Устройство для химической обработки изделий

 

Изобретение относится к устройствам для химической обработки изделий. Цель изобретения - повышение производительности и упрощение конструкции. Устройство для химической обработки изделий включает стол 1 с кронштейнами 2 и 3. в подшипниках которых установлена ванна 4. На боковых стенках ванны 4 смонтированы на штуцерах гибкие шланги. Ванна 4 может поворачиваться на угол р до совмещения с горизонтальными щелями. В верхней части ванны установлены подвижные крышки 26 и 27. При опускании обрабатываемых изделий в ванну 4 кассета, в которой они находятся , получает .вращательное движение.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s С 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ. СССР (21) 4730245/26 (22) 16.08.89 (46) 30.03.92. Бюл. ¹ 12 (71) Научно-исследовательский технологический институт приборостроения (72) И.И. Виксман, А.Г. Омельченко, И.П.

Башлай и Ю.М, Морозов (53) 621.794.413(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1126630, кл. С 23 F 1/08, 1982, Авторское свидетельство СССР

¹ 1359335, кл. С 23 F 1/08, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ,,5U „„1723198 А1 (57) Изобретение относится к устройствам для химической обработки иэделий. Цель изобретения — повышение производительности и упрощение конструкции. Устройство для химической обработки изделий включает стол 1 с кронштейнами 2 и 3, в подшипниках которых установлена ванна 4.

На боковых стенках ванны 4 смонтированы на штуцерах гибкие шланги. Ванна 4 может поворачиваться на угол ф до совмещения с горизонтальными щелями. 8 верхней части ванны установлены подвижные крышки 26 и 27. При опускании обрабатываемых иэделий в ванну 4 кассета, в которой они находятся, получает вращательное движение.

1723198

30

40

При повороте ванны на угол ф к вертикали в сторону горизонтальной щели через штуцер из бака подготовки травильного раствора травильный раствор насосом подается в ванну, излишки которого через щель сливаются в бак подготовки раство-. ра. По истечении заданного времени травильный раствор быстро отсасывается в бак подготовки, после чего ванна 4 поворачивается на угол ф в другую сторону и

Изобретение относится к устройствам для химической обработки изделий и может найти применение в электронной, радио-, и риборо-, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известны и нашли широкое применение устройства для химической обработки изделий. s т.ч. для обезжиривания, проявления рисунка, травления, очистки и т.п. Эти устройства в совокупности аналогичны 10 предлагаемому. Они содержат ванны (баки), загрузочно-разгрузочные и транспортные механизмы, каждая ванна предназначена для заполнения при помощи насосов рабочей жидкостью. Ванны установлены последовательно по технологическому процессу.

Поддержание в заданных пределах состава, температуры и параметров движения рабочей жидкости или обрабатываемых деталей осуществляется непосредственно в рабочих ваннах, Объем ванн, их конструкция определя ются требованиями технологического процесса, габаритными размерами и материалом обрабатываемых изделий. Загрузочные и транспортные механизмы 25 представляют собой подвешенные на транспортерах захваты или корзины, иэготовленые из стойких к соответствующей рабочей жидкости материалов, при помощи которых обрабатываемые изделия перемещаются иэ ванны в ванну по технологическому маршруту с выдержкой времени нахождения в каждой из ванн, обусловленной технологическим процессом.

Известны устройства для травления в барабанах, состоящие из ряда баков, в которых вращаются перфорированные барабаны. Обрабатываемые изделия загружают через воронку в первом барабане и далее транспортируют их шнеком, приваренным к внутренней поверхности барабана. Отдельные барабаны соединены один с другим вращающимися фланцами. Барабаны опираются на ролики с шарикоподшипниками.

Технологический процесс изготовления изделий при помощи химического травления, где требуется высокая точность их reoчерез другой штуцер в ванну подается моющая жидкость. После промывки жидкость отсасывается, а привод вращения загрузочного устройства перемещает кассету с изделиями вверх для снятия и демонтажа. Такая конструкция устройства за счет использования единой ванны позволяет снизить трудоемкость, повыСить производительность, уменьшить габариты и упростить конструкцию устройства. 6 ил. метрических параметров, например групповое травление пластин монокристаллического кремния в растворе едкого калия (конц. 25Я) с целью создания профиля упругих элементов и разделения пластин на кристаллы при изготовления интегральных преобразователей датчиков энергетических параметров, обусловливается относительно жесткими требованиями к составу травильного раствора и времени нахождения обрабатываемых изделий в нем, а также значительным сокращением времени (и его стабильностью) между переходами в технологическом процесае, т;е, времени переноса обрабатываемых изделий из травильного раствора в промывочный. В ряде случаев точность поддержания температуры травильного раствора не должна быть ниже 1 С в диапазоне рабочих температур 85-105ОС, а точность времени травления не должна быть ниже 1 с. В известных устройствах эти требования не обеспечиваются. Кроме того, наличие вращательных элементов с опорами непосредственно в рабочих жидкостях предъявляет дополнительные требования к их защите от окружающей среды, усложняет конструкцию и увеличивает габариты ра6очих ванн, ухудшает условия их работы, а следовательно, их надежность.

К недостаткам известных устройств следует также отнести то, что при транспортировании обрабатываемых иэделий в условиях резко ограничен ного времени и роисходит увеличенный расход травильной жидкости (отсутствие времени на ее стекание) и выброс паров травильного раствора в окружающую среду, а использование для каждого рабочего раствора отдельной ванны и транспортных механизмов, в т.ч. поворотных, усложняет конструкцию и увеличивает габариты устройства.

Укаэанные недостатки свойственны и установке для травления, содержащей ванны травления и промывки, штангу с коромыслом и кассетой, механизм поворота и подъема-опускания штанги, привод и блок управления, в которой при меняющемся

1723198 уровне травильной жидкости применено устройство в виде телескопической стойки с регулируемым стержневым контактом, электрически соединенным с блоком управления, механизмом поворота и подъемаопускания штанги с коромыслом и упором, жестко закрепленным на коромысле с возможностью взаимодействия с управляющим устройством, при этом механизм поворота и подъема-опускания штанги вы- 10 полнен в виде фрикциона с водилом, мальтийского креста и кулачка, взаимодействующего с фиксирующим диском, закрепленным совместно с мальтийским крестом на направляющей полой 15 стойке.

Известное устройство выбрано в качестве прототипа как наиболее близкое по технической сути к предлагаемому.

Целью изобретения является повышение качества изготовления иэделий, заключающегося в достижении высокой точности геометрических параметров их за счет повышения точности поддержания технологических режимов, в т.ч. времени выполнения перехода, температуры травильного раствора, и сокращении времени смены рабочего раствора, а также поддержании постоянства состава рабочих жидкостей и глубины погружения обрабатываемых изделий, обеспечении дополнительных требований технологического процесса (вращение обрабатываемых изделий) и упрощении конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в известных устройствах для химической обработки изделий. содержащих емкость для рабочих жидкостей, в т.ч. травильного раствора и промывочной жидкости, загрузочноразгрузочные, и транспортные механизмы, систему управления технологическим процессом, емкость, выполненная в виде ванны для рабочих жидкостей с наклонным днищем, установлена на опоре с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси íà определенный угол "p "к вертикали. В нижней части днища ванны у боковых ее стенок расположены штуцера, отверстия которых вместе с подвижными вдоль их осей штангами, управляемыми ot приводов, расположенных вне рабочей жидкости, образуют клапаны подачи и отсоса рабочей жидкости, и соединены каждый соответственно с баком травильного раствора и баком моющей жидкости. На прилегающей к каждому штуцеру боковой стенке имеется горизонтальная щель, соединенная с тем баком, с которым соединен прилегающий к этой боковой стенке штуцер, и каждая щель расположена так, что горизонтальная плоскость, 20

55 проходящая через нее, при повороте ванны на угол " р " в сторону щели располагается выше обрабатываемых в ванне изделий.

Одна рабочая ванна обеспечивает выполнение как непосредственно процесса травления, так и процесса промывки, сохраняя при этом достаточно неизменные значения состава, температуры, уровня и движения потока рабочей жидкости.

Загрузочно-разгрузочный механизм имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении и состоит из двух подвесок в виде гибкой связи каждая, например непрерывного ремня, и соответствующих пазов на ведущем диске привода вращения держателя подвесок и ведомом диске кассеты с обрабатываемыми изделиями, ось которой совпадает с осью качания ванны. На торцовых стенках ванны выполнены горизонтальные щели, соединенные с системой отсоса газообразных продуктов, выделяющихся при травлении, и паров рабочих жидкостей, а на боковых стенках ванны в шарнирах расположены поворотные управляемые крышки.с пазами для прохождения подвесок.

Надежно и достаточно точно обеспечивается время травления за счет достижения быстрого заполнения, отсоса травильной жидкости и заполнения моющей жидкостью ванны при помощи реверсивных насосов и управляемых клапанов. Поворот ванны на угол " p " позволяет надежно разделить и обеспечить циркуляцию травильного раствора и моющей жидкости, обеспечивая при этом заданный уровень каждой жидкости за счет слива ее через боковые щели в свою емкость. Температурный режим и состав обеспечиваются подачей травильного раствора в теплоизолированную ванну из бака подготовки травильного раствора и ее циркуляцией в нем. В баке подготовки травильной жидкости состав и температура жидкости автоматически поддерживаются в заданных пределах. Наличие подвижных крышек и горизонтальных щелей в торцовых стенках ванны для постоянного отсоса продуктов выделения из ванны позволяет сохранить постоянный режим теплопередачи, и, тем самым, практически не изменяет температурный режим травильной жидкости.

Наличие одной рабочей ванны упрощает конструкцию, исключает необходимость в транспортном механизме, улучшает условия ее эксплуатации и уменьшает габаритные размеры установки в целом.

Расположение привода вращения и опоры групповой кассеты с обрабатываемыми иэ1723198

20

35

50 делиями вне рабочей ванны и применение подвесок из материала, стойкого к травильной жидкости, позволяет легко устанавливать и снимать групповую кассету с обрабатываемыми изделиями, обеспечивая при этом вращательное движение ее при выполнении технологического процесса.

Устройство легко может быть выполнено в пожаро-взрывобезопасном варианте.

На фиг. 1 представлен рабочий орган устройства химической обработки изделий, общий вид; на фиг. 2 — то же, продольный разрез; на фиг. 3 — разрез А — А на фиг. 2; на фиг. 4-6 схемно показаны положения элементов рабочего органа устройства химической обработки изделий в процессе выполнения технологических переходов.

На столе 1 укреплены кронштейны 2 и

3, в подшипниках которых при помощи цапф установлена ванна 4, имеющая возможность поворота вокруг горизонтальной оси на угол "ф".влево и вправо относительно вертикальной оси при помощи привода (например, пневматического) 5 (фиг. 2), наружные стенки ванны 5 термоиэолированы.

Днище 6 ванны расположено наклонно по отношению к горизонтали в направлении от одной торцовой стенки к другой. В нижней части его, в зоне пересечения боковых стенок 7 и 8 ванны 4 с торцовой стенкой вварены два штуцера 9 и 10 (фиг. 3), на которые надевают гибкие шланги 11 и 12. Соосно с отверстиями штуцеров 9 и 10 на торцовой стенке ванны в направляющих установлены две подвижные штанги, нижняя часть которых является клапанами 13 и 14, а верхняя часть сопряжена с поршнями в односторонних пневмоцилиндрах 15 и 16, имеющих возможность перемещаться вод действием сжатого воздуха вниз. В цилиндрах 15 и 16 установлены пружины 17 и 18 для перемещения поршней вверх при отсутствии в пневмоцилиндрах 15 и 16 соответственно сжатого воздуха. На боковых стенках 7, 8 ванны выполнены щели 19 и 20, выходящие снаружи в приемники. 21 и 22, в нижних стенках которых установлены штуцеры с гибкими штангами 23 и 24, Щель 19 выполнена в горизонтальной плоскости, проходящей над обрабатываемыми иэделиями 25, когда ванна 4 повернута на угол ф влево, а щель 20 — когда ванна 4 повернута на угол р вправо. В верхней части ванны 4 установлены подвижные крышки 26 и 27, оси вращения которых расположены у кромок ее боковых поверхностей с возможностью поворота от пневмо-(или другого вида) приводов 28 и 29. Каждая крышка имеет два паза

30 и 31, обеспечивающих свободный проход подвесок 32 и 33 загрузочного устройства.

На каждой из торцовых стенок ванны имеются пазы 34 и 35, которые через коллекторы 36 и 37 и гибкие штанги 38 и 39 соединены с системой отсоса газоооразных продуктов, выделяющихся при выполнении технологического процесса, Групповая кассета 40, в которой закреплены обрабатываемые изделия 25, например кремниевые пластины для изготовления полупроводниковых интегральных микроприборов при их анизотропном химическом травлении, при выполнении технологического процесса имеет возможность вращаться вокруг своей оси с определенной скоростью. Групповая кассета 40 состоит из двух дисков 41 и свя-. зывающих их штанг 42, в пазах которых закреплены обрабатываемые изделия 25.

Диски 41 служат одновременно несущими конструктивными элементами и обеспечивают вращательное движение кассеты при помощи гибкой связи — подвесок 32 и 33, для чего на наружной по диаметру поверхности их выполнения V-образные пазы (при применении в качестве гибкой связи ремней) или зубья (при применении в качестве гибкой связи цепей). Привод вращения загрузочного устройства 43 расположен на определенном расстоянии от ванны 4 травления, обеспечивая достаточное удобство при эксплуатации установки, и имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении. На дисках привода вращения загрузочного устройства 44 и (45) также выполнены V-образные пазы (или зубья), обеспечивающие передачу движения подвескам

32 и 33. Для удержания подвесок от выпадания на корпусе привода загрузочного устройства установлены козырьки 46

Перегородка 47 расположена у торцовой стенки ванны 4 и клапанов 13.и 14 для ограничения перемещения групповой кассеты

40 в рабочей зоне ванны 4, Перегородка 48 установлена в нижней части ванны 4 у ее торцовой стенки и клапанов 13 и 14 и обеспечивает нужное направление потока рабочей жидкости. Ванна 4 через штуцер 9 и шланг 11 сообщается посредством реверсивного насоса 49 с баком хранения и обеспечения заданных параметров травильного раствора, штуцер 10 ванны 4 через шланг 12 сообщается посредством реверсивного насоса с баком хранения и обеспечения заданных параметров деионизированной воды.

Работа устройства заключается в следующем.

Приготовленный травильный раствор заданной концентрации, например 25

КОН, заливают в бак хранения и обесвече1723198

10 ния заданных параметров травильного раствора, где он нагревается до определенной температуры, которая затем автоматически поддерживается в процессе работы уста-. новки с точностью +1 С. В бак хранения и 5 обеспечения заданных параметров деионизированной воды заливают деионизированную воду. На пульте управления устанавливают значения параметров технологического процесса. Включают систему 10 отсоса, которая через гибкие шланги 38 и 39, коллекторы 36 и 37 и щели 34 и 35 удаляет газообразные продукты, выделяющиеся в процессе травления, Обрабатываемые изделия, например круглые кремниевые пла- 15 стины 25, устанавливают в соответствующие пазы штанг 42, которые закреплены в.дисках 41, т.е. образуют групповую кассету 40.

Рабочие органы устройства находятся в 20 исходном положении (фиг. 4-а), Вручную групповую кассету 40 при помощи V-образных пазов (или зубцов) на дисках 41 устанавливают в подвески 32 и 33. По команде оператора начинается автоматический про- 25 цесс выполнения операции. Привод вращения загрузочного устройства 43 перемещается вниз (фиг. 4-б), вводит групповую кассету 40 в ванну 4. располагая ее в рабочей зоне, ограниченной боковыми 30 стенками 7 и 8, торцовой стенкой и перегородкой 48, и исключая его касание к последним, при этом обеспечивается совпадение . осей вращения ванны 4 в кронштейнах 2 и

3, укрепленных на столе 1, с осью вращения 35 групповой кассеты 40. Далее при пвмощи пневмоприводов 28 и 29 закрывают крышки

26 и 27 с пазами 30 и 31, обеспечивающими свободное без заеданий прохождение подвесок 32 и 33 (фиг. 4-В). Включается привод 40 вращения загрузочного устройства 43 (фиг.

4-r), в.V-образных пазах (или зубьях) дисков

44 и 45 расположены подвески 32 и 33. Таким образом, вращение передается групповой кассете 40, обеспечивая требования 45 технологического процесса. Одновременно выпускается воздух иэ пневмоцилиндра 15, под действием пружины 15 клапан 13 открывает проход травильному раствору в ванну

4, включается насос 49 подачи травильного 50 раствора через шланг 11 в режиме максимального расхода до получения команды поплавкового пневмодатчика (не показан), отрегулированного по уровню перекрытия травильным раствором обрабатываемых де- 55 талей. Получив команду пневмодатчика, насос 49 переходит в режим подачи травильного раствора, обеспечивающий поддержание его технологических параметров, в т,ч, состава, температуры и уровня.

Избыток травильного раствора через щель

19 сливается в приемник 21 и далее через штуцер с гибким шлангом 23 — в бак подготовки травильного раствора. Конструкция торцовых стенок и стенок 6-8 ванны 4 обеспечивает достаточную теплоизоляцию и в сочетании с оптимальным расходом травильного раствора стабильно поддерживает его температурный режим. Перегородка 48 спрофилирована так, чтобы обеспечить равномерную скорость движения жидкости в различных точках рабочей зоны ванны. По истечении заданного времени насос 49 переключается в режим реверса (фиг. 5-а) и откачивает травильный раствор в соответствующий бак. По завершении откачки трэвильного раствора (фиг. 5-б) клапан 13 под действием сжатого воздуха в пневмоцилиндре 15 запирает отверстие штуцера 9. а привод 5 поворачивает ванну 4 вправо на угол р к вертикальной оси. Затем (фиг. 5-в) выпускается воздух из пневмоцилиндра 16; под действием пружины 18 клапан 14 открывает отверстие в штуцере 10 подачи деионизированной воды, которая при помощи насоса через шланг 12 подается в ванну 4 в режиме максимального расхода до получения команды от поплавкового пневмодатчика (не показан), отрегулированного по уровню перекрытия деионизированной водой обрабатываемых деталей. Получив команду пневмодатчика, насос переходит на работу в режиме подачи деионизированной воды,. обеспечивающем достаточное качество промывки обрабатываемых изделий. Избыток деионизированной воды через щель 20 сливается в приемник 22 и далее через штуцер с гибким шлангом 24 — в бак подготовки деиониэированной воды. По истечении заданного времени насос переключается в режим реверса (фиг. 5-г) и откачивает деионизированную воду из ванны 4 в соответствующий бак. По окончании этого процесса подается сжатый воздух в цилиндр 16 (фиг. 6-а) и клапан 14 эапираег отверстие штуцера 10, прекращается вращение дисков 44 и 45 привода вращения загрузочного устройства 43 и, соответственно, вращение групповой кассеты 40 с обрабатываемыми деталями 25, Одновременно при помощи пневмо-(или другого) привода 28 и 29 крыш-, ки 26 и 27 поворачиваются в положение

"Открыто", а при помощи привода 5 ванна 4 поворачивается влево на угол р к вертикальной оси, Затем привод вращения загрузочного устройства 43 перемещается вверх (фиг. 6-б), групповая кассета 40 с обработанными изделиями 25 извлекается из подвесок 32 и 33, которые в свою очередь

1723198

12 удерживаются от выпадания козырьками 46 и 4Т, и укладывается на стол оператора для демонтажа и контроля качества произведенной операции травления изделия.

Для обработки следующей партии изделий процесс повторяется.

Использование предлагаемого устройства позволит более эффективно осуществить прецизионный процесс химической обработки изделий как из металлов, так и иэ неметаллов, значительно повысить. процент выхода годных изделий, уменьшить трудоемкость изготовления устройств, их материалоемкость, габариты и улучшить условия их эксплуатации. Предварительный расчет технико-экономической эффективности, полученной от применения предлагаемого устройства при анизотропном химическом травлении кремниевых пластин для производства полупроводниковых микроприборов. показал; что себестоимость единицы изделия снижается почти в 2,2 раза за счет использования преимуществ предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Устройство для химической обработки изделий, содержащее ванну для рабочих растворов с наклонным дном., баки для под5 готовки и поддержания заданных параметров рабочих растворов, разгрузочно-загрузочный механизм и блок управления, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения производи- тельности и упрощения конструкции, оно

10 снабжено штуцерами, смонтированными в нижней части ванны у боковых стенок, штангами, установленными с возможностью взаимодействия с отверстиями штуцеров при возвратно-поступательном

15 движении, при этом загрузочно-разгрузочный механизм выполнен в виде двух гибких замкнутых подвесок с приводными дисками и съемной кассеты с ведомыми дисками, установленной с.воэможностью перемещения

20 в вертикальной плоскости, причем в верхних боковых стенках ванны, прилегающих к каждому штуцеру, выполнена горизонтальная щель для соединения с соответствующим баком, а ванна установлена с

25 возможностью поворота.

1723198

Фиг. Р

22

2Ф

22

2Ô

О;Е5 д

1723198

5 г/

ФО,?О

22

2Ф

40; Г5

1723198

Редактор А.Маковская

Заказ 1046 Тираж Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета по изобретейиям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Я

2f

Составитель И,Виксман

Техред М.Моргентал . Корректор М.Кучерявая

Z7

zz