Устройство для сверления отверс-тий b твердых диэлектрических и по-лупроводниковых материалах

Устройство для сверления отверс-тий b твердых диэлектрических и по-лупроводниковых материалах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (8594И (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22)Заявлено 20.08.79 (21) 2843756/29-33 с присоединением заявки РЙ— (23) Приоритет—

Опубликовано 30.07. 81.Бюллетень J% 28

Дата опубликования описания 1 О. 08 .8 1 (5l)M. Кл.

В 28D 5/02

В 28Н 1/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 679.8. .056 (088.8) В.M. Афанасьев, В.А. Двинских, В. Г. ДфиЖ -;-ВтДКаплун

В.Г. Клименко и Ю.П. Науменко

1 . (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЕРЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ В ТВЕРДЫХ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

Изобретение относится к устройств: вам точной обработки твердых диэлектрических и полупроводниковых материалов, например драгоценных камней, керамических и ситаллавых подложек нн.5 тегральных схем, с помощью вращающегося инструмента v может найти применение в электронной и радиопрамппленности.

Известно устройство для обработки (бурения) крепких пород, содержащее источник СВЧ колебаний, волновод с коаксиальными линиями и режущий инструмент Г1Э.

Наиболее близким техническим реше15 нием к предлагаемому является устройство для сверления отверстий в твердых диэлектрических и полупроводниковых материалах, включающее источник СВЧ колебаний, соединенный вол- щ новодом с элементом связи и режущий инструмент (2g.

Недостатком известных устройств является необходимость подведения большой мощности СВЧ колебаний в зону обработки, что обуславливает значительные энергозатраты процесса обработки, отсутствие возможности сверлення отверстий малого диаметра„ необходимость применения мощной защиты обслуживающего персонала от СВЧ облучения.

Ц.ль изобретения — повышение эффективности сверления за счет повышения обьемной концентрации энергии в зоне обработки.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для сверления отверстий в твердых диэлектрических и полупроводниковых материалах, включающее источник СВЧ колебаний, соединенный волновадом с элементом. связи, и режу„щий инструмент, снабжена резонатором с полураспределеиными параметрами, выпалненньет в виде расположенных кааксиально внешнего и полого виутреннега проводников торцовых стенокд од ,на из которых выполнена с отверстием

3 8504 и радиальными пазами по внешней по— верхности, и штуцера для подачи сжатого газа, установленного на внешнем проводнике и выполненного в виде запредельного волновода, причем режущий инструмент смонтирован в полости внутреннего проводника, конец которого расположен в отверстии торцовой стенки с зазором, кроме того длина внутреннего проводника резонатора выполнена l0 кратной четверти длины волны СВЧ колебания.

На фиг.l изображено устройство для сверления отверстий; на фиг. 2 — вид

А на фиг.l; на фиг. 3 и 4 — варианты выполнения резонатора; на фиг. 5 -распределение поля электромагнитного колебания на открытом конце резонатора в зоне обработки; на фиг. 6 — вид Б на фиг.5; на фиг. 7 — устройство с z0 кольцом 14 на торце резонатора; на фиг. 8 — вид И на фиг.7.

Устройство для сверления твердых диэлектриков содержит режущий инстру- 25 мент, например сверло 1, коаксиальный резонатор 2, состоящий из наружного проводника 3, внутреннего проводника

4, торцовой стенки 5, торцовой стенки 6, имеющей сквозное отверстие, 30 кольцевой щели 7, элемент 8 связи .с

СВЧ-генератором, штуцер 9 для подачи сжатого газа, радиальные канавки 10, P обрабатываемый материал 11, элемент

12 связи с индикатором 13 колебаний, 35

Внутренний проводник 4 короче длины резонатора и его длина кратна четверти длины волны СВЧ колебания. Прижатие обрабатываемого материала к торцу резонатора вызывает изменение 40 его нагру зо чной емко с ти, кот ор ая образована в кольцевой щели 7 у торца резонатора и приводит к изменению резонансной частоты резонатора. При больших значениях диэлектрической

45 постоянной обрабатываемого материала (более 5) изменение резонансной частоты может быть значительным. Это требует подстройки частоты генератора

СВЧ. Для ослабления влияния обрабаты- 50, ваемого материала на резонансную частоту резонатора необходимо обеспечить небольшой воздушный зазор между материалом и торцом резонатора, Величина зазора достаточна в 0,2-0,3 мм.

Обеспечить такой зазор удобно с помощью кольца 14, выполненного на торце резонатора (фиг. 5), или жестll ф кой фиксацией резонатора по отношению к обрабатываемому материалу.

Радиальные щели 10 на торце резонатора служат для удаления продуктов обработки (крошки) с помощью сжатого газа, продуваемого через штуцер 9, который выполнен в виде запредельного волновода, например круглого сечения, для предотвращения паразитного излучения СВЧ энергии из резонатора во внешнюю среду.

Конец режущего инструмента (наприII мер сверла) представляет собой пространственный модулятор поля (фиг. 4) .

Из-за концентрации электрического поля при помощи режущих кромок в зоне ре з ания при вр ащении режущего инструмента происходит периодическое воздействие поля на зону резания ° Повышение плотности энергии СВЧ поля в зоне резания способствует эффективности резания.

Устройство работает следующим образом.

Через элемент связи 8, например петлю, от СВЧ генератора в коаксиальный резонатор 2 подается энергия с частотой, совпадающей с резонансной частотой этого резонатора 2. СВЧ энергия концентрируется в кольцевой щели 7, образованной отверстием в торцовой стенке 6 и внутренним проводником 4 резонатора 2. Сверло 1 приводится во вращение и приближается к обрабатываемому материалу 11.

При этом СВЧ энергия вызывает механическое размягчение обрабатываемого материала только в зоне обработки, т.е, в круге, ограниченном кольцевой щелью 7.

Конец режущего инструмента, например сверла, представляет собой пространственный модулятор поля. Как видно на фиг. 4, конец сверла 1 иэ-за наличия канавок на сверле создает аксиально неоднородное распределение электрических силовых линий поля в кольцевой щели 7. При вращении сверла 1 участки поля, сконцентрирован" ные режущими кромками, тоже вращаются и происходит периодическое колебание плотности энергии в зоне резания, Величина плотности энергии СВЧ-поля между кромками сверла больше среднего значения ее в случае равномерного распределения поля, что способствует эффективности резания.

5 8504

Устройство особенно эффективно при сверлении отверстий малого диаметра (порядка 1 мм) . Внутренний проводник резонатора служит в этом случае направляющей втулкой, предотвращаю5 щей поломку сверла. При сверлении отверстий диаметром порядка 4 мм, например, при частоте генератора СБЧ порядка 10 гГц, целесообразно исполь— зовать устройства (фиг. 2 и 3 ) где 10 используется укороченный внутренний проводник резонатора, кратный по длине четверти длины волны СВЧ колебаний, или внутренним проводником является сам режущий инструмент. Целе- >5 сообразность такого решения объясняется тем, что в выбранном диапазоне частот внутренний проводник резонатора должен быть по толщине такого порядка, что и сверло дпя обеспеченив 2О максимальной добротности коаксиального резонатора.

Предлагаемое устройство для обработки твердых диэлектриков и полупроводников!их материалов позволяет сни- 25 зить энергозатраты от десятков киловатт до сотен ватт при высоком качестве обработки и высокой производительности труда.

Формула изобретения ЗО

l с Устройство для сверления отверстий в твердых диэлектрических и полу1! 6 проводниковых материалах, включающее источник СБЧ колебаний, соединенный волноводом с элементом связи и режущий инструмент, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения эффективности сверления, оно снабжено резонатором с полураспределенными параметрами, выполненным в виде расположенных коаксиально внешнего и полого внутреннего проводников, торцовых стенок, одна из которых выполнена с отверстием и радиальными пазами по внешней поверхности, и штуцера для подачи сжатого газа, установленного на внешнем проводнике и выполненного в виде запредельного волновода, причем режущий инструмент смонтирован в полости внутреннего проводника, конец которого расположен в отверстии торцовой стенки с зазорам.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что длина внутреннего проводника резонатора выполнена кратной четверти длины волны СВЧ колебания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Авторское свидетельство СССР

М - 435356, кл. Е 21 С 37/18, 1974.

2 ° Авторское свидетельство СССР

М - 530951, кл. Е 21 С 37/18, !976. (прототип) .

8504!1

uz. 7

Bud д

4ч Д

Фиг. 8

Составитель К.Хамидулов..

Редактор Н. Кешеля Техред 3.Фанта Корректор A°, Гриценко

Заказ 6205/19 Тираж 629 Подписное

ВНИИПИ Государсгвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4