Хэт нарийвчлалтай хөдөлгөөний системүүд нь орчин үеийн өндөр технологийн үйлдвэрлэл, ялангуяа хагас дамжуулагч литографи, ваферийн үзлэг, оптик тохируулга, нанометрийн хэмжилзүйн салбарт үндсэн үүрэг гүйцэтгэдэг. Эдгээр системийн гол цөм нь инженерийн чухал сорилт юм: механик холбоо барих алдаагүйгээр жигд, үрэлтгүй, өндөр давтагдах хөдөлгөөнийг бий болгох.

Өндөр тогтвортой байдалтай нэгтгэсэн үед агаарын холхивчийн технологиборжин чулуун байгууламжууд, нь энэхүү сорилтын хамгийн дэвшилтэт шийдлүүдийн нэгийг санал болгодог. Боржин чулуун агаарын холхивчийн систем нь уламжлалт механик өнхрөх эсвэл гулсах контактыг даралттай агаарын нимгэн хальсаар сольж, бараг тэг үрэлтийн хөдөлгөөн болон онцгой геометрийн нарийвчлалыг бий болгодог.

Дэвшилтэт үйлдвэрлэлийн орчинд ZHHIMG зэрэг компаниуд өндөр нягтралтай боржин чулуун суурийг нарийн инженерчлэлийн агаарын тулгуурын бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй нэгтгэж, субмикрон, тэр ч байтугай нанометрийн түвшний байрлалыг хянах чадвартай хөдөлгөөний системийг бий болгодог.

1. Агааржуулагчийн технологийн үндсэн зарчим

Агаарын холхивч нь шингэн динамик тусгаарлах зарчмаар ажилладаг. Хоёр хатуу гадаргууг шүргэхийн оронд тэдгээрийн хооронд даралттай агаарын хяналттай давхаргыг нэвтрүүлдэг.

1.1 Агаарын хальс үүсэх

Ердийн агааржуулалтын систем нь дараахь зүйлсээс бүрдэнэ.

• Хөдөлгөөнгүй боржин чулуун суурь
• Хөдөлгөөнт тэрэг эсвэл тайз
• Нарийвчлалтай агаарын цорго эсвэл сүвэрхэг орчин
• Хяналттай агаарын хангамжийн систем

Шахсан агаарыг бичил нүх эсвэл сүвэрхэг керамик материалаар дамжуулан нэвтрүүлж, ихэвчлэн 2-20 микрометр зузаантай нимгэн хальс үүсгэдэг.

Энэхүү агаарын хальс нь ачааллыг дэмжиж, шууд механик холбоо барихаас сэргийлдэг.

1.2 Тэг холбоо барих механик

Бөмбөлөг холхивч эсвэл шугаман хөтөчөөс ялгаатай нь агаарын холхивч нь дараах горимд ажилладаг:

• Үрэлтийн коэффициент тэг рүү ойртож байна
• Элэгдэл онолын хувьд арилдаг
• Саваа гулсах хөдөлгөөн байхгүй байна

Энэ нь механик гистерезис хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй хэт нарийвчлалтай байрлал тогтоох системд агаарын холхивчийг тохиромжтой болгодог.

1.3 Ламинар урсгалын зан төлөв

Агаарын холхивчийн гүйцэтгэл нь ламинар урсгалын тогтвортой байдлаас ихээхэн хамаардаг. Турбулент байдал нь дараахь зүйлийг бий болгодог.

• Даралтын хэлбэлзэл
• Байршлын тогтворгүй байдал
• Хэмжилтийн систем дэх дуу чимээ нэмэгдэх

Тиймээс, агаарын холхивчийн нарийвчлалтай загвар нь холхивчийн гадаргуу дээрх урсгалын тогтвортой тархалтыг хангахын тулд тооцооллын шингэний динамик (CFD) оновчлолыг шаарддаг.

2. Агаарын холхивчийн систем дэх боржин чулууны үүрэг

Боржин чулуу нь зүгээр л бүтцийн тулгуур материал биш; энэ нь хөдөлгөөний системийн үйл ажиллагааны бүрэлдэхүүн хэсэг юм.

2.1 Бүтцийн тогтвортой байдал

Өндөр нягтралтай хар боржин чулуу нь дараахь зүйлийг хангадаг.

• Уян хатан чанарын тогтвортой байдлын өндөр модуль
• Урт хугацааны хэмжээст бүрэн бүтэн байдал
• Ачааллын дор деформацид тэсвэртэй байх

Эдгээр шинж чанарууд нь маш чухал ач холбогдолтой, учир нь хийн холхивч нь хөдөлгөөний бүх гадаргуу дээр жигд зайны өндрийг хадгалахаас хамаардаг.

2.2 Дулааны тогтвортой байдал ба шилжилтийн хяналт

Дулааны шилжилт нь нарийвчлалтай хөдөлгөөний систем дэх гол алдааны эх үүсвэрүүдийн нэг юм.

Гранит нь дараахь зүйлийг агуулдаг:

• Дулааны тэлэлтийн коэффициент бага (~4–7 × 10⁻⁶ /°C)
• Өндөр дулааны инерци
• Дулааны градиентийн удаан тархалт

Энэ нь бууруулдаг:

• Тэгш бус халаалтаас болж шатны хазайлт
• Урт хугацааны хэмжилт дэх Z тэнхлэгийн шилжилт
• Оптик систем дэх тохируулгын алдаа

2.3 Чичиргээг намсгах

Гранитын байгалийн чийгшүүлэгч нь дараахь гадны эх үүсвэрээс үүсэх өндөр давтамжийн чичиргээний дамжуулалтыг бууруулдаг.

• Шалны чичиргээ
• Ойролцоох машин механизмын тоног төхөөрөмж
• Агааржуулалтын системүүд

Энэ нь нанометрийн масштабтай хэрэглээнд байршлын тогтвортой байдлыг хадгалахад зайлшгүй шаардлагатай.

3. Боржин чулуун агаарын холхивчийн тавцангийн системийн архитектур

Ердийн боржин чулуун хийн холхивчийн систем нь механик, хийн болон хяналтын дэд системүүдийг нэгтгэдэг.

3.1 Механик бүтэц

Гол бүрэлдэхүүн хэсгүүд:

• Боржин чулуун суурьтай тавцан
• Нарийвчлалтай газрын хөдөлгөөний төмөр зам
• Агаар агуулсан дэвсгэр (сүвэрхэг керамик эсвэл нүхний төрөл)
• Хөдлөх шатны угсралт

Боржин чулуун суурийн тэгш байдлыг хэрэглээний ангиллаас хамааран микрон эсвэл микроноос бага түвшинд хянадаг.

3.2 Хийн удирдлагын систем

Агаарын хангамжийн системд дараахь зүйлс орно.

• Өндөр даралттай агаарын компрессор
• Нарийвчлалын зохицуулагчид
• Урсгал хязгаарлагч
• Шүүлтүүрийн төхөөрөмжүүд (тос, чийг, тоосонцорыг зайлуулах)

Бага зэргийн бохирдол ч гэсэн холхивчийн тогтвортой байдалд мэдэгдэхүйц нөлөөлж болно.

3.3 Санал хүсэлт ба хяналтын системүүд

Дээд зэрэглэлийн системүүд дараахь зүйлийг нэгтгэдэг.

• Лазер интерферометрүүд
• Шугаман кодлогч
• Багтаамжийн шилжилтийн мэдрэгч

Эдгээр системүүд нь нанометрийн масштабын нягтралтайгаар хаалттай гогцооны хөдөлгөөнийг хянах боломжийг олгодог.

4. Хэмжил зүй ба нарийвчлалын гүйцэтгэл

Агаарын холхивчийн системийг хэд хэдэн гол хэмжилзүйн параметрүүд дээр үндэслэн үнэлдэг.

4.1 Шулуун байдал ба тэгш байдал

Шулуун байдлын алдаа нь ихэвчлэн дараах шалтгаанаас үүдэлтэй байдаг:

• Боржин чулуун суурийн хазайлт
• Агаарын хальсны зузааны хэлбэлзэл
• Ачааллын тархалтын тэгш бус байдал

Өндөр зэрэглэлийн системүүд дараахь зүйлийг хийж чадна.

• Метр масштабын аяллын үед микроноос бага шулуун байдал
• Хяналттай орчинд нанометрийн түвшний давтагдах чадвар

4.2 Байршлын нарийвчлал

Байршлын нарийвчлал нь дараахь зүйлээс хамаарна.

• Кодлогчийн нягтрал
• Хяналтын гогцооны тогтвортой байдал
• Агаарын хальсны хөшүүн чанар

Механик системээс ялгаатай нь агаарын холхивч нь урвуу цохилтыг бүрэн арилгадаг.

4.3 Динамик хөшүүн байдал

Динамик хөшүүн чанар нь системийн гадны хүчинд хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлэхийг тодорхойлдог.

Агаарын холхивчийн үзэсгэлэн:

• Бага давтамжтай үед өндөр хатуулагтай
• Агаарын шахалтын улмаас өндөр давтамжийн үед хөшүүн чанар буурсан

Энэхүү буулт нь системийн дизайн болон урьдчилан ачаалах оновчлолоор зохицуулагддаг.

5. Аж үйлдвэрийн хэрэглээ

Боржин чулуун агаарын холхивчийн системийг дэвшилтэт үйлдвэрлэлийн салбарт өргөн ашигладаг.

5.1 Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэл

Аппликейшнуудад дараах зүйлс орно:

• Ваферын үзлэгийн үе шатууд
• Литографийн тохируулгын системүүд
• Фото маск байрлуулах

Эдгээр системүүд нь нанометрийн түвшний давтагдах чадварыг шаарддаг.

5.2 Нарийвчлалтай оптик

Ашигласан:

• Линзний тохируулгын системүүд
• Лазер туяаны байрлал
• Интерферометрийн хэмжилтийн тохиргоо

5.3 Координатын хэмжил зүй

Агаар агуулсан боржин чулуун тавцангуудыг дараахь зүйлд ашигладаг.

• Дээд зэрэглэлийн CMM системүүд
• Оптик координатын хэмжилтийн машинууд
• Олон мэдрэгчтэй үзлэгийн системүүд

5.4 Дэвшилтэт үйлдвэрлэл

Үүнд:

• Микро боловсруулалтын системүүд
• Фемтосекунд лазер боловсруулах платформууд
• Нэмэлт үйлдвэрлэлийн тохируулгын системүүд

6. Материалын интеграцийн бэрхшээлүүд

Боржин чулуун агаарын даацын системийг зохион бүтээхэд олон инженерийн буулт хийх шаардлагатай.

6.1 Гадаргуугийн тэгш байдлын шаардлага

Агаарын холхивч нь агаарын завсарын маш жигд тархалтыг шаарддаг. Боржин чулуун тэгш байдлын аливаа хазайлт нь дараахь зүйлд шууд нөлөөлдөг.

• Ачааллын хуваарилалт
• Хөдөлгөөний жигд байдал
• Байршлын нарийвчлал

6.2 Агаарын хангамжийн мэдрэмж

Системийн гүйцэтгэл нь дараахь зүйлд мэдрэмтгий байдаг.

• Даралтын тогтвортой байдал
• Урсгалын жигд байдал
• Бохирдуулагчийн түвшин

Микрон хэмжээний бөөмс ч гэсэн агаарын урсгалын динамикийг алдагдуулж болзошгүй.

6.3 Дулааны механик холболт

Дараахь зүйлсээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд боржин чулуу болон бүтцийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дулааны тэлэлтийг сайтар тохируулах шаардлагатай.

• Тайзны хазайлт
• Z тэнхлэгийн шилжилт
• Геометрийн гажуудал

7. Үйлдвэрлэл ба тохируулгын үйл явц

Өндөр нарийвчлалтай боржин чулуун агаарын холхивчийн системүүд нь хяналттай үйлдвэрлэлийн орчин шаарддаг.

Ердийн үйл явцын үе шатууд нь дараахь зүйлийг агуулдаг.

1. Боржин чулуун боловсруулалт
2. Дулааны тогтворжуулалтын мөчлөг
3. Нарийвчлалтай нунтаглах болон давхцуулах
4. Агаарын холхивчийн интеграци
5. Хэмжилзүйн баталгаажуулалт
6. Лазер тохируулгын тохируулга

ZHHIMG зэрэг дэвшилтэт үйлдвэрлэгчид давтагдах геометрийн нарийвчлалыг хангахын тулд ихэвчлэн ±1°C дотор температурын тогтвортой байдалтай хяналттай орчинд ажилладаг.

8. Механик холхивчийн системээс давуу талууд

Агаарын холхивч нь механик системийн олон үндсэн хязгаарлалтыг арилгадаг.

Дүгнэлт

Боржин чулуун агаарын тулгуур системүүд нь орчин үеийн үйлдвэрлэлд хэт нарийвчлалтай хөдөлгөөнийг хянах хамгийн дэвшилтэт шийдлүүдийн нэг юм. Өндөр нягтралтай боржин чулуун бүтцийн тогтвортой байдлыг агаарын хальс тусгаарлах үрэлтгүй шинж чанаруудтай хослуулснаар эдгээр системүүд нь нарийвчлал, давтагдах чадвар, урт хугацааны тогтвортой байдлын онцгой түвшинд хүрдэг.

Хагас дамжуулагч болон нарийн инженерчлэлийн салбарууд нанометр болон бүр нанометрээс доогуур хүлцэл рүү тэмүүлсээр байгаа тул боржин чулуун агаарын тулгууртай платформууд нь дараагийн үеийн хэмжил зүй, үйлдвэрлэлийн системд гол технологи хэвээр байх болно.