气动旋回流驱动非接触气爪搬运系统【文献综述】

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1、毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化气动旋回流驱动非接触气爪搬运系统1　引言1.1　半导体制造业21世纪是信息时代，随着信息产业的发展，作为信息时代的关键性基础产业一一半导体制造业，成为当前的热点产业，对人类的工作和生活有着重要的影响。由于半导体制造业是技术复杂、资金密集、收益高的高技术产业，在市场需求快速变化和全球竞争加剧的情况下，如何对半导体制造系统进行控制优化，有效降低半导体制造的成本，提高制造设备总体利用率成为亚待解决的问题。而了解半导体制造的工艺流程，分析半导体制造系统控制的需求，是半导体制造系统控制研究的基础

2、和前提，对提高控制优化的有效性和可行性等具有重要作用[4]。1.2　半导体制造业的非接触搬运要求7半导体器件支撑着庞大的信息产业，而半导体器件93%以上是硅器件，它们以硅片为基础材料。由于半导体晶片易磨损、易污染、翘曲变形等，对搬运条件要求较高。硅片夹持装置的性能要求由硅片夹持运输过程的特点以及硅片本身的特点决定。硅片在生产制造过程中要经过几百道加工工序，需要进行许多次夹持过程，这就要求夹持装置的可靠性和安全性要高;且硅片为贵重工件，夹持装置对硅片的损伤越小，越可以提高硅片利用率，减小利益损失，所以硅片夹持装置对硅片的损伤

3、要尽可能小，保证硅片洁净，表面平整光亮呈镜面，无麻坑、橘皮状、波纹、划痕、雾状等缺陷[1]。硅片的大直径化发展趋势，使得硅片更易产生翘曲变形，面型精度和表面光洁度不易保持，加工效率低等一系列严重问题。硅片直径变大，每个硅片的重量增加，更主要是相应硅片的价值也急速上升，人工搬运的经济风险太大，需要自动化传输系统。如今硅片直径由20Omm向3O0mm甚至450mm过渡，从技术上要考虑硅片的平整度及弯曲度等影响，以及硅片的表面态，所以技术难度不可低估。因此，大直径硅片的应用将对硅片的超精密加工技术提出新的挑战，而硅片夹持装置在硅

4、片的超精密加工技术中占有重要地位，不仅需要完成稳定夹持过程，还必须保证硅片不发生翘曲变形、表面超洁净、应力分布均匀、具有高的机械强度等作用且硅片为贵重工件，夹持装置对硅片的损伤越小，越可以提高硅片利用率，减小利益损失，所以硅片夹持装置对硅片的损伤要尽可能小，特别是半导体晶片正在向大尺寸方向发展，大尺寸极薄基板更容易产生上述问题，所以半导体晶片在搬运过程中必须要实现非接触的要求。1.3　空气非接触夹持的优点利用空气动力学原理实现的非接触夹持应用与硅片的夹持和运输过程，有着其独特的优势:(1)气动非接触夹持对对硅片的材料、形状

5、限制低，适用于对下一代大直径硅片的夹持要求。(2)气动装置使用气体作为工作介质，对工作环境没有污染，符合半导体制造过程对于环境洁净性能的要求。(3)非接触夹持避免了夹持装置与硅片表面的接触，极大的降低了表面划痕的产生的可能性，这对于需要经历几百道加工工序的硅片来说，极大的提高了成品率，降低了生产成本。(4)减小了硅片翘曲变形、表面残留污渍等缺陷的发生[3]。1.4　空气非接触搬运技术的现状目前非接触搬运技术有电磁式、超声波式和空气悬浮式等几种方式。其中，空气悬浮式具有清洁无污染、不发热、不产生磁场和能够高速传输等优点，是非

6、接触搬运领域的主流技术。空气非接触式搬运设备上浮的对象主要是玻璃基板、半导体晶片、各种胶片基板、光盘、回路基板等板状制品。空气非接触式输送设备广泛应用在平板显示、半导体、太阳能光伏电池、食品、医药等行业[2]。现在，在空气非接触搬运技术领域中走在前端的主要是日本和韩国等发达国家。日本夏普公司已经讲空气非接触搬运技术投入到液晶平板生产线中。我国目前液晶面板的生产线最高为第5代，仍在采用滚轮式或真空吸附式的搬运系统，在搬运技术方面已落后于国际先进水平[1]。2　气动旋回流驱动的原理及应用2.1　气动旋回流原理7图2.1气动旋回

7、流原理图如图2.1所示，在一个倒置的一端开口的杯状容器中，在其侧壁上方切向接入一空气导管，向容器中射入高压气体，气体进入夹持装置后由于离心力的作用，被甩向容器内壁并强制旋转，形成旋涡，旋涡的中心为速度很高的“涡核”。旋涡流在吸盘底部排出时，因其约束的突然消失导致压力突变，产生回流，因此在容器的中间产生了负压，接近真空，置于吸盘下方的平板类工件就会受到一个向上的吸附力。由于压力差的作用，气体以螺旋状向下运动，在吸盘底部呈散射状排出，从而在硅片的外围与吸盘之间形成气垫，对硅片产生排斥力。当吸引力与排斥力的合力与硅片重力平衡时，

8、即可实现非接触夹持。2.2　旋回流气爪的现状图2.2是日本著名的气动元件生产商sMC公司的空气悬浮式玻璃基板搬运系统。该搬运技术是应用流体力学原理，使压缩空气通过压力室上的多孔质体形成一层气体膜，流体对工件施加的压力与工件自身的重量达到平衡而使工件保持平稳。空气悬浮式搬运系统是洁净度极高的非接触搬运，这