Расчет и проектирование автоматизированного оборудования, страница 2

7) Список литературы

1. Спецификации

Руководитель проекта

Д ата выдачи задания на проект

5.Методика проектирования при выполнении курсового проекта

5.1 Общие положения.

5.Примеры выполнения расчетной и графической

частей проекта

Считается, что тема курсового проекта должна соответствовать практическим задачам, стоящим перед отраслью, при этом студент, выполняющий научно-исследовательскую работу в рамках инженерного практикума должен уже иметь представление о технологическом процессе, в котором будет применено проектируемое оборудование.

В техническом задании (ТЗ) на проект, которое выдается студенту руководителем проекта в начале работ, указываются как общие требования на проектируемую установку (назначение, производительность, условия выполнения технологической операции, программа выпуска продукции и др.), так и специфические требования по проектированию отдельных узлов с целью совершенствования конструкции действующего образца оборудования в целом.

Начиная выполнение курсового проекта, студенту следует внимательно изучить требования технического задания (ТЗ). Затем приступить к анализу и обоснованию выбора оптимальной конструкции отдельных узлов проектируемой установки (или установки в целом) по критериям и выходным параметрам, заданным ТЗ.

Источники информации, представляемые консультантом: технические отчеты и литература, экспериментальные исследования и результаты инженерного практикума студентов на профильных предприятиях по тематике проекта.

Проанализированные студентом структурно-компоновочные схемы исследуемого объекта и данные технико-экономических расчетов по выбранным вариантам схем компоновок узлов объекта отображаются на 1 листе настоящего проекта.

Рассмотрим методику выполнения первого листа курсового проекта на примере выбора оптимального варианта шлюзового устройства для вакуумных напылительных установок по указанного в техническом задании на напылительную установку критерию быстродействия. Результаты в виде разработанных структурно-компоновочных вариантов проектируемого объекта, обеспечивающих требования ТЗ, выводятся на первый лист проекта (см ниже рис. 5 ).

5.1 Пример выполнения первого листа проекта.

( Выбор структурно-компоновочного варианта шлюзового устройства

вакуумной напылительной установки)

Несмотря на существование определенных условий для процесса получения тонких пленок в вакууме (вертикальное расположение подложек, их индивидуальная обработка и т. д.), возможен широкий спектр различных структурно-компоновочных решений при компоновке установок вакуумного нанесения тонких пленок (УВНТП).

Проанализируем варианты УВНТП с точки зрения повышения цикловой производительности, которая связана с обеспечением технологических требований, предъявляемых к установке по времени, условиями обработки изделий и их перемещению с позиции на позицию обработки.

В основу классификации, отражающей основные действия с подложкой в установке и позволяющей разделить холостые хода, положим:

1. “Жесткий транспорт”- передача подложек с позиции на позицию возможна только в строго определенной последовательности, при изменении которой нарушается общий транспортный поток.

1.2 “Гибкий транспорт” – возможна передача подложки с любой позиции на любую другую без нарушения транспортного потока.

1.3 “Комбинированный транспорт” – установка скомпонована по модульному принципу и включает два вида организации транспортирования:

а) “жесткий транспорт” между модулями и “гибкий транспорт” внутри модуля;

б) “гибкий транспорт” между модулями, “жесткий транспорт” внутри модуля.

2. Наличие дополнительного вывода пластины из зоны обработки перед перемещением с позиции на позицию.

2.1 Нет, перемещение идет сразу с позиции на позицию.

2.2 Да, производится дополнительный вывод пластины из зоны обработки, затем ее перемещение в другую позицию и ввод в зону обработки.

3. Наличие индивидуального носителя подложек на каждой позиции обработки.

4. Наличие вакуумного затвора с индивидуальным приводом перед каждой позицией.

Каждый пункт классификации определяет различные времена, составляющие время цикла Т_ц работы установки:

Т_ц = t_p + t_x, (1.1)

где t_p - рабочее время, которое зависит от быстродействия технологических устройств обработки и не меняется при различных структурно-компоновочных решениях (без введения параллельных потоков изделий).

При “жестком транспорте” t_p для всех позиций установки можно принять одинаковым и равным t_plim - рабочему времени лимитирующей позиции, т.е.

t_p1 = t_p2 =… t_pi = t_plim (1.2)

При “гибком транспорте” рабочие времена позиций могут различаться, а время цикла установки будет определяться как

Т_ц= (t_p + t_x)_max (1.3)

(без учета дополнительных потерь).

Максимальный цикл установки

Т_ц= t_p + t_x = t_p+ t_в.р+ t_пер+ 2t_в+ 2t_п+ 2t₃ (1.4)

где t_в.р– время выхода на режим обрабатывающих устройств, связанное с разгерметизацией рабочих позиций в общий вакуумный объем при выводе подложки (можно избежать при прямом перемещении подложек с позиции на позицию).

Осуществление дополнительно вывода пластины из зоны обработки приводит к увеличению длительности холостого хода на 2t_в, где t_в – время вывода (ввода) подложки из рабочей позиции.

При введении индивидуального носителя подложки на каждой рабочей позиции в t_x добавляется время 2t_п , где t_п - длительность перегрузки изделия из общего транспортного средства в индивидуальный носитель. При использовании индивидуальных вакуумных затворов на каждой позиции, служащих для разделения рабочих атмосфер и исключения их взаимовлияния, в t_x может добавляться время 2t₃, где t₃ - длительность открытия и закрытия вакуумного затвора.

Кроме того, для любой установки существует t_пер - время перемещения подложки с позиции на позицию. Примем обозначения: Т_тех - технологическое время, связанное с работой устройств обработки изделий,

Т_тех = t_p + t_в.р.; (1.5)

Т_тр - время транспортировки, включающее в себя остальные составляющие времени цикла Т_ц , связанные с передачей пластины с позиции на позицию.

Величина Т_тех определяет технологическую производительности установки и показывает резерв увеличения производительности за счет изменения устройств обработки и контроля.

Величина Т_тр определяет кинематическую производительность и показывает резерв возможного повышения производительности за счет изменения структурно-компоновочного решения установки и организации транспортного потока.

Рассмотрим несколько структурно- компоновочных вариантов УВНТП и проанализируем их производительность, используя предложенную классификацию.

Вариант 1. Структурно – компоновочная схема с “жесткой” организацией транспортного потока, переводом пластины сразу позиции на позицию, общими носителями подложек для всех операций и щелевым уплотнением между позициями (рис.1,а):

Т_ц = t_p + t_пер. (1.6)

Т_тех = t_p.; Т_тр = t_пер.

Вариант 2. “Жесткая” организация транспортного потока, перевод пластины с позиции на позицию с предварительным выводом из зоны обработки, общие носители подложек для всех позиций, разделение объемов обрабатывающих позиций при опускании (подъеме) карусели с помощью расположенных на ней уплотнений (рис.1.б):

Т_ц = t_p + 2t_в + t_{в.р .}+ t_пер;

Т_тех = t_p + t_в.р; Т_{т р}= t_пер. + 2t_в. (1.7)_.

Вариант 3. “Жесткая” организация транспортного потока, перевод пластины с позиции на позицию с предварительным выводом из зоны обработки, индивидуальный носитель подложки на каждой позиции (рис.1.в), возможно оснащение индивидуальными затворами каждой позиции:

Т_ц = t_p + t_в.р.+ t_пер + 2t_в + 2t₃ + 2t_п;

Т_тех = t _p+ t_в.р; Т_ц = t_пер + 2t_в + 2t₃ + 2t_п (1.8)

(срабатывание затвора по времени может быть совмещено с передачей подложки от позиции к позиции).

Вариант 4. “Гибкая” организация транспортного потока, предварительный вывод пластины из зоны обработки, индивидуальный носитель подложки на каждой позиции, индивидуальные вакуумные затворы для каждой позиции (рис.1г).

Для установок такого типа за время обработки на одной операции необходимо успеть обслужить транспортным средством все остальные позиции, включая ШЗУ. Назовем это условие условием “успевания обслуживания”. Если оно выполняется, то

Т_ц = (t_p + t_в.р. + t_пер + 2t_в +2t₃ +2t_п )_max (1.9)

(срабатывание затвора может быть совмещено по времени с другими холостыми ходами, а t_в и t_п совмещены). При разных технологических Т_{тех i} и транспортных Т_{тр i} временах на разных позициях, чтобы отсутствовали дополнительные потери, должно выполняться условие “обеспечение обслуживания” для лимитирующей позиции, на которой сумма (Т_{тр lim} + Т_{тех lim}) максимальна:

Σ Т_{тр i} - Т_{тр lim} ≤ Т_{тех lim}

(1.10)

ΣТ_{тр i} ≤ Т_{тр lim} +Т_{тех lim}

При последовательном обслуживании позиций в установке данного типа (время транспортировки для различных позиций одинаково: Т_трi =Т_трj) и равенстве технологических времен: Т_{тех i} = Т_{тех j} = Т_{тех max}, для отсутствия дополнительных потерь необходимо, чтобы

Т_тр ≤ Т_тех / (n-1) (1.11)

так как

Σ Т_{тр i} = n Т_{тр .}

Где n – число позиций в установке, включая ШЗУ.

При невыполнении условия “успевания обслуживания”

Т_ц= Σ Т_трi , или Т_ц= nТ_тр;

Максимальную продолжительность можно получить, если в Т_{тр lim} совместить с обработкой t_{пер lim} , тогда

Т_{тех lim} ≥ Σ Т_{тр i} - (Т_{тр lim} - t_{пер lim}); (1.12)

Т_{тех lim} ≥ (n-1) Т_{тр i} - t_{пер lim};

Вариант 5.Модульная организация транспортной системы с “жесткой” связью между модулями и “гибкой” внутри модулей. Индивидуальный носитель подложки на каждой позиции, возможно оснащение позиций индивидуальными затворами. Рис.1д).

Условие “обеспечения обслуживания” сохраняется для каждого модуля, общее число которых равно N. Если оно выполняется, то

Т_ц = (t_p + t_в.р. + t_пер + 2t_в +2t₃ +2t_п)_max

если нет, то

Т_ц = (1/N) Σ Т_{тр i} (1.13)

или

Т_ц = (n/N) Т_тр ,

где n – общее число позиций в установке (при этом число одновременно обслуживаемых позиций равно N – числу модулей).

Для рассмотренных вариантов составляющие Т_ц приведены в табл. 1, ряд технологических показателей установок – в табл. 2.

Теперь проанализируем потери, связанные с групповым шлюзованием подложек. Современные УВНТП характеризуются полным разделением атмосфер рабочей и транспортной камер и окружающей среды, поэтому неотъемлемой частью установок являются ШЗУ, необходимые для подачи изделий из атмосферы в рабочую или транспортную камеру.

Таблица 1

СОСТАВ ВРЕМЕНИ ЦИКЛА Т_ц УВНТП

Возможны два варианта загрузки полупроводниковых подложек – одиночная или групповая. В первом случае необходимо отшлюзовать пластину за время обработки на рабочей позиции и сменить кассету между партиями подложек за это же время на входе (выходе) установки. Обе задачи технически просто решить, так как малы объемы и , следовательно, время откачки, и , кроме того, просто сменить кассету вне вакуума. Преимуществом второго варианта загрузки – группового шлюзования – является нахождение партии пластин во время загрузки-выгрузки в вакууме. Но при групповом шлюзовании из-за длительной откачки большой по объему камеры могут возникнуть дополнительные потери времени на всю партию подложек (дополнительные холостые хода).