 2005» Москва 2005;
13-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2006» Москва 2006.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах в научно-технических журналах, сборниках научных трудов и тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Общий объем составляет 212 страниц, в том числе 173 страниц основного текста, 39 рисунков, 11 таблиц и списка литературы из 107 наименований, в том числе 15 на иностранном языке.
