基于垂直四探针的晶圆检测装置设计及应用

半导体晶圆在国防、光电器件等领域有广泛应用,针对晶圆检测过程中由于电阻率分布不均匀导致的精度低等问题,提出研制一种完全国产化四探针晶圆检测装置,并对其探针压力对电阻率的影响展开研究。首先,引入探针压力为变量,构建基于开尔文的垂直四探针载流子扩散流密度模型;其次,对整机进行设计,采用LK-G5000激光传感器检测导轨和转台的运动精度验证检测平台精度;最后,通过标定最佳压入深度区间段的压电与压入深度之间的关系后验证检测装置性能。实验结果表明,在(23±1)℃,湿度55%RH下,探针预热后针温稳定时电阻率分布稳定、均匀,其电阻率均值误差稳定在3.397%,标准偏差在2.865%,达到检测指标。

大口径高精度四维调整工作台设计

为了解决大口径高精度光学元件加工和测量过程中的调整问题,研发了一台SWTZT-1400高精度四维调整工作台。文中以四维调整的坐标转换为基础,阐述了四维调整工作台的调整原理,并对大口径高精度四维调整工作台进行了设计。为保证工作台高效率、高精度和高稳定性的调整,工作台整体采用双层结构形式,调平采用八点支撑结构,并配置高可靠性的调心调平锁紧机构,该工作台的上台面直径为1400mm,其平面度≤0.01mm,x、y向的调心范围为±25mm,x、y向的调心误差为0.1μm,x、y向的调平范围为±3°,x、y向的调平误差为10″,可实现大口径高精度光学元件的加工、测量和精密修配中工件装夹位置和角度的精确微量调整,提高光学元件的制造和测量精度。

轻量化铝反射镜拓扑优化与加工试验研究

铝反射镜在航空航天和空间遥感卫星领域中广泛应用,为了提高铝反射镜的轻量化率,降低民用商业遥感卫星的发射成本,设计了一种背部开放式、三角形孔结构和三点支撑形式的轻量化铝反射镜。在此结构基础上,首先以质量最小为优化目标,以反射镜背部加强筋的厚度和加强筋的布局为优化对象,以柔度最小为响应约束,应用有限元法对反射镜背部加强筋的厚度进行尺寸优化和加强筋的布局进行拓扑优化,得到的铝反射镜轻量化率超过63%;然后设计了工装夹具进行单点金刚石车削加工试验;最后使用激光干涉仪检测反射镜的面形精度。检测结果表明:反射镜的面形值PV(peak to valley)为1.48μm,能够满足民用商业遥感卫星的使用要求。

薄膜反馈式节流器的结构设计

薄膜反馈式节流器因反馈精度高,常被用于液体静压转台中。目前,国内液体静压转台高精度缺乏、需求激增,为了提高转台精度,设计了一种新型薄膜反馈式节流器,以获得稳定的高刚度油膜,并采用Ansys进行双向流固耦合分析,获得液压油的流速和压力分布;然后,对比PM流量控制器,结果表明随着入口压力的增加,两者的薄膜最大变形量均呈近似线性关系递增,其递增率仅相差0.11,因此证明所设计的节流器是合理可行的;最后,对基于薄膜反馈式节流的液体静压转台进行性能测试,结果表明转台的各项性能指标均能达到要求:承载力大于1000 kg、刚度大于2077 N/μm、轴向跳动小于1μm,表明设计的节流器是合理可行的。

单储丝筒线切割机的切割线振动研究

分析单储丝筒线切割机在工作过程中切割线振动产生的原因。通过对导向轮转动惯量对切割线振动的影响进行深入研究,建立了基于转动惯量分析的切割机走丝系统模型,并在Matlab的Simulink环境下对走丝系统进行了仿真,结果揭示了导向轮转动惯量和切割阻力对切割线振动的影响规律。

多光谱硫化锌光学窗口离子束抛光工艺研究及参数优化

多光谱硫化锌因其在近、中、远红外等多个光谱波段具有较高的光学透率,广泛应用于红外光学制导导引头、光电探测雷达、机载光电吊舱。为了获得超高面形精度的多光谱硫化锌光学元件,并提高离子束抛光效率,采用正交实验方法对硫化锌进行离子束单点刻蚀实验,获取各工艺参数下的去除函数特征量及体积去除率。通过对正交实验数据进行直观法分析和极差法分析,以体积去除率最大为目标进行工艺参数优化,获得的优化工艺参数组合为:离子束流电压1100 V、射频功率110 W、加速电压200 V、氩气流量7 sccm、加工距离30 mm。通过调控工艺参数获得不同的离子束束斑直径对口径为80mm硫化锌进行组合抛光,加工后的硫化锌面形精度PV值由467 nm下降到了71.506 nm、RMS值由112 nm下降到10.758 nm。以上实验结果表明,采用大、小束径离子束组合能够有效提升多光谱硫化锌光学元件的加工效率和面型精度。

清漂无人船船体轻量化研究

以清漂无人船质量最轻为设计目标,将船舶设计规范要求的板厚尺寸及最大等效应力、剪应力作为约束条件,通过灵敏度分析筛选确定设计变量。将设计变量进行正交试验,得到神经网络训练和测试样本。构建双隐含层的BP神经网络模型替代耗时的有限元模型,确定应力与设计变量之间的关系,并与不同隐含层的神经网络进行比较,得出双隐含层BP神经网络模型性能更好的结论,从而用其对清漂无人船进行轻量化优化。优化后的船体质量降低10.3%。优化后的船体经有限元分析,满足船舶设计规范要求,说明双隐含层BP神经网络模型在船舶结构设计优化上具有可行性。

艾条定量卷制机的预成型技术研究

艾条定量误差是影响卷条机的合格率和产量的关键。将减小艾条的定量误差为设计目标,首先分析椭圆辊和圆辊成型方式对艾条定量误差的影响程度,知圆辊机构能使艾条定量误差更小,因此将圆辊作为艾绒辊压成型机构;其次重点研究圆辊成型对预成型后艾条强度和艾条产量的影响参数,基于对辊数学模型分析得圆辊半径和模腔个数对强度和产量有影响;然后利用workbench对不同半径和模腔个数的对辊机构进行静力学分析,结合加工成本、相邻模腔的强度以及生产产量等因素,得到最佳的参数分别为圆辊半径25.5 mm和模腔个数5个;最后通过定量实验验证最佳参数的合理性,并得到预成型机构能满足艾条定量误差5%、合格率94%和日产量达100 kg以上的指标。

全气体静压环形抛光机床的研制及应用

针对单轴抛光机面形控制难度大、较多依赖人工经验,无法满足光学元件激增的数量和精度需求的问题,提出研制一种新型超精密环形抛光机床。首先引入抛光盘跳动为变量构建基于Preston公式和赫兹接触理论的材料去除模型;模型仿真分析表明抛光盘跳动误差变化会导致材料不均匀去除,而主轴跳动误差和导轨直线误差会直接影响抛光盘的面形修正和测量精度。然后基于此结论,利用静态、模态、谐响应分析对机床整体布局和横梁支撑形式进行优化;同时设计气体静压导轨和主轴以提高直线运动精度和主轴回转精度。最后为了验证机床精度和加工指标,采用LK-G5000激光传感器检测导轨和转台的运动误差分别优于1.2μm/400 mm和0.4μm。对φ300 mm的UBK7光学元件进行抛光,8小时后粗糙度和PV值分别优于R_(a)0.56 nm和1/10λ。结果表明:所研制的超精密环形抛光机床达到了设计要求。

基于薄膜传感器的化学机械抛光面压力分布检测装置研制及应用

光学元件化学机械抛光(CMP)过程中元件与抛光垫之间接触压力分布是影响元件抛光去除效率和抛光效果的关键因素,但因元件、磨料、抛光垫之间的接触状态较复杂、且不停变化,难以通过仿真计算获得。为了研究确定性抛光去除机理,设计了一套CMP面压力分布在位实时检测装置,将薄膜压阻传感器阵列式布置于抛光垫下,对元件与抛光垫接触面的压力分布展开实时检测,并通过仿真分析抛光垫与元件表面接触压力分布理论模型,与实测结果进行对比。基于自主搭建的实验平台,模拟工况进行研磨实验,并使用基恩士CL-3000激光位移传感器测量抛光垫面形。实验结果表明:随着研磨时间增加,抛光垫面形逐渐平整并接近当前研磨条件下的极限,其标准差由0.2079 mm降低为0.1839 mm,使用压力分布检测装置测得区域压力值标准差第一阶段下降8.2%,第二阶段下降0.2%,工件与抛光垫接触面压力分布逐渐均匀,与抛光垫面形逐渐平整的趋势相对应,证明该装置可以有效检测抛光过程中的压力分布及实时变化。