Keramický koncový efektor Bernoulli – bezkontaktná manipulácia s tenkými a krehkými doštičkami

Keramický koncový efektor Bernoulli od spoločnosti St.Cera využíva aerodynamický vztlak na manipuláciu s doštičkami bez fyzického kontaktu. Je vyrobený z vysoko čistého 99,8 % oxidu hlinitého (Al₂O₃) alebo karbidu kremíka (SiC) a je vybavený precízne opracovanými tryskami, ktoré vstrekujú stlačený plyn a vytvárajú tenký vzduchový film medzi koncovým efektorom a doštičkou. Tento bezkontaktný princíp eliminuje kontamináciu zadnej strany, odštiepenie hrán a poškodenie povrchu, vďaka čomu je ideálny pre tenké (≤100 μm), krehké alebo zdeformované doštičky. Keramický substrát poskytuje vysokú pevnosť v ohybe (361 MPa pre Al₂O₃; až 550 – 600 MPa pre SiC), nízku hmotnosť a vynikajúcu rozmerovú stabilitu, čo zabezpečuje opakovateľné polohovanie vo vysokorýchlostných robotoch na prenos doštičiek.

Poznámka k materiálom:Oxid hlinitý (Al₂O₃) je najpoužívanejším materiálom pre keramické koncové efektory pri manipulácii s polovodičovými doštičkami vďaka svojej vynikajúcej kombinácii tvrdosti, elektrickej izolácie, chemickej stability a nákladovej efektívnosti. Karbid kremíka (SiC) ponúka vyššiu tepelnú vodivosť, vyššiu tvrdosť a ešte lepšiu odolnosť proti opotrebovaniu pre najnáročnejšie aplikácie. Zatiaľ čo ytriom stabilizovaný oxid zirkoničitý (ZrO₂) ponúka vysokú lomovú húževnatosť pri izbovej teplote, v tejto aplikácii sa používa menej často kvôli svojej vyššej hustote a odlišným charakteristikám tepelnej rozťažnosti; môže sa zvážiť v špecifických scenároch, kde sa vyžaduje výnimočná lomová húževnatosť. Pre rady o výbere materiálu sa obráťte na náš technický tím.

Špecifikácie(na základe 99,8 % Al₂O₃):

Princíp fungovania:

Stlačený vzduch alebo dusík (0,2 – 0,6 MPa) sa privádza cez vnútorné kanály a vystupuje cez presné trysky. Zrýchlené prúdenie vzduchu vytvára nízkotlakovú zónu nad koncovým efektorom (Bernoulliho efekt), čím sa generuje zdvíhacia sila, ktorá podopiera doštičku v medzere 50 – 200 μm. Zadnej strany doštičky sa nedotýkajú žiadne vákuové otvory ani podložky.

Aplikácie:

• · Manipulácia s tenkými doštičkami (≤50 μm) po brúsení zadnej strany
• · Preprava deformovaných doštičiek (napr. po CVD alebo žíhaní)
• · Prenos zafírového substrátu solárnych článkov a LED diód
• · Automatizácia čistých priestorov vyžadujúca nulovú tvorbu častíc
• · Manipulácia so sklenenými panelmi pri výrobe displejov

Výrobný proces:

Keramický substrát spekaný z vysoko čistého prášku → 5-osové CNC obrábanie plynových kanálov a otvorov pre trysky (priemer 0,3–1,0 mm, tolerancia ±0,01 mm) → lapovanie povrchu na Ra ≤ 0,4 μm → ultrazvukové čistenie → skúška tesnosti héliom (plynové kanály). Nie je potrebný žiadny náter – holý keramický povrch je chemicky inertný a nekontaminuje.

Kontrola kvality:

• · 100 % rozmerová kontrola (CMM) polôh trysiek, dĺžky ramena a rovinnosti
• · Skúška rovnomernosti prúdenia vzduchu: pokles tlaku ≤ 5 % na všetkých tryskách
• · Skúška tesnosti: plynové kanály utesnené pri tlaku 0,6 MPa, bez poklesu tlaku počas 30 sekúnd
• · Vizuálna kontrola pod 20× mikroskopom na prítomnosť mikrotrhlín alebo otrepov

AVýhody oproti konvenčným kontaktným koncovým efektorom:

• · Nulová kontaminácia zadnej strany doštičky – žiadny mechanický kontakt
• · Žiadne odštiepenie hrán alebo lámanie tenkých doštičiek
• · Spracováva deformované doštičky (do 1 mm prehnutia) so stabilnou medzerou
• · Eliminuje údržbu vákuového generátora a pórovitého skľučovadla
• · Keramická konštrukcia odoláva opotrebovaniu a chemickému pôsobeniu

Prispôsobenie:

• · K dispozícii pre veľkosti doštičiek 200 mm, 300 mm alebo na mieru
• · Vzory plynových trysiek: rovné, šikmé alebo vírové
• · Materiály: oxid hlinitý (štandard) alebo karbid kremíka (pre najvyššiu tepelnú vodivosť a odolnosť proti opotrebovaniu)
• · Dĺžka ramena, montážna príruba a umiestnenie plynového portu podľa výkresu výrobcu originálneho zariadenia

Obmedzenia:

Implementácia Bernoulliho princípu (konštrukcia trysky, vzduchová medzera) presahuje rozsah poskytnutých tabuliek vlastností materiálov. Vyššie uvedené mechanické a tepelné vlastnosti presne zodpovedajú dodaným technickým listom pre 99,8 % Al₂O₃. Na základe týchto materiálových vlastností sa neočakáva žiadne zníženie výkonu keramiky pod prúdom stlačeného plynu. V prípade doštičiek citlivých na prúdenie plynu (napr. MEMS s krehkými štruktúrami) by sa mal tlak plynu a konštrukcia trysky zodpovedajúcim spôsobom upraviť.