CN1105740A - 电粘合的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种夹紧和固定物质的装置，采用无胶粘剂和生 态安全的电胶粘方法，该装置包括一或更多的电极， 这些电极涂以能极化的聚合物，且在要粘合的物品上 提供一致的(如平的)表面，该聚合物具有预定的塑 性，用以适应要粘合物品的表面的任何凹凸不平，而 把在聚合物表面和物品表面间出现的气体介体减至 最小，还包括对电极充电和在物品上感应电场的电 源。

Description

本发明涉及一种采用无胶粘剂的纯生态学的电胶粘方法及其装置，用于夹紧和固定物质。

材料的电粘合过去一直受若干因素的限制。最重要的因素是在电极表面和需要夹紧或粘着材料的表面间由于表面的凹凸不平而在表面间的空隙中存在气体介体。这个问题即使增加施加到电极的电压亦不能克服。

把电介质涂到电极上可提高场强，但这个电动力在高于一定值时不再随电压的增加而增加。

本发明目的是提供一种在材料间实现粘着固定的方法和装置，该粘着力比至今能达到的要大得多，并扩张了应用领域和材料适用范围。

本发明用于电粘合的装置包括一或更多的电极，这些电极涂以能极化的聚合物，且在要粘合的物品上提供一致的（如平的）表面，该聚合物具有预定的可塑性，用以适应要粘合物品表面的任何凹凸不平，而把在聚合物表面和物品表面间出现的气体介体减至最小，还包括对电极充电和在物品上感应电场的电源。

在本发明的最佳形式中，该装置的表面包括制备成基本上具有光学精度的电极。这就保证了使装置和物品的表面间的空隙最小，以使它们间的气体介体最大程度地得以排除。

尽管很多聚合物在这里是合适的，但应选择一些聚合物较其余的具有更大的介电常数，更重要的是一些有更大程度的极化，聚合物达到足够的极化，以便提供电荷集中的表面是本发明的一个重要方面。实验证明聚氯乙烯适用于该目的，原因不仅在于它能去极化，而且在机械上还能提供稳固的结构，同时能增塑到预定的塑性。

最佳塑化剂是酞酸二辛脂或已二酸二辛脂和任何其它已知的塑化剂。塑化剂的量可在约15-50%（重量百分比）。

增塑了的聚合物板可在两个方面上取向，并可超过装置表面延伸，以排除气体介体，且以合适的方式固定在应有位置。

人们知道粘合力是电作用的机械力，由聚合物的极化产生的力和分子间的吸力（由在紧密接触区域内的双电层的产生）的总和。若气体介体尽可能加以排除的话，总的吸引力可达0.0001-100MPa。在约2MPa的情况下，该装置可用作操纵重物的机械手，显然，该装置可为任何特定目的而设计。

在很多使用情况下，聚合物层可在约4-1000mcm之间，且在到位时可有约0.0001和0.5MPa之间的拉伸强度。

电极应尽可能的薄，可用任何已知的方式施加于装置的表面，但最好采用真空沉积，也可以是蚀刻。其厚度可在约0.05和5mcm之间。

电压源可是交流或直流，根据使用需要加以选定。本发明的重要作用场合是在电子工业中用于半导体（如硅）片的研磨、抛光和超级研磨加工过程。以往是把对表面要安置的片采用胶粘剂来完成的，在必要的抛光后取下非常薄的片，然后再去掉粘着层。这就影响了所得到片要求的准确参数和抛光的精度。本发明不使用胶粘剂，可把这些片加工成满足超微工艺要求的必要的准确参数且厚度只有至今能达到厚度的几分之一。在这种情况下，该装置可作得很小，且可由小的干电池或任何其它的独立电源或任何其它电源供电。这些电极可为环形且可交替极性。

下面参照附图来说明本发明的一个实施例，其中：

图1是本发明装置表面的平面图;和

图2是其侧视图。

在图中，该装置包括放置电路的壳体10。该电路可包括干电池和振荡器（不可见）或任何其它电源。其表面12加工成具有光学精度，并包括有交替极性的环形电极14、16。该电极和表面由卡装在环20内的可塑的并定向的聚氯乙烯板所覆盖。

本发明用于其它场合的装置可加以特殊地设计。这些应用场合是多方面的，包括临时性固定、运输、组装和加工，本发明避免了使用机械的、机电的、吸引的、粘着和其它费工费力的和不合适的方法。其结果避免了多次加热、冷却、贴上、撕下、污染、对胶粘剂的清除和对粘剂的溶解，也避免了使用真空设备、不会引起毒性、爆炸发生和其它不方便。

本发明的诸多优点中包括用机床加工的速度控制方法，提高精度参数，改善质量，减少返修率，及节约了加工、能源、人员和其它费用。

本装置可在太空、水下、在腐蚀媒体中和遥控情况下使用。

其它应用包括仪器、电子、无线电、光学、中间产品（medial），机器制造，电介质和导电部件的机械加工，包装系统、窗、盖、热真空室，机器人设备，和在稀薄介质和辐射作用下处于各种温度情况的航天、宇航和宇宙火箭技术领域。

本发明也可使用在超微技术中，以实现过程自动化和显著提高工作效率，如热杂质的扩散、离子注入搀杂物、外延、封装、金属化、照相平版印刷术，微型电路的组装和气密封接。综合应用包括电子显示、校验和控制系统，这些系统具有用在自动线和生产部门的操作传感装置。

本发明的优点在于有损伤时易于去除和更换聚合物材料，即仅仅只需移开环，更换聚合物材料后再将该环复位。

现参见图3-8，这些图表示出电极的宽度及电极间的间隔的临界值。

为限定本发明，有必要对相应尺寸确定具体的关系，注意图3，它是图2中3-3线的剖视图。

在图4中，有关的尺寸表示为d、L和λ，d是电极14，16相距间隔的一半，L是聚合物层的厚度，λ等于2d加上电极的宽度。

这些尺寸的细节在图中给出，其中示出用于下面图5-8曲线的X和Y轴。

我们发现为得到最佳结果，下面的关系式必需遵守：

l/λ＜0.4

d/λ≤0.25

图5-8的曲线中示出了大量的试验得出的不同的尺寸关系。

从图5-7中可看出，最佳结果是在下面情况下得到的：

λ＝0.33

λ＝0.25

λ＝0.167

在图8中，显然最佳比值d/λ必小于或等于0.25。

还应注意间隔2d的宽度是由电极间弧形距离所限定的，这意味着L≤d和L≤λ，最小的许可宽度2d由该间隔的电场强度所限定。如果对选定的间隔2d需增加平均场强，距离λ应增大，最大的增加量受要加入物体尺寸的限制。

物品在本装置表面上固定的程度主要依赖于电极的宽度，但其尺寸也与在整个宽电极上电动力强度的下降有关。

很清楚，如要固定到表面上去的物品是电导体材料，粘着力由于相反极性充电得以施加。由此，如图3和4所示，相反的电荷分布在电极表面上，电介质的底面（经气隙d₁），电介质的顶面和该物品的底侧（经气隙d₂）。

如要固定的物品是一种电介质，粘着力由于整个装置表面上分布的非均匀场得以施加，该电场是有高梯度的正常电场强度。电介质物品朝向最大电场强度的区域移动，从而固定在该装置表面上。

由此，包含在所固定的电导体材料中的相反极性电荷和电介质的残留极化的相互作用过程，以及粘着力的粘合成分，由电介质的可塑性引起的分子间的相互作用，均对固定的效果有显著的影响。

就电介质物品来说，在聚合物膜材料中的迁移和偶极极化对固定力都有影响。

物品和装置的粗糙表面造成了不规则排列的一系列微穴，下面用Ra和Rz来表示，其中Ra是在基础长度临界限内物品表面偏离基准线的算术平均值;Rz是微穴的平均高度。

由此，假定2Ra近似等于d₁，而Rz/2为d₂，则有下面的关系式：

在Ra＝1.25mcm时;

d₂＝2Ra物品+2Ra电介质;

d₁＝2Ra电介质+2Ra基础;

或d₂＝R_Z物品/2+R_Z电介质/2

d₁＝Ra电介质/2＝R_Z基础/2

在Ra＝1.25mcm时;

d₂＝R_Z物品/2+R_Z电介质/2;

d₁＝R_Z电介质/2+R_Z基础/2。

Claims (9)

1、一种用于电粘合的装置包括一或多个电极，这些电极涂以能极化的聚合物，且在要粘合的物品上提供一致的(如平的)表面，该聚合物具有预定的可塑性，用以适应要粘合物品表面的任何凹凸不平，从而使聚合物表面和物品表面间出现的气体介体减至最小，还包括对电极充电和在物品上感应电场的电源。

2、如权利要求1的装置，其中装置表面，包括制备成基本上具有光学精度的电极。

3、如上述权利要求之一的装置，其中聚合物是聚氯乙烯。

4、如权利要求3的装置，其中聚氯乙烯是经增塑处理的。

5、如权利要求4的装置，其中增塑剂选自己二酸辛脂。

6、如上述权利要求之任一个的装置，其中聚合物是以双方向取向的。

7、如上述权利要求之任一个的装置，其中

L/λ＜0.4

d/λ≤0.25

其中d是电极间相距间隔的一半，L是聚合物层的厚度，λ等于2d加上电极的宽度。

8、如权利要求7的装置，其中λ在0.167和0.33之间，且比值d/λ大于或等于0.25。

9、一种处理半导体的方法，包括在根据上述权利要求之任一个的装置上将工件定位的步骤，然后再进行精加工操作。

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