气体物理性质对近场超声悬浮特性的影响研究

在利用近场超声悬浮技术搬运晶圆的过程中,为提高近场超声悬浮力,该文研究了气体物理性质与近场超声悬浮力之间的关系。利用声辐射压理论与流体力学理论对不同气体介质下的悬浮力进行建模与求解。搭建了可测量不同气体环境中悬浮力的实验平台。实验发现氩气环境下超声悬浮力平均值相对空气环境下提升24.8%。结合实验与理论计算分析了气体密度、比热容比、声速与动力黏度对悬浮力的影响,推断气体的比热容比为影响近场超声悬浮力的主要参数。该方法为晶圆搬运的环境适用性提供了参考价值。

近场超声悬浮承载能力及影响因素的理论及实验研究

应用流体动力润滑理论分别建立固定悬浮体以及自由悬浮体的超声气体挤压膜气膜压力模型,并对模型进行数值求解,获得超声频振荡气体挤压膜的压力分布及承载能力,在此基础上利用Christensen平均模型讨论了表面粗糙度对承载能力的影响。结果表明:气体挤压膜具有较大的承载能力,且承载能力大小主要取决于挤压运动的振幅和频率,其中,振幅对气体挤压膜承载力影响最为显著,而频率影响次之。低频范围内,频率对承载力的影响较大,而随着频率的升高其影响逐渐趋于平稳。构造适当的表面纹理可以在一定程度上提高气体挤压膜的承载力。研究结果可以为超声悬浮器件或涉及挤压膜问题的微纳器件设计提供参考。

近场超声悬浮精度理论分析及试验研究

应用流体润滑理论建立自由悬浮体气膜压力分布模型以及悬浮体非线性运动方程,应用非线性数值求解方法对模型进行求解,获得高频激励下气体挤压膜压力分布、承载能力以及悬浮体悬浮状态参数的瞬态响应。以此为基础分析不同状态下悬浮体的悬浮精度,并讨论其影响因素及规律,发现超声挤压膜支承可以达到很高的支承精度,其影响因素主要为激励频率、激励幅值以及悬浮质量等。在此基础上在悬浮试验台上对悬浮精度进行试验研究,发现数值计算结果和试验数据有较大差异,分析认为造成这一差异的主要原因是测试过程中悬浮盘约束困难,激励信号频率不单一、环境干扰、计算模型不够完善等因素,结论可为超声悬浮轴承或微纳米器件悬浮精度设计提供参考。

近场超声悬浮平台模态振型优化设计及可行性分析

为了避免在传送过程中传送带与精密元件之间的摩擦损伤,设计了一种紧凑型非接触超声传送平台,对其可行性进行理论研究和实验验证。通过ANSYS动力学分析建立对称模型,模拟传送平台的模态和传送平台中心点的谐响应振型,结果显示,不同波数条件传送平台呈现出纯弯曲或混合波驱动状态。对所设计的紧凑型传送平台原型进行扫频实验,验证了超声传送过程的可行性以及悬浮频带和振型。理论及实验结果表明,根据不同使用条件,需要对驱动平台进行模态及承载能力的优化设计。研究成果可为超声悬浮平台模态振型和带宽的设计提供参考。

柔性铰链近场超声悬浮滑块动特性系数研究

应用可压缩气体动力润滑理论建立了柔性铰链超声挤压膜滑块的动、静特性系数模型,并应用数值方法对模型进行求解,获得了高频激励条件下柔性铰链气体挤压膜滑块的动、静特性系数。讨论了悬浮高度、激励振幅以及激励频率对动特性系数的影响。根据分析发现,这些参数都对挤压膜特性有着显著的影响。悬浮高度越高,挤压膜刚度和阻尼越小。激励振幅越大,挤压膜刚度和阻尼越大。而频率的影响几乎呈线性关系,频率越高,刚度和阻尼越大,挤压膜刚度和阻尼都随着频率的增加而增加,最后对这种结论进行了解释。

基于多目标变梯度技术的产品成熟度分析

为了获得近场超声自悬浮导轨技术成熟度评价体系,以独自研发的近场超声自悬浮导轨为研究对象,基于云模型的多目标变梯度评价方法,构建近场超声自悬浮导轨技术成熟度评价体系框架,计算了功能、设计、工艺等准则的量化值并对准则层的权重进行了确定,并用比较矩阵进行了一致性检验。采用多元线性模型计算近场超声自悬浮导轨技术成熟度,结论表明该近场超声自悬浮导轨技术达到了可以进行利用和推广的发展成熟期。