CC BY
6Рис. 4. Эпюры перемещения в сотовой конструкции с квадратным профилем ячейки при h = 10 мм
Рис. 5. Эпюры перемещения в сотовой конструкции с прямоугольным профилемя чейки при h = 20 мм
Рис. 6. Эпюры перемещения в сотовой конструкции с шестигранным профилем ячейки при h = 30 мм
Рис. 7. Графики зависимости эквивалентных напряжений от профиля ячейки сотового заполнителя и высоты
Рис. 8. Графики зависимости перемещений от профиля ячейки сотового заполнителя и высоты
Представленная методика численного исследования может использоваться в учебном процессе при изучении дисциплины «Механика трехслойных конструкций».
Библиографические ссылки
1. Гладков Ю. А. Особенности расчета сотовых конструкций // Теория и практика проектирования пассажирских самолетов. М. : Наука, 1976. С. 278-290.
2. Гладков Ю. А. Жесткостные характеристики трехслойных оболочек с жестким заполнителем // Исследование по теории пластин и оболочек. Вып. XI. 1975. С. 206-216.
3. Панин В. Ф., Гладков Ю. А. Конструкции с заполнителем : справочник. М. : Машиностроение, 1991. 271с.
References
1. Gladkov U. Osobennosty rascheta sotovih kontrukciy // Teoria i practica proektirovania passagir-skih samoletov [Features of the calculation of cell struc-tures//Theory and practice of designing passenger aircraft]. Theory and practice of designing passenger aircraft. Moscow, Nauka Publ., 1976. p. 278-290.
2. Gladkov U. Gestkostnie haracteristiki trehsloynih obolochek s gestkim zapolnitelem // Issledovanie po teorii plastin i obolochek [Stiffness characteristics of three-layer shells with a rigid filler// Study on the theory of plates and shells]. V. XI, 1975. p. 206-216.
3. Panin V., Gladcov U. Konstrukcii s zapolnitelem [Design with filler]. Moscow, EngineeringPubl., 1991. 271 p.
© Попова А. П., Бабкина Л. А., 2015
УДК 621.7+621.9
ПРОВОЛОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОД-ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ
Л. А. Семенова, И. Я. Шестаков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: yakovlevish@mail.ru
В системах управления ракет и космических аппаратов применяют интегральные микросхемы и приборы, в основе которых используются кристаллы, полученные разделением полупроводниковых пластин. Предложен способ разделения на кристаллы проволочным электрод-инструментом. Правильность выбранной модели подтверждается экспериментальными данными.
Ключевые слова: проволочный электрод-инструмент, колебания проволоки, скрайбирование полупроводниковых пластин.
Решетнеескцие чтения. 2015
WIRE TOOL - ELECTRODE TO OBTAIN CRYSTALS
L. A. Semenova, I. Ya. Shestakov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: yakovlevish@mail.ru
The control systems of missiles and space vehicles use integrated circuits and devices with crystals obtained by separating the semiconductor wafers. The research presents a method of separation of crystals wire electrode-tool. The correctness of the chosen model is confirmed by experimental data.
Keywords: the wire electrode-tool, the vibrations of the wire, scribing semiconductor wafers.
В автоматизированных вычислительных и информационных системах управления ракет и космических аппаратов применяют интегральные микросхемы и приборы, в основе которых используются кристаллы, полученные разделением полупроводниковых пластин. Наиболее широко используются кристаллы квадратной и прямоугольной формы.
В настоящее время существуют такие способы разделения полупроводниковых пластин на кристаллы, как скрайбирование алмазным резцом, лазерным лучом, алмазным диском, режущим полотном, резка проволокой [1-3]. Основное достоинство метода скрайбирования - это малая ширина прорези, а следовательно, и отсутствие потерь полупроводникового материала. Недостатками использования алмазного инструмента и лазерного луча являются загрязненность поверхности кристаллов пылевидными образованиями, от нанесенных рисок образуются нарушенные области с большим количеством микротрещин, сколов и других дефектов, попадание капель и паров материала полупроводника на поверхность кристалла, а также сложность оборудования для скрайбирования полупроводниковых пластин [4].
В связи с этим разработка новых способов скрайбирования без указанных недостатков является актуальной задачей.
При обработке поверхности полупроводников вибрирующим проволочным электрода-инструментом создается бегущая волна деформации вдоль проволоки. Инструмент принимает форму синусоиды, перемещающейся вдоль поверхности полупроводника. При периодическом обрыве электрического контакта между проволокой и поверхностью полупроводника возникает электрический разряд и, как следствие, эрозионное разрушение материала. Точки контакта (точки эрозии) движутся по поверхности детали вдоль одной линии.
Скорость их движения равна скорости распространения волны. С течением времени вдоль линии контакта образуется зона повышенного механического напряжения, по которой происходит разделение полупроводниковой пластины. Продолжительность контакта электродов зависит от скорости движения волны и её формы, что влияет на длительность импульса тока при обработке вибрирующим электродом-инструментом. Определить скорость движения точек контакта инструмента и детали, а также число точек контакта, одновременно бегущих вдоль линии реза, форму волны и её фазу можно, построив модель
колебания проволоки и модель процесса движения изгибных волн вдоль неё.
Примем, что гибкая нить обладает постоянной линейной плотностью р и масса отрезка нити длиной l равна m = р Д Скорость v бегущей вдоль струны волны согласно [5] определим по выражению
(1)
где Т0 - сила натяжения струны; F - площадь поперечного сечения струны.
Таким образом, волны распространяются вдоль абсолютно гибкого тела при условии наличия силы натяжения нити. И скорость их распространения будет определяться лишь величиной силы натяжения Т0 (при заданных значениях р и F нити). Если нить обладает какой-либо жёсткостью на изгиб то распространение волн вдоль неё будет обуславливаться напряжениями, возникающими при изгибной деформации. Следовательно, в этом случае усилие натяжения может быть равным нулю.
Для электродов-инструментов выбирают сплавы, обладающие коррозионной стойкостью, высокой электропроводностью, хорошей сопротивляемостью местному разрушению при коротких замыканиях, высокой адгезией к диэлектрическим покрытиям, достаточной механической прочностью и обрабатываемостью, низкой стоимостью. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют медь, медные сплавы и нержавеющие стали [6].
Определённая выше скорость v - это, по сути, скорость распространения поперечного импульса вдоль струны. Согласно [5] при колебании струны и принятых выше допущениях скорость распространения импульса v равна скорости распространения волны (фазовой скорости). Кроме определения скорости движения точки контакта необходимо определить, сколько таких точек будет перемещаться одновременно вдоль поверхности пластины. Анализ процесса скрайбиро-вания таким способом показал, что достаточно, чтобы вдоль поверхности последовательно перемещалось хотя бы по одной точке контакта (см. рисунок).
При показанном на рис. 1 подводе тока к электродам обработку «ведёт» только точка а. При смещении вправо до бывшего положения точки Ь возникает следующая точка контакта, лежащая слева от точки а на расстоянии длины волны X. То есть происходит смена «рабочей точки». Из этого следует, что длина реза L определяется длиной волны X.
v =
Схема процесса движения точки контакта вдоль электрода - детали: 1 - электрод - проволока; 2 - деталь; а, Ь - точки контакта; Ь - длина линии реза; X - длина волны
Определив длину волны, можно определить максимальную длину скрайбируемой пластины (£ < X). Следует отметить, что это верно лишь при подводе электрода с одного конца проволоки. Если подвод тока осуществляется с двух концов проволоки, то длина волны X не определяет длину реза
Условия для того, чтобы вдоль натянутой струны бежали волны:
1. Длина проволоки I должна содержать большое число волн длиной X, что создаёт условия затухания волн на закреплённом конце проволоки.
2. Затухание волн на расстоянии одной длины волны - пренебрежительно мало.
Для экспериментов использовалась медная проволока диаметром ё = 0,35 мм длиной I = 1,5 м. Время контакта с поверхностью одной точки, если длина и ширина контакта - ёх, определим по выражению
ё ё
5Т.
Измеренное значение длины волны Xэ = 0,15 м при натяжении Т0 = 0,11 Н. Скорость движения волны найдем по выражению
Vэ = Xэ / Т,
где Т - период колебаний проволоки.
Для возбуждения колебаний проволоки использовался вибратор, работающий на частоте тока / = 50 Гц, период колебаний равен Т = 1// = 1/ 50 = 0,02 с. Экспериментальная скорость движения волн: V,, = 0,15 / 0,02 = 7,5м/с.
Скорость бегущей волны определяем из выражения (1):
V
0,11
8930-п-(0,1-10-3)
= 11,3 м/с.
тали в виде пластины. Светолучевым осциллографом регистрировалось изменение тока и напряжения процесса обработки.
Значение времени контакта проволоки и пластины из осциллограммы - тэ = 0,28 -10-5 с.
Теоретическое значение времени контакта определяется по выражению т = ё / V. Так как точка контакта двигается вдоль торцевой поверхности пластины (толщина пластины И = 0,1 мм), то
h 0,1 -10-
= 0,8 10-5 с.
Во время опытов вибрирующий проволочный электрод соприкасался с торцевой поверхностью де-
э v 11,3
Эксперименты подтвердили правильность выбранной модели. Движущаяся точка контакта создаёт электрический разряд, который приводит к эрозионному разрушению материала детали.
Предложенный проволочный электрод-инструмент для эрозионного разрушения материала полупроводниковых пластин позволит уменьшить количество выбраковываемых кристаллов и тем самым удешевить процесс получения полупроводниковых приборов.
Библиографические ссылки
1. Новокрещенова Е. П. Введение в микроэлектронику : учеб. пособие. Воронеж : Воронеж. гос. техн. ун-т, 2012. 106 с.
2. Patent US 20120115307 A1. Methods of manufacturing semiconductor chips / Sang Wook Park, Tae Gyeong Chung, Ho Geon Song, Won Chul Lim № US 13/253,425 ; заявл. 05.10.2011, опубл. 10.05.2012.
3. Артомонов Б. А., Волков Ю. С. Анализ моделей процессов электрохимической и электроэрозионной обработки. Ч. 2. Модели процессов электроэрозионной обработки. Проволочная вырезка. М. : ВНИИПИ, 1991. 144 с.
4. Лопухин В. А., Шелест Д. К. Системы технологий компьютерного производства. Технология интегральных микросхем : учеб. пособие. СПб. : СПбГУАП, 2000. 124 с.
3
v =
Решетнееские чтения. 2015
5. Хайкин С. Э. Физические основы механики : учеб. пособие. М. : Наука, 1971. 752 с.
6. Артамонов Б. А., Волков Ю. С., Дрожалова В. И. и др. Электрофизические и электрохимичексие методы обработки материалов : учеб. пособие. В 2 т. Т. 1. Обработка материалов с применением инструмента / под ред. В. П. Смоленцева. М.: Высш. шк., 1983. 247 с.
References
1. Novokreshchenova E. P. Vvedenie v mikroelek-troniku: ucheb. posobie [Introduction to microelectronics]. Study book. Voronezh St. Techn. Univ, 2012. 106 p.
2. Sang Wook Park, Tae Gyeong Chung, Ho Geon Song, Won Chul Lim Methods of manufacturing semiconductor chips. Patent US 20120115307 A1, 2012.
3. Artomonov B. A., Volkov Yu. S. Analiz modelei protsessov elektrokhimicheskoi i elektroerozionnoi obrabotki. Chast' 2. Modeli protsessov elektroerozionnoi obrabotki. provolochnaya vyrezka [Analysis of models of processes of electrochemical and electrical discharge
machining. P. 2. Process model EDM: wire cutting]. Moscow, All-Union scientific research Institute of patent information, 1991. 144 p.
4. Lopukhin V. A., Shelest D. K. Sistemy tekhnologii komp'yuternogo proizvodstva. Tekhnologiya integral'nykh mikroskhem [Systems technology computer manufacturing. Technology of integrated circuits]. Study book. St. Petersburg, Saint-Petersburg St. Univ. of aerospace instrumentation, 2000. 124 p.
5. Khaikin S. E. Fizicheskie osnovy mekhaniki: ucheb. posobie [Physical fundamentals of mechanics]. Moscow, Science, 1971. 752 p.
6. Artamonov B. A., Volkov Yu. S., Drozhalova V. I. and other Elektrofizicheskie i elektrokhimicheksie metody obrabotki materialov (v 2-kh tomakh). T.1. Obrabotka materialov s primeneniem instrumenta [Electrophysical and elektrokhimicheskie methods of processing materials. In 2 books. Vol. 2 Processing of materials with the use of the tool]. Moscow, Vysshaya shkola, 1983. 247 p.
© Семенова Л. А., Шестаков И. Я., 2015
УДК 621.9.06
ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПОДКРЕПЛЕНИЯ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА, ОБУСЛОВЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ*
Д. В. Сорокин, Л. А. Бабкина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: sdv@sibsau.ru
Предложен выбор рациональной схемы подкрепления параболической антенны космического аппарата на основе проведенного численного моделирования.
Ключевые слова: геометрическое моделирование, параметрическое моделирование, численное моделирование.
CHOICE OF RATIONAL SCHEME TO REINFORCE PARABOLIC ANTENNAS
D. V. Sorokin, L. A. Babkina
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, KrasnoyarskyRabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: sdv@sibsau.ru
The researchers deal with the choice of a rational scheme to reinforce a parabolic antenna of the spacecraft on the basis of the numerical simulation.
Keywords: 3D models of antenna, numerical modeling, parametrical modeling.
К конструкциям спутниковых антенн предъявляются определенные требования по прочности и жесткости, обусловленные этапом вывода конструкции на орбиту [1; 2].
В работе решена задача геометрического моделирования и выполнен модальный анализ влияния местоположения точек крепления и силовой схемы под-
крепления на жесткость параболического зеркала антенны космического аппарата (КА) из композиционного материала (углеволокна).
Конструктивно, исходя из технологии изготовления, зеркало антенны толщиной t состоит из лепестков, соединенных друг с другом.
*Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, уникальный идентификатор проекта ММЕП57414Х0082.
