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气体漩涡式硅片夹持输送系统的设计

作　者: 程建伟
导　师: 邹俊
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 气体漩涡 悬浮 集成吸盘 PLC 自动挡杆
分类号: TH22
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着集成电子技术的不断发展,硅片直径不断增大,硅片厚度不断变薄,硅片表面的平整度、精度要求不断升高。随着450mm直径硅片的时代即将来临,其精度要求为纳米级,传统的硅片夹持方式容易损伤硅片,使硅片表面造成划痕等,逐渐不能满足新的要求。本文根据漩涡中心产生负压的原理,研究并设计漩涡吸盘,使硅片悬浮于空中,避免硅片表面受到损伤。相对其它夹持方式,这种夹持方式使硅片表面应力分布均匀,可最大限度地避免硅片表面受到伤害。由于漩涡的不稳定性,单个漩涡吸盘无法实现正常的夹持功能,通过集成吸盘的引入,实现了硅片的稳定夹持,并且这种集成吸盘非常适合大直径硅片的夹持,通过PLC编程实现了硅片的自动化夹持输送。主要工作如下：1、利用流体力学中的理论,对理想漩涡和吸盘产生的实际漩涡进行详细的理论分析,分析出各种可能影响硅片夹持功能的参数,结构参数包括吸盘气腔半径、气腔高度、进气小孔的形状大小及其离气腔上表面的位置等,外部参数包括进气气压和流量等,预测他们对硅片可能产生的影响。2、利用压力传感器测量出硅片表面的压力分布,利用电子称重传感器测量夹持力,对漩涡吸盘工作时各种参数对夹持力的影响进行分析,如夹持力随气腔半径、气腔高度、进口气压等的变化趋势等,选用最好的一组实验参数,测量硅片表面的压力分布情况。3、通过理论和实验分析,单漩涡吸盘不能消除扭矩,只能削弱其影响,为此设计了一些特殊结构的漩涡吸盘。4、在单漩涡吸盘大量的实验研究基础上,对单吸盘进行集成组合,消除了硅片扭转、翻转、震荡现象,但平移现象依然存在,因此设计了采用气动方式控制的自动挡杆机构,消除了平移现象,最终实现了稳定夹持。5、采用气动传输方式,通过PLC编程实现硅片的自动化夹持输送。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 半导体产业的发展与现状  10-13
    1.1.1 半导体产业发展历史  10-11
    1.1.2 半导体硅片的现代化应用  11-12
    1.1.3 半导体产业国内外发展现状  12-13
  1.2 硅片夹持装置的发展状况和趋势  13-17
    1.2.1 硅片夹持的种类  13-17
    1.2.2 漩涡夹持的优势及需要解决的问题  17
  1.3 课题研究的意义  17-18
  1.4 本文的主要研究内容  18-19
  1.5 本章小结  19-20
2 气体漩涡夹持器的理论研究  20-29
  2.1 流体力学理论概述  20-23
    2.1.1 漩涡运动理论  20-23
    2.1.2 流体的流动状态种类  23
  2.2 气体漩涡吸盘理论研究  23-28
    2.2.1 气体漩涡吸盘工作机理  24
    2.2.2 实际漩涡的理论分析  24-25
    2.2.3 理想情况下硅片的受力分析  25-27
    2.2.4 吸盘的结构对漩涡强度的影响  27-28
  2.3 本章小结  28-29
3 漩涡吸盘的实验研究及其结构的设计优化  29-45
  3.1 实验方案设计  29-31
  3.2 压力分布实验  31-33
  3.3 外部条件对吸盘夹持力的影响  33-36
    3.3.1 夹持力F与距离l的关系  33-35
    3.3.2 进气压强对夹持力F的影响  35-36
  3.4 吸盘结构尺寸对夹持力的影响  36-39
    3.4.1 气腔高度h对夹持力的影响  36-38
    3.4.2 内腔半径R对夹持力F的影响  38-39
    3.4.3 其它机构参数对夹持力F的影响  39
  3.5 优化后吸盘的实验研究  39-43
    3.5.1 夹持力F的测量分析  39-42
    3.5.2 压力分布情况分析  42-43
  3.6 削弱扭矩作用的特殊结构吸盘  43-44
  3.7 本章小结  44-45
4 集成吸盘的研究与设计  45-51
  4.1 集成吸盘夹持的可行性分析  45-47
  4.2 集成吸盘的实验研究  47-49
  4.3 本章小结  49-51
5 硅片输送系统的设计  51-63
  5.1 输送系统的组成部分  51-56
    5.1.1 气流传动模块  51-54
    5.1.2 PLC控制模块  54-55
    5.1.3 吸盘夹持模块  55
    5.1.4 其它设施  55-56
  5.2 硅片输送系统的设计  56-62
    5.2.1 输送系统实现的功能  56-57
    5.2.2 PLC程序设计  57-62
  5.3 本章小结  62-63
6 工作总结与展望  63-65
  6.1 工作总结  63
  6.2 展望  63-65
参考文献  65-68
作者简历  68

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 起重机械与运输机械 > 运输机械
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