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防微振技术使精密生产成为可能

 防微振技术广泛应用于电子工业的各个领域,从而保证精密设备能在各种复杂的振动环境下正常工作。

  电子工厂设计中的一个重要环节是微污染控制。电子工业是精密制造业,由于科技进步的日新月异,制造精度已达到了纳米级。以集成电路为例,制版、光刻等工序需将环境微振动控制在VC-E或VC-F级,即振动速度应小于3μm/s或1.5μm/s。对于TFT-LCD、LED(发光二极管)及OLED(有机发光二极管)来说,也有较严格的微振动控制要求,如曝光机、涂布机等在自身会产生振动的情况下,要保证设备基台的振动值满足VC-C的要求。其他如激光试验、纳米材料试验及产品测试、单晶硅熔炼、光纤制造、光学测试及雷达性能测试等,都有微振动控制的问题。因此可以认为,防微振技术广泛应用于电子工业的各个领域,从而保证精密设备能在各种复杂的振动环境下正常工作。

  在IC和TFT工厂的生产过程中,精密设备会受到各种振动的干扰。这些振动大致可分为两类:一类是外部振动,包括工厂内外道路上的交通振动、周边其他工业生产振动、厂区内动力站房动力设备产生的振动等,这类振动是通过土壤直接传递的,到达电子工厂的地基基础,再经厂房的主体结构传至精密设备,一般情况下它以随机振动的形式呈现出来;另一类是内部振动,包含厂房内的空调洁净系统、气体液体输送系统等动力设备以及生产工艺设备和其附属设备等产生的振动,这类振动的传播途径有两种,即放置在下夹层的通过地基基础传至主体结构,以及放置在工艺层和上夹层的直接通过主体结构传递至精密设备。

  IC生产厂房有前工序和后工序之分。前工序厂房内的光刻和检测区有很高的防微振要求,其他工艺设备自身产生的振动较小,主要是其附属设备像FFU和真空泵、管道泵等会产生振动。但后工序与前工序不同,工艺设备自身会产生振动,如封装设备、焊丝机等这样有防微振要求的工艺设备本身也会产生较大振动。再者,TFT-LCD厂房一般由四部分组成,即ARRAY、C/F、CELL和MODULE,其中ARRAY、C/F和CELL区内有大量的发振和怕振设备,也有两者合一的设备,而且振动量值较IC厂房要大得多,曾经测得在Robert基础上的振动达到了60μm/s的量级,超过了VC-A曲线。电子厂房内的精密设备基本都有防微振要求,尽管好多精密设备已经安装有空气隔振系统,但不能完全隔绝所有类型的振动,不同类型的生产厂房,其设备的工作方式和振动产生原因又各有特点,因此工程设计和施工过程中所采取的防微振措施也有所区别。

  电子工厂防微振工程设计与一般工程设计有明显的不同,这是由其本身的特点决定的。精密设备的防微振设计有如下特点:其一,防微振工程是分阶段进行的,它包括各阶段的微振动测试、总平面布置设计、洁净厂房建筑结构防微振设计、动力隔振设备设计及精密设备隔振设计等,只有分阶段进行,才能使工程既能满足精密设备容许振动值的要求,又能使工程尽可能达到经济合理的目标,避免过度浪费;其二,微振动是物体的微观运动,量值微小,影响因素多,传递途径复杂,难以用理论公式来描述不同场地、不同环境的振动,精确的建模计算分析方法还不成熟,因此,特别要注重在工程每一阶段振动实测取得的真实数据,据此进行下一阶段的防微振工程设计。

  电子工厂的防微振设计是一项系统设计工程,包括区域规划、环境振动测试与评估、厂区规划设计、洁净厂房建筑结构防微振设计、精密设备防微振措施等等。IC工程的防微振技术特点是:建筑物主体结构的防微振措施、动力设备振动治理及精密设备如光刻机等的防微振措施。主体结构防微振措施一般采用复合地基、高刚性地面、工艺层防微振结构体系;动力设备采用主动高效隔振装置;光刻机等精密设备采用高刚性底座、高性能隔振装置等被动隔振措施等。TFT厂房与IC厂房有所不同,即除了对建筑物主体结构的防微振措施和对动力设备的振动源头进行治理外,更主要的是解决生产线上众多发振和怕振精密设备的隔振问题。方法是在发振和怕振设备下加设主动和被动隔振基台,根据精密设备的不同类别和工作方式,使其满足生产工艺的防微振技术要求。

  电子厂房的防微振设计技术属于多学科交叉领域,是结构工程、机械制造、仪器仪表、测试技术、控制技术及数据处理等多学科的综合。中国电子工程设计院从上世纪60年代开始,就有专业人员从事振动研究,40多年来,科研成果涵盖精密设备容许振动标准研究、动力设备隔振技术研究、精密设备防微振隔振系统研究等等,发表了众多论文,撰写了防微振专著《振动计算与隔振设计》,主编了国标《电子工业防微振工程设计规范》等,成功解决了近200余项工程设计中的防微振问题,涉及电子、精密机械等行业,积累了丰富的经验。特别是IC和TFT类的电子工厂,已经总结了一套成熟的防微振工程设计程序,成功应用于华越、京东方等的工程项目中。

  中国电子工程设计院防微振工程设计研究所是目前国内唯一专门从事防微振设计研究及施工的单位,在防微振领域拥有诸多自主知识产权技术,能够为用户提供工程场地微振动测试评估、建筑结构防微振设计、精密设备隔振基台的仿真计算、设计、施工、安装、调试等全过程和全方位服务。



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