На правах рукописи

Аккулов Руслан Иршатович

Исследование и разработка технических норм и

методик для проектирования и эксплуатации

пассиковых агрегатов межоперационных транспортных

систем микроэлектроники.

Специальность: 05.27.06 – Технология и оборудование для

производства полупроводников, материалов и приборов электронной

техники.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

Работа выполнена на кафедре «Техническая механика» в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Гребенкин В. З.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Сырчин В.К.

кандидат технических наук, Минкин М.Л.

Ведущее предприятие: ОАО «НИИТМ», г. Москва

Защита диссертации состоится « 25 » октября 2007 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д.212.134.03 в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: Москва, Зеленоград, МИЭТ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ (ТУ).

Отзыв на автореферат просьба отправлять по адресу: 124498, Москва, К-498, МИЭТ (ТУ).

Автореферат разослан « 01 » августа 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор А.А. Раскин

Общая характеристика работы

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 (ЗЧ) 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 ЗЧ 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 «пассикролик» 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 вр, модули упругости E, коэффициенты Пуассона, предварительные напряжения 0, реологические компоненты =f(t), пл = f (t ) 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 страниц, в том числе 173 страниц основного текста, 39 рисунков, таблиц и списка литературы из 107 наименований, в том числе 15 на иностранном языке.

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе рассматриваются перспективы межоперационных транспортных систем при производстве ИЭТ в свете решений проблем, стоящих перед микроэлектроникой по реализации изготовления больших размеров кристаллов с предельно малыми топологическими размерами структур при высоких уровнях выхода годных. В связи с этим проведен анализ наиболее употребительных межоперационных транспортирующих средств, которые бы соответствовали современным транспортным системам микроэлектроники.

В качестве критериев оценки применимости транспортирующих устройств, преимущественно для транспортных систем ГАЛ, названы следующие: высокая надежность в работе, в том числе в вакуумированных объемах; функциональная пригодность; простота конструкций, удобство отладки и обслуживания; малое число кинематических пар с исчезающее малой интенсивностью пылегенерации; низкая стоимость; легкость осуществления гибкого маршрута.

Рассмотрены наиболее перспективные транспортирующие устройства (ТУ) – автоматические тележки; монорельсовый транспорт;

туннельно-трековые системы; СМИФ - системы; манипуляторы, платформы на газодинамической подушке; электромагнитные подвесы;

упрогодеформируемые трубчатые механизмы, сверхлегкие ленточные конвейеры, пассиковые агрегаты (ПА); показаны достоинства и недостатки.

Наиболее отвечающим поставленным критериям оценки применимости в качестве ТУ для транспортных систем микроэлектроники (МЭ) являются пассиковые агрегаты, секции которых схематично показаны на рис.1 (где 1 и 2 ведущий и ведомый ролики; 3 – пассики; 4 – транспортируемый объект; 5 – натяжное устройство; 6 – транспортный тракт; dp – диаметры роликов; lc – длина секции; а – межосевое расстояние; h – расстояние между пассиками; Вр – ширина ролика). С помощью таких секций можно производить последовательное наращивание необходимой длины ТС ГАЛ.

Рис.1 Схема секций пассикового агрегата.

Пассиковые агрегаты – это новая модификация механизмов с гибкой связью, новый вид ТУ с гибкими звеньями, сочетающий в себе элементы сверхлегких канатных и ленточных конвейеров, кинематических ременных передач и пассиковых механизмов. Такие устройства можно найти в качестве подающих механизмов при загрузке-выгрузке пластин в зону обработки в технологических установках. Однако условия эксплуатации этих механизмов в спецоборудовании не накладывают таких жестких критериальных характеристик, которые необходимы для транспортных систем ГАЛ МЭ.

Поэтому при первых попытках использования пассиковых агрегатов в ТС ГАЛ выяснилось, что ПА показывают неудовлетворительные эксплуатационные характеристики. Чтобы выяснить причины неудовлетворительных эксплуатационных показателей ТС ГАЛ с пассиковыми агрегатами в главе была проанализирована одна из конструкций ТС ГАЛ «Основа».

ГАЛ, схематично показанная на рис. 2, может состоять из унифицированных технологических модулей 1, объединенных транспортной системой 2 в единый комплекс для обработки п/п пластин по заданной программе. Транспортная система содержит модули загрузки-выгрузки 3, распределительные камеры 4, модули шлюзования 5, пассиковые секции 6, тупиково-накопительные модули 7. Один из узлов транспортной системы ГАЛ «Основа» приведен на рис. 3, в который включены технологический модуль I со шлюзом, распределительной камерой II, загрузочно-разгрузочный модуль III и транспортный модуль IV. Пассиковые секции, в соответствующих модулях различаются конструктивно, имеют реверсивные индивидуальные приводы.

Рис.2 Схема гибкой автоматизированной линии.

Анализ и натурные испытания рассмотренного макета транспортной системы позволили выявить, что основными элементами, определяющими функционирование ГАЛ и интенсивность пылегенерации, являются пассиковые агрегаты и что причиной этого является малая их изученность, отсутствие технических норм и методик для проектирования и эксплуатации.

Рис. 3 Узел транспортной системы ГАЛ «Основа»: l c - длина секции, a т, a з / в, a p - межосевые расстояния, s – зазор между секциями.

Поскольку пассиковые агрегаты представляют собой новую модификацию механизмов с гибкими звеньями, сочетающие элементы передаточных механизмов и конвейерных устройств, то в работе проведен анализ литературных источников по этим механизмам с целью отыскания апробированных практикой технических норм и методик для использования с соответствующими коррективами в практике проектирования пассиковых агрегатов.

Дан краткий анализ исследований Л. Эйлера, С. Понесле, Г. Гамеля и др. Отмечено, что большой вклад в развитие теории передач с гибкой связью внесли отечественные ученые В.А. Добровольский, М.В.

Цепляев, Б.Н. Беляев, В.А. Светлицкий и др.; по протяженным системам с гибким тяговым органом – П.С. Козьмин, О.А.

Спиваковский, С.А. Понкратов и др; по пассиковым механизмам Е.А.

Лариков, Т.И. Вялявская, Ф.Л. Литвин и др.; по транспортирующим устройствам МЭ – И.Г. Блинов, Г.В. Назаров; по межоперационным ТС АПЛ – В.З. Гребенкин, В.М. Редин, В.В. Громов, Е.А. Сахаров, А.В.

Цейгалов и др.

Отмечено, что теория механизмов с гибкой связью за почти трехвековой период обогатилась большим числом исследований, однако прямое приложение установившихся положений и норм этой теории без учета специфики работы модификаций механизмов, в частности ПА ТС МЭ, характеризуется созданием неудачных конструктивных решений с неудовлетворительными эксплуатационными показателями. Заканчивая краткий обзор по теме исследования сделано очевидное заключение о необходимости исследований специфических особенностей пассиковых агрегатов ТС МЭ с целью выработки технических норм и методик для их проектирования, обеспечивающих надежную работу и минимальную привносимую дефектность.

В результате изучения состояния вопроса по теме исследования сформулированы цель и основные задачи исследования, приведенные выше.

Вторая глава посвящена исследованию свойств тяговых органов пассиковых агрегатов. Тяговый орган (пассик) является одним из основных элементов ПА, который определяет эксплуатационные показатели транспортной системы в целом. Поэтому выбор рационального типа пассика является ответственным моментом при проектировании и эксплуатации ТС.

Отмечено, что в настоящее время имеется достаточное число различных типов пассиков, однако отсутствуют их систематизация и классификация, необходимые критерии для их выбора.

Составленная в работе классификация пассиков, охватывает большинство наиболее перспективных конструкций как отечественного, так и иностранного производства. Показано, что при помощи составленной классификации выбор необходимого типа пассика упрощается, например для пассиковых агрегатов ТС АГЛ могут быть рекомендованы плоские комбинированные пассики симметричной конструкции (рис.4).

Рис.4 Конструкция комбинированного пассика: 1 – корд; 2 – промежуточные прокладки; 3 – наружные эластомерные обкладки.

Отмечено, что сведений о механических свойствах элементов пассиков, упругих постоянных, реологических свойств и данных по сравнительной интенсивности пылегенерации в проспектах производителей не приводятся, в связи с чем были поставлены эксперименты по определению упомянутых показателей для перспективных пассиков.

При проведении экспериментальных исследований использовались как стандартное испытательное оборудование (типа разрывных машин, прессов, электро и вибростенды и т.п.) так и специально изготовленные стенды, установки, приспособления, измерительные приборы и т.п.

перспективных пассиков при различных условиях нагружения (в статическом и динамическом режимах), при разных видах деформаций (растяжения, изгиба, кручения), в том числе и для составных частей комбинированных пассиков. В результате таких экспериментов получены необходимые для расчетов данные по механическим свойствам и упругим постоянным наиболее перспективных пассиков, в том числе фирмы Habasit (Швейцария) и ряда других фирм (Extremultus, Nitta и др.).

Особый интерес для конструкторов и эксплуатационников представляют вязко-упругие свойства пассиков, так как на конструктивные элементы ПА в значительной степени влияют закономерности изменения во времени предварительного напряжения 0, т.е 0=f(t), (например, это важно в ПА без натяжных устройств) и нарастание деформаций во времени, т.е =f(t), (например, в ПА с натяжными устройствами).

Обработка результатов экспериментов по релаксации (0=f(t)) показала на существенную зависимость предварительного напряжения 0 от начальных условий нагружения – скорости нагружения, тренировки образцов, величины 0 и др. факторов и что закономерность падения 0 во времени в первом приближении может быть описан зависимостью типа где А и В – коэффициенты, зависящие от начальных условий комбинированных пассиков Суплекс фирмы Habasit величины этих коэффициентов составила А=(5,8–8,8) МПа и В=(0,25–0,46) МПа. На производственников по контролю предварительного напряжения в ПА при эксплуатации.

Исследования зависимостей нарастания деформаций при постоянном предварительном напряжении проводилось на образцах комбинированных пассиков: на специальной установке с записью диаграмм пл=f(t) при статическом нагружении, на лабораторном стенде для испытаний ременных передач при подвижных пассиках с рабочими нагрузками; с помощью статического растяжения грузами на долговременные испытания (этот эксперимент длился более десяти лет).

Кратковременные статические нагрузки – разгрузки с записью диаграмм пл=f(t) образцов показали, что комбинированные пассики, выполненные из синтетических материалов, являются вязко-упругими телами. Обработка таких диаграмм позволила установить закономерности нарастания деформаций во времени – графические зависимости таких закономерностей приведены в диссертации.

При длительных статических испытаниях образцов на растяжение выяснилась, что для комбинированных пассиков в начале (довольно продолжительного времени, примерно до 4000 часов для Суплекс фирмы Habasit) идет нарастание деформаций до определенной величины, определяемой преимущественно предварительным напряжением 0, а затем деформации прекращаются. Эти испытания продолжались более десяти лет, и вести изучение закономерностей изменения деформаций дольше не сочли целесообразным.

Графические закономерности изменения деформаций при долговременных испытаний образцов на статическое растяжение показано на рис.5; на этом же рисунке показано не только изменение пластических деформаций пл (кривая 4) во времени, но и показаны полные относительные удлинения =f(0,t). В результате анализа и обобщений предложены рекомендации, инструкции и необходимые зависимости.

При использовании в ТС МЭ пассиков износостойкость их фрикционных обкладок следует рассматривать, как одну из главных характеристик применимости тяговых органов в чистых технологических объемах, поскольку генерация загрязнений при изнашивании элементов конструкций связана с привносимой дефектностью и выходом годных. С целью выбора рационального типа гибкой связи для ПА ТС МЭ по критерию минимальной пылегенерации были проведены испытания на специально изготовленной фрикционной установке, по сравнительной оценке интенсивности генерации загрязнений фрикционными обкладками наиболее перспективных комбинированных пассиков.

Рис. 5 Изменение деформаций во времени для ленты Суплекс при Установка с исследуемым образцом помещалась в пылезащитную камеру, в которой проводились измерения частиц изнашивания с помощью счетчика анализатора А3-2М; в начале каждого измерения определялась исходная запыленность воздуха самой камеры, затем снимались пробы выделений частиц изнашивания в местах контакта истирающего ролика установки с истираемой поверхностью обкладки испытуемого образца. Измерения проводились для всех размеров частиц анализатора.

Анализ полученных результатов показывает, что наименьшей относительной интенсивностью генерации частиц износа могут быть названы комбинированные пассики: из иностранного производства Суплекс фирмы Habasit (Швейцария), а из отечественных – ремни «ИСКОЖ». Приемлемой для ПА ТС МЭ относительной интенсивностью обладают также комбинированные симметричного сечения с синтетическими эластомерными обкладками пассики фирм Extremultus (Германия, Словения), и Nitta (Япония).

Исследование взаимодействия элементов пассикового агрегата рассмотрено в главе третьей. За основу исследования принято изучение напряжений деформированного состояния ветвей пассиков, причем рассматриваются пассики плоские, как наиболее перспективные в качестве тяговых органов ПА ТС МЭ.

Составлена расчетная схема (рис. 6) с различными случаями взаимодействия ТО с пассиками с указанием основных размеров контактирования в зависимости от формы опорной поверхности (днища) ТО и числа пассиков в секции. Для этой схемы составлено дифференциальное уравнение движения ветвей для случая стационарного режима в следующем виде:

где приняты обозначения: y – поперечные перемещения ветвей при движении; x – координата направленная вдоль ветвей; F – натяжение пассика; m0 и v погонная масса и скорость движения пассика; Dи цилиндрическая жесткость пассика; Eи и – модуль упругости при изгибе и коэффициент Пуассона; q(x,t) – внешняя нагрузка, действующая на ветви секции.

Внешняя нагрузка q представлена в виде суммы от веса ТО, распределенной по длине линии контакта с пассиками и от собственного (погонного) веса ветвей q0:

Внешняя нагрузка от веса ТО, в общем случае неравномерно распределенная по длине линии контакта (рис.6), заменена на равномерно распределенную (как это обычно принято) интенсивностью q то со средним значением равным где Мто – масса транспортируемого объекта, g – гравитационная постоянная, nп – число пассиков в секции; U(x-b) – единичная функция наделенная следующими свойствами:

что позволяет значительно упрощать как общие зависимости, так и формулы для основных параметров взаимодействия, значительно облегчающие практические расчеты при проектировании ПА;

- уравнение (3.8) может быть использовано для разных случаев нагрузки на ветвях ПА, а также и для других механизмов с гибкими звеньями, например если принять b1=0, b2=l, =l, то уравнение (3.8) приводится к известному решению для стационарного движения ленточного конвейера, транспортирующего одной широкой лентой насыпной груз интенсивностью qто;

- если в уравнении (3.8) принять v=0, b1=0, b2=l, =l, r (что означает отсутствие надопорных моментов), то можно получить уравнение прогибов неподвижной шарнирно-опертой балки с равномерно распределенной нагрузкой на ветви, которое хорошо исследовано в литературе. Совпадение частных решений уравнения (3.8) с известными в литературе решениями свидетельствуют о том, что полученное уравнение (3.8) является более общим и косвенно подтверждает правильность полученных результатов.

Глава четвертая посвящена исследованию внесения загрязнений в транспортируемый тракт межоперационной транспортной системы МЭ со стороны кинематических пар пассикового агрегата. Показано, что ТС, сопровождающая п/п пластину по всему технологическому маршруту, должна обеспечивать не только функциональное назначение по транспортированию пластин, но и необходимую чистоту, чтобы привносимая дефектность при ее перемещениях в ТС была исключена, или исчезающее малой.

Поскольку в диссертации рассматриваются преимущественно ТС, исключающие человеческий фактор (производство ИЭТ по «безлюдной» технологии), то исследования были направлены на выявление источников пылегенерации в механизмах для перемещений п/п пластин. С этих позиций было показано, что в ПА такими источниками являются пары «пассик-ролик» и «пассиктранспортируемый объект».

Показано, что механизм образования загрязняющих частиц в кинематических парах может быть описан на основе положений теории трения и изнашивания твердых шероховатых тел, и в частности, положений механизмов усталостного разрушения трущихся поверхностей тел. Поэтому при рассмотрении механизма образования генерации загрязнений в парах ПА были использованы современные представления о трении и изнашивании твердых тел, разработанных отечественными учеными Н.Б. Демкиным, И.В. Крагельским, Е.Ф.

Непомнящим, Г.М. Харач и др.

Предполагалось, что интенсивность генерации загрязнений парой трения пропорциональна интенсивности изнашивания. Для расчета интенсивности пылегенерации за основу приняты известные зависимости усталостной теории изнишивания, связывающие параметры трущихся поверхностей пары со скоростью скольжения и нагрузкой, преимущественно для условий упругого контакта; для сравнительной оценки рассматривался также и пластический контакт.

Применительно к параметрам ПА составлены зависимости для интенсивности генерации загрязнений парами «пассик-ролик» и «пассик-транспортируемый объект» для случаев установки плоских пассиков и пассиков круглого сечения. Приведем здесь только зависимости для интенсивности пылегенерации указанных пар, полученные для случаев упругого контакта при установке в ПА плоских пассиков; зависимости для других случаев можно найти в диссертации и наших публикациях [1, 10-12].

Зависимость для интенсивности выбросов загрязнений парой «пассик-ролик» получена в следующем виде:

и для пары «плоский пассик-транспортируемый объект» при операции съема ТО с пассиков где nr и [nr ] - соответственно расчетное значение интенсивности пылегенерации для рассматриваемой пары трения и допустимое ее значение для данного вида производства ИЭТ; v – скорость движения пассиков; F0 -предварительное натяжение пассиков; d и fк - внутренний диаметр и условный коэффициент трения подшипников качения; А площадь поперечного сечения пассика; Ер - модуль упругости пассика при растяжении; kV - коэффициент формы частицы изнашивания, kV = (1 / 4) ; dr – характерный размер частицы изнашивания; Rрасч расчетный радиус кривизны пассика на роликах; y - предел фрикционной выносливости истираемого материала (в основном пассика); t– показатель степени кривой усталости;, E - коэффициенты Пуассона и модули упругости поверхности истираемого тела; f – коэффициент трения в паре трения; Rр - радиус ролика; Dи – изгибная жесткость пассика; k - сумма главных кривизн контактирующих тел в зоне контакта; ш – параметр шероховатости истирающего тела; rк радиус закругления опорной поверхности транспортируемого объекта, контактирующей с пассиком; bп – ширина плоского пассика; Mg – вес ТО; – угол между главными кривизнами контактирующих тел, при перемещении ТО с опорной поверхностью круглой формы 45o, а с прямоугольной формой - = 90o ; Rmax - максимальная высота или расчетом, эти данные имеются также в приложении 5 диссертации.

Практическая ценность полученных зависимостей заключается в том, что еще на этапах проектирования можно судить о пригодности или непригодности выбранных параметров, материалов, шероховатости поверхности и др. параметров для использования ПА в ТС для производства ИЭТ в условиях заданного класса чистоты. С другой стороны, такие зависимости позволяют обоснованно подобрать материалы, их свойства, структуру сечений и т.п., обеспечивающие заданный режим чистоты.

Отмечается, что если пренебречь изгибной жесткостью пассика, что и рекомендовано в теории механизмов с гибкой связью, то второй слагаемы член в квадратных скобках уравнения (4.1) обращается в ноль. Вместе с тем, как показывают исследования, что применимо к ПА ТС, величина этого члена не только соизмерима с первым слагаемым в квадратных скобках уравнения (4.1), но может превосходить его в разы, и следовательно в значительной степени оказывать влияние на интенсивность пылегенерации – этот важный факт для чистых производств остался за пределами внимания исследователей, занимающихся общей теорией передач с гибкой связью.

Выше отмечалось, что исследовалось также интенсивность пылегенерации в парах «пассик-ролик» при установке в ПА пассиков круглого сечения, а также при пластическом контакте и при установке в ПА металлических пассиков. Приведем краткое обобщение по результатам таких исследований:

- интенсивность генерации загрязняющих частиц плоскими пассиками примерно в 2 раза меньше, чем пассиками круглого сечения при прочих равных условиях;

- при появлении пластического контакта в парах «пассик-ролик»

интенсивность пылегенерации существенно возрастает по сравнению с упругим контактом, что можно расценивать как свидетельство о нежелательности пластического контакта в кинематических парах ПА ТС МЭ;

- интенсивность пылегенерации металлическими роликами мала по сравнению с загрязнениями от эластомерных обкладок комбинированных пассиков и одинакового порядка эта интенсивность при металлических роликах и металлических пассиках, однако общий выброс загрязнений значительно меньше при сочетании металлического ролика с эластомерной поверхностью пассика.

Анализ, полученных зависимостей для интенсивности пылегенерации, а также отдельных составляющих этих зависимостей, позволил выявить параметры, наибольшим образом влияющие на пылегенерацию:

- предварительное натяжение F0 (для пар «пассик-ролик»);

- радиус закругления rк днища транспортируемого объекта (для пар «пассик-транспортируемый объект»);

- коэффициент трения f в парах «пассик-ролик» и «пассик-ТО»;

- параметры рабочих поверхностей пассика: предел выносливости y и показатель степени кривой усталости t;

- параметр шероховатости ш.

Установлено, что наибольшее влияние на интенсивность пылегенерации из перечисленных значимых параметров оказывают параметры фрикционной выносливости y и t.

Для более тщательного анализа этих параметров на интенсивность пылегенерации был проведен анализ с использованием компьютерных моделей. Результаты такого анализа дали возможность оценить предельные значения исследуемых значимых параметров, на которые следует ориентироваться при разработке новых конструкций пассиков и при выборе уже существующих типов.

Показано также, что для наиболее употребительных материалов и условий работы (за исключением глубокого вакуума, который в данной работе не рассматривался), коэффициент трения f может быть отнесен к малозначащим параметрам при оценке интенсивности пылегенерации.

Пятая глава посвящена обоснованию технических норм и разработке методик проектирования и эксплуатации пассиковых агрегатов. Отмечено, что под технической нормой понимается установленная мера для конкретного параметра, необходимая, для рационального проектирования и эксплуатации, обеспечивающая работоспособность и функциональную пригодность конструктивного элемента (детали, узла, изделия и т.п.) по данному параметру.

Показано, что технические нормы вырабатываются на основе опыта эксплуатации аналогичных конструкций в сходных условиях и режимах работы, а также в результате специальных теоретических и экспериментальных исследований и что для ТС МЭ с пассиковыми агрегатами такие материалы отсутствуют.

Для наиболее перспективных схем секций ПА выявлены параметры, определяющие работоспособность и эксплуатационные показатели ТС МЭ, для которых необходимы технические нормы при проектировании и эксплуатации. К таким параметрам относятся (рис. 1-7): длина секции lс; межосевое расстояние а; скорость движения пассиков v; диаметры роликов dp; допустимая величина прогиба посередине несущей ветви ПА [y]; минимальное предварительное натяжение пассиков F0min;

ширина секции BC; расстояние между параллельными пассиками h; ход натяжного устройства hн; нормы предварительной вытяжки пассиков (время и нагрузка) и др.

На основании анализа существующих конструкций механизмов с гибкими связями, с учетом специфических (конструктивных и эксплуатационных) особенностей ПА и на базе собственных исследований диссертанта обоснованы технические нормы на указанные параметры и их соотношения, которые позволяют создавать современные конструкции ПА для ТС МЭ. Укажем некоторые нормы, полученные в работе.

1. Межосевое расстояние (рис.3):

для транспортирующей секции для секции загрузки/выгрузки, для распределительной камеры 2. Допустимая величина прогиба несущей ветви по середине пролета а, обеспечивающая необходимое минимальное натяжение пассиков в ПА равна 3. Минимальное предварительное натяжение F0min пассиков может быть найдено по следующему условию 4. Ширина секции Bc, ширина одиночной ленты bл и пассиков bп, расстояние между двумя параллельными пассиками h, размеры (Dоп, Lоп) и формы опорной поверхности днища ТО, длина линии контакта днища ТО с пассиками (, Lоп) взаимосвязаны и могут быть определены по следующим зависимостям:

5. Ход натяжного устройства hн может быть определен по следующим соотношениям:

для пассиков без предварительной вытяжки для пассиков выдержанных перед установкой их в ПА под нагрузкой в 1,5-2 раза выше номинальной в течении 3-х суток и более 6. Размер выбранного диаметра ролика dp по нормам, приведенным в П.5, должен обеспечивать плавность перехода перемещаемого ТО с одной секции на другую. Для этого должно выполняться следующее условие где Lто – длина днища ТО, опирающая на несущие ветви секций, hн – ход натяжного устройства; s - гарантированный зазор между роликами секций подающей и принимающей транспортируемый объект, обычно принимают s=2-5мм; 0,45 – эмпирический коэффициент, учитывающий «плавность» движения ТО при переходе с одной секции на другую.

Выбор типа пассика и его параметров:, bп, 0, F0, d min, q 0, f, y, t параметры кривой опорной поверхности:

определение реакций в местах набегания и сбегания определение осевого давления на опоры ролика определение угла наклона равнодействующей Рис. 7. Блок-схема расчета пассикового агрегата.

В диссертации приводятся также технические нормы и рекомендации и на другие параметры ПА, необходимые в процессе проектирования и эксплуатации. Разработанные технические нормы и рекомендации позволили составить ряд методик и инструкций на проектирование и эксплуатацию ПА ТС МЭ, которые проиллюстрированы подробными числовыми примерами.

Составлены следующие методики: методика (основная) проектирования пассикового агрегата; методики особенности проектирования пассиковых секций для загрузки и выгрузки транспортируемых объектов, включающие инструкции и т.п материалы по хранению пассиков, монтажу, предварительной вытяжке перед установкой в ПА, установку и контроль натяжения пассиков в процессе эксплуатации ПА. Одна из методик проектного расчета ПА приведена в виде блок-схемы на рис.7.

Основные результаты и выводы работы.

транспортирующих агрегатов транспортных систем МЭ, показаны достоинства и недостатки и даны оценки по их применимости в ТС МЭ. Установлено, что применительно к ТС МЭ, особенно ТС ГАЛ, при реализации горизонтальных, и с небольшими (до 10°-12°) уклонами, маршрутах обработки п/п пластин наиболее перспективными ТА являются пассиковые агрегаты. Показано, что ПА являются новой модификацией механизмов с гибкими звеньями, новым видом транспортирующих устройств, отличающихся от известных механизмов с гибкими звеньями конструктивными, кинематическими, силовыми, нагрузочными параметрами и эксплуатационными условиями и эта специфичность требует глубоких исследований и уточнений основных положений общей теории механизмов с гибкими звеньями.

2. Показано, что созданные макеты ТС ГАЛ с пассиковыми агрегатами при натурных испытаниях показали неудовлетворительные характеристики по работоспособности и интенсивности пылегенерации. Анализ конструктивных решений таких ТС ГАЛ, использованных материалов для деталей, соотношений основных параметров и т.д. показал, что основными причинами неудачных моделей ТС ГАЛ явились малая изученность ТС с ПА, отсутствие научно обоснованных технических норм и методик для проектирования и эксплуатации транспортных систем с пассиковыми агрегатами.

3. Разработана классификация пассиков, в основу которой положен конструктивный признак, как наиболее информативный по нагрузочной способности и эксплуатационным показателям.

Предложенная классификация значительно упрощает выбор необходимого типа пассика для ПА ТС. Показано, что для ПА ТС рациональной конструкцией является пассик комбинированный плоский с симметричной структурой сечения. Установлено, что наиболее перспективными для ПА ТС является комбинированные пассики: отечественного производства – ИСКОЖ, иностранного – фирмы Habasit (Швейцария), тип Суплекс, а также фирмы Extremultus (Германия, Словения), тип GG и фирмы Nitta (Япония), Polybelt с двухсторонними обкладками из синтетических эластомеров.

4. Установлены для наиболее употребительных пассиков технические нормы на пределы прочности, относительные удлинения при разрыве, модули упругости, коэффициенты Пуассона; установлены закономерности деформаций ползучести =f(t) и релаксации напряжений =f(t), эти закономерности необходимы для обоснованного выбора рационального напряжения пассиков и параметров натяжных устройств ПА ТС.

5. Разработаны средства и методика для сравнительных испытаний по пылегенерации для наиболее перспективных пассиков ПА ТС. Установлено, что наименьшую интенсивность генерации частиц изнашивания имеют плоские комбинированные пассики: из отечественных – ИСКОЖ, из иностранных – Суплекс S (Швейцария).

Удовлетворительную износостойкость показали, также пассики фирм Extremultus и Nitta.

6. Уточнены закономерности взаимодействия пассиков с роликами и транспортируемыми объектами, при этом задача решена с учетом изгибной жесткости тягового органа. Наиболее важным для проектирования ПА ТС МЭ результатом работы является то, что в местах сбегания пассиков с роликов, из-за изгибной жесткости тягового органа, появляются реактивные силы, которые в сочетании с максимальной скоростью связи по ободу ролика образуют опасные пары трения, генерирующие загрязняющие частицы изнашивания;

причем загрязнения из этих пар не только соизмеримы с выбросами загрязнений из других источников, но и могут превосходить их в разы.

Этот весьма важный факт для чистых производств не нашел отражения в общей теории механизмов с гибкими связями.

7. Установлены наиболее опасные подвижные соединения ПА для выбросов загрязнений – пары трения «пассик-ролик» и «пассик-днище транспортируемого объекта». Выявлено, что механизмы генерации загрязнений этими парами могут быть описаны на основе положений теории усталостного изнашивания твердых шероховатых тел, что позволило составить зависимости для аналитической оценки интенсивности выбросов загрязнений указанными подвижными соединениями. Показано, что эти зависимости позволяют оценить целесообразность выбранных параметров ПА по критериям привносимой дефектности для эксплуатации их в транспортных системах МЭ.

8. Обоснованны технические нормы на основные параметры ПА и составлены методики для проектирования и эксплуатации пассиковых агрегатов транспортных систем ГАЛ микроэлектроники.

Разработанные технические нормы, методики и другие материалы диссертационного исследования позволяют создавать межоперационные транспортные системы для производства ИЭТ на уровне лучших мировых достижений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гребенкин В.З., Андренюк В.А., Аккулов Р.И., Кобзев С.П.

Расчет интенсивности выброса загрязнений элементами пассиковых транспортирующих устройств для производства изделий электронной техники// Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – М.: ФГУП «ВИМИ». 2002. №4. С. 9-16.

2. Гребенкин В.З., Андренюк В.А., Аккулов Р.И., Кобзев С.П.

Расчет интенсивности выброса загрязнений элементами транспортирующих устройств с колесным носителем на пространственной трассе при производстве изделий электронной техники// Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – М.: ФГУП «ВИМИ». 2003. №1. С. 7-14.

3. Аккулов Р.И., Кобзев С.П. Долговременные испытания комбинированных лент на ползучесть// Микроэлектроника и информатика – 2003. Десятая всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. – М.: МИЭТ, 2003. С. 313.

4. Гребенкин В.З., Аккулов Р.И., Кобзев С.П. Выбор параметров натяжного устройства в секциях пассикового конвейера гибких автоматизированных линий микроэлектроники// Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – М.: ФГУП «ВИМИ». 2003.

№4. С. 21-27.

5. Аккулов Р.И. Экспериментальные исследования вязкоупругих свойств комбинированных пассиков// Микроэлектроника и информатика – 2004. 11-я Всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. – М.: МИЭТ, 2004. С. 327.

6. Аккулов Р.И., Гребенкин В.З. Дифференциальные уравнения движения элементов пассиковых агрегатов микроэлектроники// Микроэлектроника и информатика – 2005. 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. – М.: МИЭТ, 2005. С. 339.

7. Аккулов Р.И., Гребенкин В.З. Испытание фрикционных обкладок комбинированных лент на интенсивность генерации загрязняющих частиц// Электроника и информатика – 2005. V Международная научно-техническая конференция: Материалы конференций. Часть 1.М.: МИЭТ, 2005. С. 213-214.

8. Гребенкин В.З., Аккулов Р.И. Выбор рационального типа гибкой связи для транспортирующих пассиковых агрегатов микроэлектроники// Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – М.: ФГУП «ВИМИ». 2005. №4. С. 28-32.

9. Аккулов Р.И., Гребенкин В.З. Определение параметров пассикового агрегата ГАЛ микроэлектроники в условиях стационарного режима движения// Микроэлектроника и информатика – 2006. 13-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. – М.: МИЭТ, 2006. С. 333.

10. Аккулов Р.И. Анализ влияния различных факторов на интенсивность выбросов загрязняющих частиц подвижными соединениями пассиковых агрегатов транспортных систем ГАЛ// Методы и средства экологического мониторинга производств электронной техники: Сборник научных трудов / Под ред. В.И.

Каракеяна. -М.: МИЭТ, 2006. С.3-10.

11. Гребенкин В.З., Аккулов Р.И. Сравнительные испытания на износоустойчивость комбинированных лент применительно к условиям эксплуатации пассиковых агрегатов для производства изделий электронной техники // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – М.: ФГУП «ВИМИ». 2007. №1. С. 21-25.

12. Гребенкин В.З., Аккулов Р.И. Аналитическая оценка интенсивности генерации загрязняющих частиц при установке и съеме транспортируемых объектов в пассиковом агрегате производства изделий электронной техники// Оборонный комплекс – научнотехническому прогрессу России. – М.: ФГУП «ВИМИ». 2007. №3. С.

21-27.