автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технологических процессов производства изделий радиоэлектроники на основе электроадгезионных закрепляющих структур планарные электроды-диэлектрик

Для служебного пользования На правах рукописи

Экз. № ¿/5"

КОНДРАТЬЕВ Евгений Михайлович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОАДГЕЗИОННЫХ ЗАКРЕПЛЯЮЩИХ СТРУКТУР ПЛАНАРНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ - ДИЭЛЕКТРИК

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2001

Работа выполнена на кафедре 'Технология приборостроения" Московской государственной академии приборостроения и информатики

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Крючков М.А.

доктор технических наук, профессор Абраров В.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гуляев A.M.

кандидат техн. наук, профессор ■ Мысловский Э.В.

Ведущая организация: ОАО "Оптрон"

Заи.ита состоится ¿¿Н7//Я _____200! г. в часоБ на засе-

дании диссертационного Совета Д212.119.02 Московской государственной академии приборостроения и информатики по адресу: 107376, Москва, ул. Стромынка, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАПИ. Автореферат разослан

уСССЬЯ 2001 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат техн. наук, доцент Ульянов М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное производство изделий радиоэлектроники характеризуется большим разнообразием применяемых материалов, которые необходимо закреплять в процессе обработки при получении готовых изделий. Существующие основные методы закрепления при обработке полупроводниковых и диэлектрических материалов - вакуумный и приклеивание не обеспечивают растущих требований к эффективности производства и уровню автоматизации технологических процессов.

Неоднородное электрическое поле позволяет чисто, бесшумно, быстро и надёжно закреплять любые материалы при незначительных энергозатратах. Хотя вопросами закрепления материалов неоднородным электрическим полем занимаются достаточно давно, в имеющихся работах по закреплению этим полем полупроводниковых и многих других материалов отсутствуют модели расчёта усилия на основе решения задачи электростатики со смешанными граничными условиями. Нет исследований влияния электрофизических параметров и точных данных о влиянии геометрических параметров такого соединения, а также положения закрепляемого объекта относительно электродов на закрепление.

Поэтому актуальными являются задачи разработки наиболее точных моделей и методик расчёта и подробного исследования закрепления материалов неоднородным знакопеременным электрическим полем с линейной или круговой симметрией, так как эти поля являются основными при таком закреплении. Также очень актуальной является разработка инновационных средств автоматизации технологических процессов производства изделий радиоэлектроники на основе электроадгезионных закрепляющих структур планарные электроды - диэлектрик.

Цель работы состояла в разработке инновационных методов и устройств автоматизации технологических процессов производства изделий радиоэлектроники на основе электроадгезионных закрепляющих структур планарные электроды - диэлектрик; в построении наиболее полной теории, моделей и методик расчёта электрических полей и сил при закреплении электропроводящих и полупроводниковых материалов такими структурами и в подробном исследовании закрепления материалов неоднородным знакопеременным электрическим полем, созданным системой планарных электродов с линейной или круговой симметрией,

Для этого необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать корректные математические и физические модели для расчёта электрических полей и сил в получающихся соединениях при закреплении электропроводящих материалов неоднородным электрическим полем двух или системы планарных электродов.

2. Разработать программные средства для выполнения вычислительного эксперимента по изучению закрепления электропроводящих объектов неоднородным электрическим полем и провести численные исследования.

3. Исследовать влияние геометрических параметров структуры пла-иарных электродов и электроадгезионного соединения, а таюке положения закрепляемого объекта относительно электродов на распределение поверхностной плотности и общее значение электрических сил при закреплении электропроводящих объектов неоднородным электрическим полем.

4. Исследовать влияние электрофизических параметров подложки и диэлектрического покрытия, а также потенциального рельефа в плоскости электродов1Та17рофкль^«наче»шеиха1шлмшш1ения^^^

5. Разработать аппаратуру и методику для выполнения эксперимент тальных исследований закрепления объектов неоднородным электрическим полем.

6. Провести экспериментальные исследования закрепления различных материалов неоднородным электрическим полем и исследовать полимерные плёнки для диэлектрического покрытия.

7. Разработать и испытать инновационные средства автоматизации технологических процессов производства изделий радиоэлектроники на основе элсктроадгезионных закрепляющих структур планарные электроды -диэлектрик.

Методы и методики исследования. Построение расчётных моделей для неоднородного поля двухэлектродной закрепляющей структуры основано на разработанном приближённом решении задачи электростатики со смешанными граничными условиями в плоскости электродов, получении распределения электростатического потенциала в плоскости электродов и использования предложенной модели электрического поля двух плоских конденсаторов с развёрнутой общей обкладкой. Для многоэлектродных полосовых закрепляющих структур расчётные модели получались из решения плоской задачи электростатики при заданном периодическом распределении потенциала в плоскости электродов, а исследование закрепления материалов такими структурами проводились численно на ЭВМ и экспериментально методами равномерного отрыва и сдвига с использованием методик статистической обработки.

Научная новизна работы состоит в

- построении теории, моделей и методик расчёта закрепления электропроводящих и полупроводниковых материалов неоднородным электрическим полем системы планарных электродов на основе решения задачи электростатики,

- разработке метода нахождения приближённого решения задачи электростатики со смешанными граничными условиями путём выбора со-

ответствующей подстановки, позволяющей точно решить получающиеся парные интегральные уравнения,

- построении приближённых методик расчёта на основе предложенной модели системы плоских многослойных конденсаторов с развернутой общей обкладкой,

- получении новых знаний по закреплению материалов неоднородным знакопеременным электрическим полем,

- разработке инновационных электроадгезионных методов и устройств с закрепляющей структурой планарные электроды - диэлектрик для автоматизации технологических процессов производства изделий радиоэлектроники.

Практическая ценность работы заключается в разработке теории и методик расчёта электроадгезионного закрепления электропроводящих и полупроводниковых материалов неоднородным электрическим полем пла-нарных электродов, в создании теоретических основ для проектирования и в разработке высокоэффективных электроадгезионных методов и устройств с закрепляющей структурой планарные электроды - диэлектрик для автоматизации технологических процессов производства изделий радиоэлектроники.

Реализацией работы явилось внедрение теории и методик расчёта электроадгезионных устройств в учебный процесс Московской государственной академии приборостроения и информатики. Создана дисциплина «Теоретические основы проектирования электроадгезионных устройств для производства РЭС». В пяти учебно-методических изданиях использованы материалы работы.

Разработанные электроадгезионные устройства внедрены для опытной эксплуатации на двух предприятиях РФ.

Апробация работы. Результаты выполненной работы докладывались на 15 научно-технических конференциях, 1985 — 1997, в различных городах Российской Федерации и ближнего зарубежья; на двух международных симпозиумах «METAL '93» и «METAL '97», г. Острава, Чешская республика; на научно-технических семинарах в МДНТП им. Ф.Э.Дзержинского и ЦДРЗ, Москва, 1985 - 1992.

Публикации. По материалам выполненной диссертации опубликовано 25 работ и получено 6 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 209 стр. основного текста, 67 рисунков (56 рисунков в основном тексте), 4 таблицы, список литературы из 233 наименований и 20 приложений на 79 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и охарактеризована выполненная работа.

В первой главе изложены результаты анализа литературы и разработок rio современному состоянию в области закрепления различных материалов с помощью электрического поля, по моделям, методам, устройствам электроадгезионного закрепления, средствам автоматизации на их основе.

Проведённый анализ теории, методов и устройств закрепления объектов с помощью электрического поля и моделей расчёта усилий закрепле--ння-ипь-п^дп, 11m тпгтяточио полно разработана теория электроадгезионного закрепления электропроводящих объектов в поле плоского конденсатора. Наибольшее применение такое закрепление получило при использовании как самого эффекта Ёнсена— Рабека, так и его основного компонента -полупроводящей подложки.

Разработка методов и устройств с использованием закрепления неоднородным электрическим полем электропроводящих и полупроводниковых материалов, по применению его для автоматизации технологических процессов производства изделий радиоэлектроники ведётся с 1980 года. К моменту начала исследований автора настоящей диссертации в этой области не были разработаны достаточно достоверные и полные модели расчёта таким полем; отсутствовали модели для расчёта распределения удельной силы, учитывающие параметры закрепляющей структуры «подложка с планарными электродами — диэлектрический слой», и исследования о влиянии положения закрепляемого объекта относительно электродов, электрофизических параметров подложки на закрепление. В связи с этим сформулированы основные задачи, которые требовалось решить в диссертации.

Во второй главе моделируется и изучается закрепление электропроводящей пластины неоднородным электрическим полем системы двух пла-нарных электродов. Построение расчётных выражений при симметричном закреплении и в случае электродов с линейной симметрией основывается на решении методом разделения переменных уравнения Лапласа со смешанными граничными условиями в плоскости пленарных электродов. Это приводит к парным интегральным уравнениям:

so

AA(^)[l+(e/ejeth LÍÜsinxA, dA. =0, x e(0, b), (1)

J o

oo

A(A.) sinxA dA. = 1, x > b, (2)

J ti

где Ь - половина зазора между электродами; е, Ь - относительная диэлектрическая проницаемость и толщина разделительного покрытия между электродами и закрепляемой пластиной; е,, - относительная диэлектрическая проницаемость подложки.

Разработан метод нахождения приближённого решения сформулированной задачи электростатики на основе выбора спектральной функции А(Х), которая даёт точное решение парных уравнений (1)-(2) без сведения их к уравнению Фредгольма и его решения. Для этого спектральная функция А(Я) представлялась с использованием функции Бесселя .1(|(.):

Гь

[l+(e/E„)cthLX]X.A(X)= J„(bA.)

«Odt,

(3)

где C,(t) - непрерывно дифференцируемая функция на [О, Ь]. Предложенный метод по своей идее похож на известные методы Ритца и Галёркина.

При e/en = 1 для функции распределения потенциала в плоскости электродов vj/(x) (ср(х) = (U/2)\|/(x)) и функции распределения плотности электрических прижимающих сил w(x) (f(x) = f0w(x)) получены выражения: С

arcsin(x/b) - arcsin(2x/r)

Ч'(х) = '

л/2 - arcsin(2x/r)

-b <х < Ь,

х > b, х < -b

(4)

w(x) =

л/2 L 7x2 -b2 -L2)V[(x+b)2+L2][(x-b)2+L2]

2 arccos(2x/r) V [(x+b)2-HL2][(x-b)2+L2]

где

r= V(x + b)2 + 4L2 + V(x -b)2 + 4L2 ;

(5)

(6)

ф(х> У) _ искомый электростатический потенциал; ^х) - плотность прижимающих сил, действующих на закрепляемую пластину; и - напряжение между электродами; ^ = (е0е/2)(и/Ь)2; е„ - электрическая постоянная.

В результате численных исследований полученных выражений было обнаружено, что функция распределения потенциала *|/(х) в межэлектродном промежутке и функция \у(х) зависят от отношений Ь/Ъ и еп/е. При е,/е = 1 и малых Ь/Ь (Ь/Ь < 0,1) ц/(х) имеет очень сильное изменение в за-

зоре только около электродов. С ростом Ь/Ь краевой эффект сглаживается и *|/(х) в зазоре стремится к функции (2/л)агс5т(х/Ь). Такая же картина наблюдается при фиксированном значении Ь/Ь и росте е„/б.

Увеличение толщины диэлектрического покрытия Ь при постоянном зазоре 2Ь приводит также к «размытию» краёв на распределении плотности прижимающих сил w(x) и к увеличению ширины области неоднородности сил 2В, в которой 4\\<(х) < 0,99. При е„/е = 1 для полуширины этой области получено приближенное выражение

В = Ь + 1,2Ь . (7)

Вне области 2В распределение электрйческих~прижимающих-сил-сла-— бо отличается от однородного с плотностью

%х) = ^/4, I х| > В . (8)

При других значениях е,/е размер В зависит ещё и от этого отношения.

Рассмотрены также закрепление с сегнетоэлектрической подложкой и закрепление со слабороводящей подложкой. В случае сегнетоэлектрической подложки и при е„/е » 1 парные уравнения (1) - (2) решаются точно при представлении спектральной функции в виде

А(К) = (2/тгА.Уо(ЬА.), (9)

а распределение потенциала \|/(х) в межэлектродном промежутке описывается функцией (2/л)агс51п(х/Ь).

При закреплении с сегнетоэлектрической или слабопроводящей подложкой функция распределения сил и область неоднородности 2В зависят только от отношения Ь/Ь. Распределения имеют схожий характер и отличаются только в области над зазором между электродами. Возрастание Ь/Ь приводит к увеличению 2В, причём для слабопроводящей подложки область неоднородности сил имеет минимальную ширину.

С использованием предложенной модели электрического поля системы плоских многослойных конденсаторов с общей развёрнутой обкладкой построены модели при закреплении электропроводящей пластины и получены расчётные выражения для электрических полей в слоях соединения и плотности электрических сил для разных случаев. Построенная инженерная теория расчёта внедрена в учебный процесс.

Рассмотрено влияние расположения закрепляемой электрически изолированной электропроводящей пластины относительно планарных электродов. Показано, что наибольшая сила закрепления получается при равенстве перекрываемых площадей электродов противоположной полярности.

Для топологий с круговой симметрией «круг - кольцо» и «кольцо -кольцо» получены расчётные выражения и графики для определения геометрических размеров оптимальной топологии при соосном закреплении круглой пластины с заданным диаметром Б.

Для оптимальных геометрических размеров концентрической системы электродов «круг - кольцо», обеспечивающих равномерный прижим над электродами, получены выражения:

а, = (л/2Я2 - Ь2 ~ Ь)/2 , (10)

а2= Я + с-а| —Ь , (11)

где Я - радиус закрепляемой пластины; а] - радиус круглого электрода; а2 - ширина кольцевого электрода; с - ширина кольца за контуром пластины для удобства размещения пластины при закреплении; Ь - зазор между электродами.

Для планарной структуры электродов, состоящей из двух концентрических колец («кольцо - кольцо») оптимальные размеры, дающие однородное распределение плотности электрических сил по поверхности пластины над электродами находятся из равенств:

а, = {л/2 [ Я2 + (И,)2 ] - Ь2 - (2К, 4- Ь)}/ 2 , (12)

а2 = Я+с-а,-Я,-Ь, (13)

где Я], а, - внутренний радиус и ширина внутреннего кольцевого электрода, а остальными параметрами обозначены те же величины, что и в случае планарной системы «круг - кольцо». Внутреннее кольцо для оптимальной топологии всегда шире наружного кольца.

В третьей главе моделируется и численно исследуется электроадгезионное закрепление электропроводящей пластины неоднородным электрическим полем многоэлектродной полосовой планарной системы. Общее решение получено для характерных случаев закрепления: для сменного диэлектрического покрытия, для постоянного диэлектрического покрытия, для идеальных контактирующих поверхностей и для несимметричного закрепления. Во всех случаях общее решение задачи электростатики получено методом разделения переменных и представлено в виде функционального ряда, обращающегося в плоскости электродов в тригонометрический ряд Фурье.

На основе результатов, полученных во второй главе, в зависимости от электрофизических и геометрических параметров соединения для распределения потенциала между двумя соседними разнополярными электродами для тонкого диэлектрического слоя на диэлектрической подложке выбрана функция «ступенька», для сегнетоэлектрической подложки - функция арксинус, для слабопроводящей подложки - линейная функция. Для этих потенциалов получены функции распределения плотности электрических прижимающих сил.

Для идеальных контактирующих поверхностей и при симметричном закреплении функция распределения электрических сил \у(х) определяется выражениями:

~ зт[(2п-1)(та/А)]

-СО8[(2П-1)(ЯХ/Л)] (14)

w(x)= 16(L/A)Z

У

^ sh[(2n-l)(7iL/A)

для гонкого диэлектрического слоя на диэлектрическои подложке,

\2

w(x) —16(L/A)'

у р,,Ш2п -1)лЬ/А] cos[(2n-l)7cx/A] ^-*Ь[Оп-1)тгГ .Ml

n -I

(15)

для сегнетоэлектрическои подложки,

vv(x) = (4/TC2)(L/b)2

i

cos[(2n -l)ira/A] cos[(2n -1 )лх/А] (2n-I)sh[(2n-lkL/A]

(16)

для слабопроводящей подложки.

Распределение w(x) носит периодический характер. Период функции w(x) равен шагу электродов А. Максимальное значение удельная сила прижатия достигает над серединой электрода, а минимальное - в середине зазора между электродами. Геометрические параметры соединения и соотношения между ними существенно влияют на форму распределения w(x). С ростом отношения L/A распределение w(x) становится более пологим и меньшим по амплитуде.

Разработаны вычислительные алгоритмы и программы для численных исследований на компьютере полученных решений. Для программирования использовались языки FORTRAN и QBASIC. На ЭВМ выполнены обширные численные исследования.

Компьютерные исследования показали, что с ростом а/b, т.е. с увеличением ширины электродов 2а относительно межэлектродных зазоров 2Ь, происходит рост w,.p(рис. 1). Причём существенный рост наблюдается для малых значений L/A (L/A < 0,1). При L/b = 0,1 увеличение а/b с 1 (а = Ь) до 4 (а = 4Ь) даёт увеличение wcp в 1,3 раза.

Для трапециидального распределения потенциала в плоскости электродов, соответствующего слабопроводящей подложке, получаются наибольшие значения wcp для всех значений отношений геометрических параметров. Наименьшее значение wcp получаются для случая тонкого диэлектрического слоя на диэлектрической подложке. Промежуточные значения wcp получаются для закрепляющей структуры с сегнетоэлектрическои подложкой.

На основе выполненных компьютерных исследований показано, что для увеличения общей силы закрепления электропроводящих материалов необходимо выбирать планарную топологию с широкими по сравнению с зазорами электродами, использовать сегнетоэлектрическую или слабопро-водящую подложку и в случае свободно наложенного покрытия применять диэлектрические материалы с не очень большой диэлектрической проницаемостью. Показано, что при подключении одного из полюсов источника напряжения к закрепляемой пластине и при равных по ширине положительных и отрицательных электродов период функции распределения электрических сил становится равным 2А, а значение и'ср получается максимальным.

Рис. 1. Зависимость средней на шаг электродов плотности прижимающих сил \уср от отношения а/Ь при идеальных контактирующих поверхностях и постоянном зазоре 2Ь:

/, 4— слабо проводящая подложка; 2, 5 - сегнетоэлектрическая подложка; 3, б - тонкий диэлектрический слой на диэлектрической подложке; У, 2, .?-Ь/Ь = 0,05; 4, 5, <5-Ь/Ь = 0,5

В четвёртой главе разработаны методы, аппаратура и методика для проведения экспериментов по изучению закрепления объектов неоднородным электрическим полем, приведены результаты выполненных основных исследований. Для экспериментального исследования электроадгезионного закрепления выбран метод равномерного отрыва. Определены требования к размерам исследуемых объектов и их расположению относительно пла-

нарных электродов. Закрепляемый электропроводящий объект должен перекрывать, по крайней мере, один межэлектродный промежуток и располагаться симметрично относительно его середины.

На основе термоградиентного адгезиометра АДГ-ЗМ разработана установка для исследования закрепления материалов неоднородным электрическим полем. Адгезиометр был переделан для осуществления равномерного отрыва. Диапазон измеряемых усилий на установке составляет от 0 до 60 Н. Для проведения исследований электроадгезионного закрепления и электроадгезионных устройств использовалась также разрывная машина Р 2038 Р-0,05 УХЛ4.2._

Для исследований были изготовлены две группы подложек с полосовой структурой электродов и разной шириной электродов 2а. У первой группы межэлектродный зазор 2Ь составлял 1 мм, у второй - 2 мм. В качестве закрепляемых объектов исследовались электропроводящие, полупроводниковые и диэлектрические материалы.

Исследована прочность электроадгезионных соединений с различными полимерными материалами. Из исследованных полимерных материалов при закреплении образца из сплава Д16 в неоднородном электрическом поле лучшие результаты по прочности соединения при постоянном напряжении и = I кВ получены для плёнки из пластифицированного поли-винилхлорида.

Неполярные и слабополярные плёнки с высоким удельным объёмным сопротивлением имели низкие результаты по прочности. Это связано с быстрым выравниванием потенциальных рельефов соприкасающихся плёнки и закрепляемого объекта за счёт поверхностной проводимости плёнки. Причём, как и в случае закрепления электрическим полем плоского конденсатора, для этих плёнок наблюдается растущая зависимость прочности соединения при увеличении е полимерного материала.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что прочность электроадгезионных соединений в неоднородном электрическом поле зависит от материала закрепляемого объекта и увеличивается с ростом и (рис. 2). До напряжения и=1 кВ прочность соединений с Д16 и с и её зависимость от и почти одинаковая. Для этих же материалов наблюдается квазилинейный участок на зависимости прочности от и при значениях напряжения от 0,5 до 2,5 кВ, но наклон выше для металла.

Для выяснения свойств составной плёнки и плёнки с матированной нижней поверхностью при закреплении полупроводниковых материалов и сравнения со свойствами плёнки из пластифицированного ПВХ были получены и проанализированы вольт-паскальные зависимости для этих плёнок. Плёнка из пластифицированного ПВХ с обеими глянцевыми поверхностями обладает наибольшей удельной силой закрепления во всём исследованном диапазоне и. Плёнка из пластифицированного ПВХ с матиро-

ванной поверхностью имеет существенно меньшее усилие закрепления. Составная плёнка, полученная прессованием плёнки из ПЭТФ и плёнки из пластифицированного ГТВХ, давала наименьшие удельные усилия закрепления среди этих исследованных плёнок. £

Рис. 2. Зависимость прочности электроадгезионного соединения с покрытием из пластифицированного ПВХ от напряжения ¿/на пленарных электродов. Толщина ПВХ пленки I = 130 мкм. Ширина электродов о = 6 мм, зазоры между электродами 6 = 2 мм: I -Д16; 2 - КДБ-10; 3 - К-8

Миграционная поляризация за счёт собственных носителей заряда, обусловленных наличием слабопроводящих пластификатов, приводит к значительно меньшим значениям эффективной толщины диэлектрического покрытия Ь, по сравнению с геометрической толщиной покрытия Ь (в десять и более раз), что вызывает большую удельную силу закрепления при использования покрытия из пластифицированного ПВХ. Для составной ПЭТФ - ПВХ плёнки наличие слоя из ПЭТФ, имеющего значительно большее по сравнению с пластифицированным ПВХ удельное сопротивление р,, приводит к увеличению Ь, на геометрическую толщину этого слоя и уменьшению удельной силы закрепления пропорционально квадрату суммы толщин.

Полученная при закреплении образца из Д16 и использовании покрытия из пластифицированного ПВХ временная зависимость нарастания силы после включения напряжения показала, что установление силы опреде-

ляется двумя составляющими. Быстрая составляющая имеет малую постоянную времени и определяет быстрый рост силы в первые секунды после подачи напряжения на электроды. Медленная составляющая имеет большую постоянную времени и начинает сказываться спустя некоторое время после включения. Эта составляющая связана с релаксационным механизмом миграционной поляризации в покрытии из пластифицированного ПВХ и медленным накоплением зарядов в приповерхностных слоях.

Исследовано влияние геометрических параметров электродов на электроадгезионное закрепление электропроводящих и полупроводниковых материалов. Показано, что-при^имметричном-закреплении-увеличение-ширмнм электродов относительно расстояния между электродами приводит к росту удельной силы закрепления, причём этот рост очень существенен для эластичного покрытия из ПВХ. Полученные результаты подтвердили разработанные теоретические расчётные модели и выполненные на их основе численные исследования на компьютере.

Исследована динамика разрушения электроадгезионного соединения в неоднородном электрическом поле. Полученные результаты показали, что при использовании эластичного покрытия из ПВХ, амплитуда сигнала разрушения имеет экстремальный характер от скорости отрыва. Это объясняется упруговязким характером деформации. Для жёстких плёнок экстремальный характер амплитуды сигнала разрушения от скорости отрыва не наблюдался.

В пятой главе описаны разработанные инновационные средства автоматизации технологических процессов производства изделий радиоэлектроники на основе электроадгезионных закрепляющих структур планар-ные электроды - диэлектрик и приведены результаты их испытаний. Инновационные разработки защищены шестью авторскими свидетельствами и внедрены на Московском заводе «Старт» и в НИИ особо чистых материалов (г. Зеленоград). Разработанные электроадгезионные методы и устройства позволяют отказаться от вакуумного закрепления и приклеивания при механической обработке полупроводниковых материалов и заменить вакуумные столики на центрифуге линии фотолитографии Лада-125 и автоматизированном модуле разделения УР.ПУ-150-1М.

В приложениях приведены дополнительные материалы, поясняющие выполненное исследование; акты испытаний разработанных инновационных средств автоматизации; документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны и исследованы средства закрепления материалов неоднородным электрическим полем, созданным системой "планарные электроды - диэлектрик", позволяющие решить при использовании в закрепляющей структуре сменных полимерных плёночных материалов проблему создания высокопроизводительных, энерго- и ресурсосберегающих экологически чистых методов и устройств для автоматизации технологических процессов производства изделий радиоэлектроники, заменяющих механическую фиксацию, вакуумное закрепление и приклеивание.

2. Разработаны теория и методики расчёта электрических полей и сил при закреплении проводящих и полупроводниковых материалов неоднородным знакопеременным электрическим полем, созданным системой пла-нарных электродов с линейной или круговой симметрией.

3. При закреплении электропроводящего объекта неоднородным электрическим полем расположение объекта относительно планарных электродов и подключение источника напряжения к соединению влияют на общее усилие закрепления и распределение удельного значения силы. Для электрически изолированного объекта максимальное усилие закрепления и однородность распределения над электродами получаются при одинаковых площадях перекрытия разнополярных электродов.

4. Предложенная методика нахождения приближённого решения задачи электростатики при закреплении электропроводящей пластины в электрическом поле двух планарных электродов с линейной симметрией, заключающаяся в выборе представления для неизвестной спектральной функции с использованием разрывных интегралов Вебера - Шафхейтлина, значительно упрощает вычислительный процесс за счет исключения процедуры решения интегрального уравнения Фредгольма.

5. Геометрические и электрофизические параметры соединения, получающегося при закреплении электропроводящей пластины в неоднородном электрическом поле планарных электродов, влияют на распределение потенциала между электродами, распределение плотности усилия закрепления и размер области неоднородности сил. Выполненные численные расчёты и экспериментальные исследования показали, что для многоэлектродной полосовой планарной структурой увеличение ширины электродов относительно зазоров между ними приводит к увеличению средней на шаг электродов плотности сил и общей силы закрепления. Для увеличения средней на шаг электродов удельной силы закрепления предпочтительно использовать сегнетоэлектрическую или слабопроводящую подложку.

6. Результаты экспериментальных исследований закрепления различных материалов в неоднородном электрическом поле планарных электродов показали, что наибольшие по прочности электроадгезионные соединения получаются при использовании эластичных плёнок из пластифициро-

ванного ПВХ. При применении жёстких плёнок прочность соединения значительно возрастает при добавлении слоя из ПВХ.

7. При использовании эластичной полимерной пленки из пластифицированного ПВХ установление силы закрепления после включения напряжения определяется двумя составляющими - быстрой и медленной. При разрушение соединения с такой плёнкой наблюдается экстремальная от скорости отрыва зависимость амплитуды сигнала разрушения.

8. Испытание и внедрение для опытной эксплуатации разработанных электроадгезионных устройств с закреплением неоднородным электрическим полем на операциях механической обработки полупроводниковых материалов и заготовок фотошаблонов из стекла и особо чистого кварца, а также на операции нанесения фоторезистивной плёнки методом центрифугирования показали существенное преимущество такого закрепления по сравнению с вакуумным закреплением и приклеиванием, позволили снизить затраты на производство и повысить уровень автоматизации.

9. Разработанные и испытанные инновационные электроадгезионные средства с использованием закрепляющей структуры "планарные электроды - диэлектрик" позволяют автоматизировать технологические процессы в производстве радиоэлектронных средств и изделий микроэлектроники, улучшить показатели производства, перейти к технологиям 21 века, обеспечивающим высокий уровень индустриального развития Российской Федерации.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

\. Кондратьев Е.М. Закрепление материалов неоднородным электрическим полем и его применение для технологии радиоэлектроники. // Тезисы докладов Юбилейной межвузовской научно-технической конференции, посвященной 60-летию МГАПИ «Перспективы повышения надежности и качества наукоемкой продукции на основе новейших достижений приборостроения» - М.: МГАПИ, 1996. — С. 63 - 65.

2. Кондратьев Е.М. Расчёт профиля сил при закреплении полупроводниковой пластины в неоднородном электрическом поле структуры с двумя планарными электродами // Сб. науч. тр. Автоматизация технологии производства электронной техники / Под ред. В.Н.Абрарова. - М.: Московский ин-т приборостроения, 1992. — С. 27 - 33.

3. Кондратьев Е М. Геометрические соотношения в концентрической структуре электродов для электроадгезионного закрепления полупроводниковых пластин // Сб. науч. тр. Автоматизация технологии производства электронной техники / Под ред. В.Н.Абрарова. - М.: Московский ин-т приборостроения, 1992. - С. 34 - 40.

4. Кондратьев Е.М. Характеристики электростатических соединений с планарными электродами на сегнетоэлекгрической подложке // Сб. Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции Актуальные проблемы получения и

применения сегнето-, пьезо-, пироэлектриков и родственных им материалов. - М.: НИИ технико-эконом. исследований, 1991. - С. 38 - 39.

5. Кондратьев Е.М. Компьютерное исследование закрепления полупроводниковых материалов неоднородным электрическим полем // Тезисы докладов Юбилейной межвузовской научно-технической конференции, посвященной 60-летию МГАПИ «Перспективы повышения надежности и качества наукоемкой продукции на основе новейших достижений приборостроения» - М.: МГАПИ, 1996. - С. 68 - 70.

6. Кондратьев Е.М. Влияние диэлектрической подложки на крепление полупроводниковых материалов неоднородным электрическим полем пла-нарных электродов // Тезисы докладов Юбилейной межвузовской научно-технической конференции, посвященной 60-летию МГАПИ «Перспективы повышения надежности и качества наукоемкой продукции на основе новейших достижений приборостроения» -М.: МГАПИ, 1996. - С. 66 - 68.

7. Кондратьев Е.М. Установка для исследования закрепления объектов неоднородным электрическим полем // Инновационные технологии и повышение качества в приборостроении. Выпуск 2 / Сборник научных трудов. - М.: МГАПИ, 1998. - С. 74 - 82.

8. Кондратьев Е.М. Измерение прочности электроадгезионных соединений с полимерными материалами в неоднородном электрическом поле // Инновационные технологии и повышение качества в приборостроении. Выпуск 2 / Сборник научных трудов. - М.: МГАПИ, 1998. - С. 115 -118.

9. Кондратьев Е.М. Разработка высокоэффективных методов фиксации полупроводниковых подложек для вакуумных процессов производства интегральных схем // Научные труды межвузовской научно-технической конференции «Фундаментальные основы создания наукоёмких и высокотехнологичных приборов» - М.: МГАПИ, 1997. - С. 93 - 95.

10. Кондратьев Е.М. Автоматизированные средства разделения пластин на кристаллы с использованием закрепления неоднородным электрическим полем. //Доклады третьей научно-технической конференции «Моделирование электронных приборов и техпроцессов, обеспечение качества и надежности аппаратуры » (г. Севастополь, 6-8 сентября 1996 г.) / Под ред. д.т.н., профессора Рыжикова И.В. - М.: МИФИ, 1997. - С. 99 - 105.

11. Кондратьев Е.М. Закрепление заготовок печатных плат неоднородным электрическим полем для технологии "ПРИМА" // Инновационные технологии и повышение качества в приборостроении / Сборник научных трудов. - М.: МГАПИ, 1997. - С. 40 - 44.

12. Кондратьев Е.М. Блокировка стеклянных и кварцевых пластин неоднородным электрическим полем Л Инновационные технологии и повышение качества в приборостроении / Сборник научных трудов. - М.: МГАПИ, 1997.-С. 34-39.

13. Электроадгезионное закрепляющее устройство для механической обработки диэлектрических пластин / Е.М.Кондратьев. - Информ. листок о научно-техн. дост. № 89 - 32.- М.: МосгорЦНТИ, 1989. - 4 с.

14. Проектирование и расчёт электроадгезионных устройств автоматизированных линий разделения пластин и подготовки кристаллов к сборке: Методические указания / В.Н.Абраров, Е.М.Кондратьев. - М.: Московский ин-т приборостроения, 1990. - 60 с.

15. Абраров В.Н., Соболевский М.В., Кондратьев Е.М. Полимерные материалы в электростатических захватывающих устройствах робототехники //Пластические массы. - 1984. - № 7.- С. 39-41.

16. Абраров В.Н., Кондратьев Ё.М., Поздняков A.A. Электроадгезионные устройства для автоматизации механической обработки полупроводниковых пластин // Сб. Межреспубликанская научно-техническая конференция Проблемы автоматизации технологических процессов в машиностроении. Тезисы докладов. - Волгоград: Волг. Дом науки и техники, 1989. - С. 26 - 27.

17. Абраров В. Н., Кондратьев Е.М., Поздняков A.A. Применение электроадгезионных захватов при автоматизации сборки изделий // Сб. Механизация и автоматизация сборки изделий в машиностроении «Сборка-89». Всесоюзная научно-техническая конференция (г. Кишинёв, 6 — 8 декабря 1989 г.) / Под ред. к.т.н. В.К.Замятина. - М., 1989. - С. 83 - 86.

18. A.c. 1631874 СССР, МКИ В 25 J 15/00, Н 02 N 13/00. Электростатический захват / В.Н.Абраров, И.Т.Рассохин, А.А.Поздняков, Е.М.Кондратьев. - Приоритет 30.03.89. - ДСП.

19. A.c. 1723957 СССР, МКИ Н 01 L 21/304, 21/58, 21/68. Способ закрепления полупроводниковых пластин В.Н.Абраров, Е.М.Кондратьев, А.А.Поздняков, И.Т.Рассохин, А.И.Хохлов. - Приоритет 29.03.90. - ДСП.

20. A.c. 1821360 СССР, МКИ В 25 J 15/06, 15/00. Схват робота / В.Н.Абраров, А.В.Алферов, А.А.Поздняков, Е.М.Кондратьев, В.П.Рыжен-ков, О.Н.Данцев, В.В.Яковлев, Г.С.Клетнев. - Опубл. 1993, Бюл. № 22.

Московская г осударственная академия приборостроения и информатики Типография МГАПИ.

107076, Москва, ул. Стромынка, 20

ЛР № 020418 ог 8 октября 1997 г. Подписано в печать 19.04.2001 г. Формат 60x84 1/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 39.