электростатическое закрепляющее устройство

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус с подложкой, на рабочей поверхности которой расположено полимерное пленочное покрытие, при этом на подложке установлены электроды, соединенные токоподводами с источником напряжения, механизм натяжения полимерного пленочного покрытия и источник сжатого воздуха, соединенный с каналами, выполненными в подложке и выходящими на ее рабочую поверхность, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе и расширения технологических возможностей, оно снабжено двумя клапанами, а каналы для подачи сжатого воздуха выполнены в токоподводах, при этом клапаны установлены в стенках корпуса, а источник сжатого воздуха соединен с входом первого клапана, выход которого соединен с каналами, выполненными в токоподводах, и с входом второго клапана, выход которого соединен с атмосферой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроадгезионным захватам и предназначено для использования в машино- и приборостроении, радиоэлектронной промышленности, в автоматизированных технологических комплексах для выполнения операций по механической обработке изделий, транспортированию и манипуляционных заданий с листовыми материалами и плоскими деталями типа пластин.

Обработка листовых материалов или плоских пластин, например, шлифование или полирование, из полупроводниковых материалов производится инструментом с подачей на обрабатываемую поверхность пластины жидкой среды с абразивными добавками. Эта жидкая среда является токопроводящей.

Для обеспечения электростатического заряда на элементах крепежного устройства в нем размещаются источник электрической энергии с проводниками. Попадание жидкой среды с абразивными добавками на проводящие элементы захвата приводит к коротким замыканиям между ними, выходу из строя источника электрической энергии, коррозии элементов захвата, в результате теряет работоспособность электростатическое устройство в целом.

Следовательно, электростатическое устройство должно удовлетворять противоречивым требованиям: работать в агрессивных средах, агрессивные среды не должны иметь доступа к токопроводящим элементам устройства, обрабатываемые пластины должны с наибольшим усилием и надежно прикрепляться к устройству, а при снятии обрабатываемых изделий усилие взаимодействия устройства с изделием практически должно быть равно нулю.

Таким образом, создание электростатического крепежного устройства является сложной технической задачей.

Известно элекстростатическое закрепляющее устройство, содержащее корпус и механизм для натяжения полимерного пленочного покрытия.

При наложении полимерного пленочного материала на устройство между поверхностью корпуса и полимерным пленочным материалом образуется пространство, заполненное газообразной средой. Механизм натяжения полимерного материала обеспечивает надежное прилегание полимерного пленочного материала к поверхности корпуса, расположенной под ним, и поэтому удаление газовой среды из пространства между корпусом и полимерным пленочным материалом практически становится невозможным. В свою очередь наличие этого зазора приводит к увеличению расстояния между прилегающей к устройству поверхности обрабатываемой детали или деталей и, следовательно, уменьшению силы закрепления объектов. Это приводит к уменьшению точности базирования и обработки, возможному срыву детали при ее обработке.

Если наложение полимерного пленочного материала на поверхности устройства удается произвести без образования полости между топологическим диском и полимерным пленочным материалом, то по окончании обработки закрепленного изделия и отключения элементов устройства от источника электрической энергии остаточный заряд, наведенный на обрабатываемой детали и на элементах устройства, сохраняется длительное время, и деталь в течение времени, соизмеримого со временем обработки, невозможно отделить от устройства.

Наиболее близким по конструкции к изобретению является устройство, содержащее корпус, топологический диск с установленными на нем электродами и токоподводами, соединенными с электродами, соединенный с корпусом механизм для закрепления полимерного пленочного материала.

Недостатком устройства является то, что при установке обрабатываемой детали на устройстве сила ее закрепления из-за наличия зазора между натянутым пленочным покрытием и топологическим диском, заполненного газовой средой, уменьшается и уменьшает точность ее обработки, а при откреплении из-за невозможности увеличения зазора между поверхностями устройства и детали увеличивается суммарное время обработки.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик устройства.

Цель достигается тем, что электростатическое закрепляющее устройство, содержащее корпус, механизм для натяжения полимерного пленочного покрытия, топологический диск с закрепленными на нем электродами, соединенными с токоподводами, согласно изобретению снабжено системой стравливания и наддува газообразной среды, образованной выполненными в токоподводах каналами, каналами выполненными в корпусе, установленными в полостях, выполненных в боковой стенке корпуса, прямым и обратным клапанами, при этом каналы, выполненные в корпусе, соединены с каналами, выполненными в токоподводах, и с прямым и обратным клапанами.

Заявленное сочетание признаков соответствует критерию "существенные отличия" и "новизна", т.е. ни в отечественной, ни в зарубежной патентной литературе не обнаружены сведения об использовании совокупности этих признаков для достижения идентичных целей с помощью аналогичных технических приемов в электростатических закрепляющих устройствах.

Достижение поставленной цели по сравнению с прототипом заключается в следующем: повышена точность обработки изделия, уменьшено суммарное время обработки изделий, практически полностью исключена возможность поломки обработанных изделий при их снятии с закрепляющего устройства.

На фиг. 1 изображено устройство с пузырями под полимерной пленкой, в разрезе; на фиг. 2 показан вырез топологического диска с обрабатываемой пластиной с перекосом в аксонометрии; на фиг. 3 представлены прямой клапан и источник газообразной среды в разрезе; на фиг. 4 дан обратный клапан в разрезе; на фиг. 5 показано устройство с натянутой пленкой и со схемой соединения с источником электрической энергии в разрезе.

Электростатическое закрепляющее устройство содержит корпус 1 (фиг. 1) в виде тела вращения, механизм 2 для натяжения полимерного пленочного покрытия 3, прикрепленный к боковой стенке 4 корпуса 1, топологический диск (подложка) 5, прикрепленный к корпусу 1 с установленными на нем электродами 6, соединенными с токоподводами 7, которые проходят через топологический диск 5. Согласно изобретению устройство снабжено системой стравливания и наддува газообразной среды, которая образована каналами 8, выполненными в токоподводах 7, каналами 9, выполненными в корпусе 1, прямым клапаном 10, установленным в полости 11, выполненной в боковой стенке 4, обратным клапаном 12, установленным в полости 13, выполненной в боковой стенке 4, при этом каналы 9 соединяют прямой клапан 10 и обратный клапан 12 с каналами 8.

Прямой клапан 10 (фиг. 3) содержит мембрану 14 с отверстием 15 и шайбу 16 с отверстием 17. Прямой клапан гайкой 18 с отверстием 19 закреплен в полости 11.

Обратный клапан 12 (фиг. 4) содержит мембрану 20 с отверстием 21 и шайбу 22 с отверстием 23. Обратный клапан закреплен в полости 13 при помощи гайки 24 с отверстием 25.

С корпуса 1 снимают механизм 2 и на поверхность 26 топологического диска 5 накладывают полимерное пленочное покрытие 3, диаметр которого больше диаметра корпуса. Затем при помощи механизма 2 натягивают полимерное пленочное покрытие и закрепляют его на корпусе.

При натяжении и закреплении на устройстве полимерного пленочного покрытия 3 между поверхностью 26 топологического диска 5 и полимерным пленочным покрытием 3 образуется полость 27, заполненная газообразной средой. Механизм 2 препятствует истечению газообразной среды из полости 27 в окружающую среду и поступлению из окружающей среды газа в полость 27.

Нажатием тампона (на фигурах не показан) на полимерное пленочное покрытие 3 в полости 27 создается давление газообразной среды, превышающее давление, на которое настроен обратный клапан 12, при этом в обратном клапане мембрана 20 деформируется и между ней и шайбой 22 образуется зазор, и газообразная среда из полости 27 по каналам 8, выполненным в токоподводах 7, каналам 9, выполненным в корпусе 1, отверстию 23 в шайбе 22, зазору, образованному между мембраной 20 и шайбой 22, отверстию 21 в мембране 20, отверстию 25 в гайке 24 истекает в окружающую среду до тех пор, пока полимерное пленочное покрытие 3 своей поверхностью полностью не соприкоснется с поверхностью топологического диска 5.

После истечения газообразной среды из полости 27 на топологический диск 5 устанавливается обрабатываемая пластина 28, выполненная из полупроводникового дорогостоящего материала, например из монокристалла кремния или германия. Толщина пластины может составлять несколько десятых долей миллиметра, диаметр пластин составляет несколько десятков миллиметров, и при деформациях такой пластины возможно нарушение ее целостности, что при обработке недопустимо.

Коммутатором 29 (фиг. 5) включается импульсный источник 30 питания, соединенный через коммутатор 29 с токоподводами 7. За счет усилия электростатического взаимодействия происходит надежное закрепление пластины 28 на устройстве. Затем устройство помещают на шлифовальный или полировальный станок и обрабатывают пластину 28. После обработки пластины 28, удалении с ее поверхности абразивных материалов, жидкости и посторонних частиц коммутатором отключается импульсный источник 30 питания от токоподводов 7.

При помощи штуцера 31 (фиг. 3) к прямому клапану 10 присоединяют источник 32 газообразной среды. От источника 32 под давлением газообразная среда поступает через штуцер 31, отверстие 19 в гайке 18, отверстие 17 в шайбе 16 к мембране 14. Под воздействием усилия, передаваемого от газообразной среды на поверхность мембраны 14, мембрана 14 деформируется и между поверхностью мембраны 14 и поверхностью шайбы 16 образуется зазор.

Конструкция прямого клапана 10 и обратного клапана 12 выполнена так, что давление газообразной среды, при воздействии которого деформируется мембрана 14, меньше давления, при котором деформируется мембрана 20, поэтому при подаче газообразной среды от источника 32 газообразная среда через штуцер 31, отверстие 19 в гайке 18, отверстие 17 в шайбе 16, зазор между поверхностью шайбы 16 и поверхностью деформируемой мембраны 14, отверстие 15 в мембране 14 поступает в полость 11 и из полости 11 по каналам 9 и 8 к поверхности полимерного пленочного покрытия 3, соприкасающейся с поверхностью топологического диска 5, при этом газообразная среда воздействует на пленочное покрытие 3.

При превышении величиной усилия от газообразной среды на полимерное пленочное покрытие 3 величины усилия притяжения пластины 28 к топологическому диску 5 полимерное пленочное покрытие 3 с пластиной 28 отделяются от поверхности топологического диска 5. Газообразная среда поступает в образующуюся полость 27, полость при этом увеличивается в своих размерах до тех пор, пока зазор между пластиной 28 и поверхностью топологического диска 5 не достигнет наперед заданной величины, при котором усилие прикрепления пластины 28 к топологическому диску 5 не уменьшится практически до нуля, после чего подача газообразной среды через прямой клапан 10 прекращается. После прекращения подачи газообразной среды в полость 27 пластина 28 снимается манипулятором с устройства, затем при помощи механизма 2 освобождается полимерное пленочное покрытие 3 и отделяется от устройства, и, таким образом, устройство готово к установке нового полимерного покрытия и прикрепления к нему следующей пластины для ее обработки.

Таким образом, благодаря улучшению эксплуатационных характеристик за счет обеспечения надежного удержания и беспрепятственного снятия без нарушения целостности обрабатываемых пластин удалось сократить суммарное время обработки пластин, а также устранить повреждение поверхности топологического диска при откреплении пластин.