ES2251626T3 - Miembro de transferencia de obleas con conductividad electrica y metodo para su fabricacion. - Google Patents
Miembro de transferencia de obleas con conductividad electrica y metodo para su fabricacion.Info
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Abstract
Un miembro de transferencia para transferir al menos un artículo en procesos de fabricación de máquinas de precisión como dispositivos de pantalla de cristal líquido y semiconductores, que comprende: un cuerpo que tiene un material compuesto reforzado con fibra de carbono; caracterizado por una parte de polímero conductor de la electricidad dispuesta sobre dicho cuerpo, teniendo dicha parte de polímero conductor de la electricidad una porción para un contacto con el al menos un artículo durante la transferencia del al menos un artículo, y estando dicha parte de polímero conductor de la electricidad eléctricamente conectada al menos a una parte de las fibras de carbono del material compuesto reforzado con fibras de carbono de dicho cuerpo.
Description
Miembro de transferencia de obleas con
conductividad eléctrica y método para su fabricación.
Esta solicitud reivindica el beneficio de la
Solicitud Provisional U.S. Nº 60/334.587, presentada el 3 de
diciembre de 2001.
La presente invención se refiere a un miembro de
transferencia y su método de fabricación. Más particularmente, la
presente invención se refiere a un miembro de transferencia que es
adecuado para transferir materiales para equipamiento de precisión
como sustratos de vidrio para dispositivos de pantalla de cristal
líquido y obleas de silicio para semiconductores, así como su
método de fabricación.
Las siguientes revelaciones pueden ser relevantes
para diversos aspectos de la presente invención y pueden resumirse
brevemente de la siguiente manera:
En los procesos de fabricación de máquinas de
precisión como dispositivos de pantalla de cristal líquido y
semiconductores, se utiliza un miembro de transferencia para
transferir estos componentes. Dicho miembro de transferencia puede
estar instalado en un dispositivo como un robot industrial para
mover el miembro de transferencia. Los componen se colocan o se
fijan en el miembro de transferencia y se desplazan hasta la
ubicación deseada.
Los miembros de transferencia habitualmente están
hechos de un metal como aluminio. Sin embargo, con la creciente
necesidad de transferir grandes cantidades de componentes de
dispositivos de pantalla de cristal líquido u obleas de silicio,
es deseable una parte de transferencia hecha de un plástico ligero
reforzado con fibra de carbono (CFRP) de alta rigidez, baja
deflexión y alta resistencia al calor. En la técnica anterior, la
patente abierta japonesa (Kokai) Nº 11-354607 revela
una mano de un miembro de transferencia que comprende un laminado
de una capa formada por fibras de carbono y polímero y una capa de
metal, la patente abierta japonesa (Kokai) Nº
11-354608 revela una mano de un miembro de
transferencia que comprende un laminado de una capa preimpregnada
en la que fibras de carbono están dispuestas unidireccionalmente, y
la patente abierta japonesa (Kokai) Nº 2000-353476
revela un miembro de transferencia que comprende una estructura de
tres capas compuesta de capas superficiales de CFRP (plástico
reforzado con fibras de carbono) y una capa central.
Sin embargo, en los procesos de fabricación de
máquinas de precisión como dispositivos de pantalla de cristal
líquido y semiconductores, también es importante la reducción (o
eliminación) de la electricidad estática que se acumula en los
componentes. La electricidad estática en los componentes de
dispositivos de circuitos integrados y cristal líquido decolora la
superficie generando partículas finas en los entorno de trabajo o
causando una descarga destructiva, de manera que los productos son
defectuosos y se consideran pérdidas de rendimiento de producción.
Debido a la reciente demanda de componentes electrónicos con un
mayor grado de integración y miniaturización (en comparación con
los componentes electrónicos convencionales), existe la necesidad
de suprimir en mayor medida la generación de electricidad estática
durante los procesos de fabricación para el tratamiento de estos
componentes, en comparación con la tecnología convencional. La
patente abierta japonesa (Kokai) Nº 2000-216215
revela un miembro de transferencia hecho de materiales compuestos
reforzados con fibra de carbono, sobre los que se coloca la oblea
semiconductora o el substrato de cristal líquido y la superficie
del miembro de transferencia se recubre de metal para impedir la
dispersión de partículas como polvo de carbono.
En general, existen dos métodos comunes para
eliminar la electricidad estática: 1) descargar la electricidad
estática mediante una conexión a tierra (por ejemplo, el método de
puesta a tierra) y 2) neutralizar la electricidad estática
generando iones en la atmósfera (por ejemplo, el método de
neutralización iónica). La técnica anterior revela el uso de
material aislante que impide el uso del método de puesta a tierra.
Por ejemplo, la patente abierta japonesa (Kokai) Nº
9-36207 revela la tecnología de utilizar polímero de
poliimida contenido en carbono para formar un dedo sobre el que se
coloca el substrato. Otro ejemplo es la patente publicada japonesa
(Kohyo) Nº 10-509747 que revela un portador de
material compuesto antiabrasivo que consta de un polímero base
seleccionado entre rellenos de poliolefina y poliamida y fibra de
carbono molturada provistos de un diámetro de fibra determinado.
Además, la patente abierta japonesa (Kokai) Nº
11-106665 revela un miembro de transferencia
formado de un polímero termoplástico con una resistividad
superficial predeterminada y rellenos fibrosos conductores con una
resistividad volumétrica
predeterminada.
predeterminada.
Con los componentes sujetos y transferidos por el
miembro de transferencia de un aislante, como plásticos y
cerámicas, no se puede utilizar el método de puesta a tierra. Así
pues, para eliminar la electricidad estática de los componentes
transferidos por el miembro de transferencia, como CFRP, sólo se
aplica el método de neutralización iónica. Sin embargo, el método
de neutralización iónica también puede ser problemático. A veces,
los aparatos utilizados para generar iones para la neutralización
generan ruido electromagnético, partículas finas y ozono, creando
la posibilidad de que estos elementos generados tengan una
influencia negativa sobre los procesos de fabricación. Asimismo,
en el método de neutralización iónica, a veces se genera un sesgo
referente a la cantidad de cationes y aniones, y existe también una
posibilidad de que se genere electricidad estática adicional.
Es deseable disponer de métodos, además del
método de neutralización iónica, para el desarrollo de métodos
para eliminar la carga eléctrica generada en los componentes
transferidos por la parte de transferencia de un aislante como
CFRP.
Expuesto sucintamente, y según un aspecto de la
presente invención, se aporta un miembro de transferencia para
transferir al menos un artículo que comprende un cuerpo que tiene un
material compuesto reforzado con fibra de carbono y una parte de
polímero conductor de la electricidad dispuesta sobre dicho cuerpo,
teniendo dicha parte de polímero conductor de la electricidad una
porción para un contacto con el al menos un artículo durante la
transferencia del al menos un artículo, estando dicha parte de
polímero conductor de la electricidad eléctricamente conectada al
menos a una parte de las fibras de carbono del material compuesto
reforzado con fibras de carbono de dicho cuerpo.
Con relación a otro aspecto de la presente
invención, se aporta un método de fabricación del miembro de
transferencia para transferir al menos un artículo, que comprende
un cuerpo que tiene un material compuesto reforzado con fibra de
carbono y una parte de polímero conductor de la electricidad
dispuesta sobre dicho cuerpo, que comprende:
a) preparar un cuerpo que contiene un material
compuesto reforzado con fibra de carbono;
b) exponer al menos parte de las fibras de
carbono del un material compuesto reforzado con fibra de carbono de
dicho cuerpo; y
c) disponer una parte de polímero conductor de la
electricidad sobre dicho cuerpo de manera que la al menos una
parte expuesta de las fibras de carbono esté eléctricamente
conectada con la parte de polímero conductor de la
electricidad.
La invención se comprenderá más plenamente a
partir de la siguiente descripción detallada, tomada en relación
con las ilustraciones adjuntas, en las que:
La figura 1 es una vista en sección vertical que
muestra un ejemplo de la parte de transferencia de la presente
invención.
La figura 2 es una vista en sección vertical que
muestra otro ejemplo de la parte de transferencia de la presente
invención.
La figura 3 es una vista en alzado que muestra
otro ejemplo de la parte de transferencia de la presente
invención.
La figura 4 es una vista en alzado que muestra
otro ejemplo de la parte de transferencia de la presente
invención.
Aunque la presente invención se describirá en
relación con un ejemplo de realización preferente de la misma, se
entenderá que no se pretende limitar la invención a ese ejemplo de
realización. Por el contrario, se pretende abarcar todas las
alternativas, modificaciones y equivalencias que se puedan incluir
en el espíritu y al alcance de la invención según se define en las
reivindicaciones adjuntas.
Las siguientes definiciones se aportan como
referencia según la manera en que se utilizan en el contexto de
esta especificación y las reivindicaciones que la acompañan.
1. Cuerpo - Un miembro de transferencia
que tiene una parte que sujeta el artículo que se transfiere.
2. Preimpregnado - Tejido seco empapado
con una solución de resina de manera que la resina impregna el
tejido seco.
3. M6 - Es el diámetro nominal métrico de
un agujero perforado de 6 mm.
Un elemento clave de la presente invención son
las fibras de carbono de un único alquitrán. Combinando fibras de
carbono de un único alquitrán con polímeros epoxídicos
seleccionados, la presente invención aporta una variedad de
módulos (por ejemplo, de 100 GPa a más de 250 GPa) y capacidades
térmicas (por ejemplo, de 100ºC a más de 230ºC) y una opción
selladora de elevada pureza.
La presente invención revela un miembro de
transferencia de peso ligero con alta rigidez, resistencia térmica
y resistencia química, que mejora la transferibilidad de un artículo
transferido. Por ejemplo, una oblea de silicio para un
semiconductor y un substrato de vidrio para cristal líquido movidos
por el miembro de transferencia de la presente invención, eliminará
daños al artículo transferido causados por el entorno de la
transferencia y suprimirá eficazmente la electricidad estática del
artículo transferido utilizando el método de puesta a tierra a
diferencia de los métodos según la técnica anterior que sólo
utilizan el método de neutralización iónica.
La presente invención tiene un miembro de
transferencia para transferir un artículo, que está equipado con
un cuerpo del miembro de transferencia que contiene un material
compuesto reforzado con fibra de carbono y un polímero conductor
de la electricidad instalado en el cuerpo. El material compuesto
reforzado con fibra de carbono del cuerpo del miembro de
transferencia incluye al menos una capa de un preimpregnado
unidireccional en la que las fibras de carbono están dispuestas
sustancialmente en paralelo a la dirección longitudinal del
cuerpo. El material compuesto reforzado con fibra de carbono del
cuerpo incluye al menos una capa de un tejido preimpregnado que
contiene fibras de carbono, y al menos parte de las fibras de
carbono del preimpregnado y la parte de polímero conductor de la
electricidad están eléctricamente conectadas.
El material compuesto reforzado con fibra de
carbono del miembro de transferencia incluye: un plástico reforzado
con fibra de carbono (CFRP) y un material compuesto de carbono
reforzado con fibra de carbono (material compuesto C/C). El
material CFRP es preferible. El material de la matriz de material
compuesto de carbono reforzado con fibra de carbono comprende: un
polímero termoendurecible, un polímero termoplástico, carbono,
cerámica, metal y mezclas de los mismos. En la presente invención,
la matriz de preferencia comprende un polímero termoendurecible,
carbono o una mezcla de los mismos. Un polímero termoendurecible
puede ser: una resina epóxida, aramida, bismaleimida, fenol,
furano, urea, poliéster insaturado, epoxi acrilato, dialil ftalato,
éster de vinilo, poliimida termoendurecible, melamina y otros
materiales semejantes.
El material polímero termoplástico para la matriz
de la presente invención incluye: resina de poliimida, nylon,
poliamida aromática líquida, poliéster, poliéster aromático líquido,
polipropileno, polímero de poliétersulfona, sulfuro de
polifenileno, poliéter éter cetona, PEK, PEKK, LCP, polisulfona,
cloruro de polivinilo, vinilón, aramida, fluoropolímero y otros
materiales semejantes. El material cerámico para la matriz de la
presente invención incluye: alúmina, sílice, carburo de titanio,
nitruro de boro, nitruro de silicio y otros materiales semejantes.
Los materiales metálicos para la matriz de la presente invención
incluyen: titanio, aluminio, estaño, silicio, cobre, hierro,
magnesio, cromo, níquel, molibdeno, tungsteno y aleaciones que
contengan uno o más de estos metales.
Las fibras de carbono incluidas en el mencionado
material compuesto reforzado con fibra de carbono comprenden:
fibras de carbono tipo alquitrán de petróleo, fibras de carbono tipo
alquitrán de hulla, fibras de carbono de poliacrilonitruro (PAN) y
otras fibras semejantes. La resistencia eléctrica de las fibras de
carbono es normalmente de 1 a 30 \Omega\cdot\mum, y de
preferencia de 1 a 20 \Omega\cdot\mum. El material compuesto
reforzado con fibra de carbono puede incluir sólo una clase de
fibras de carbono y puede incluir también una estructura híbrida de
dos o más clases de estas fibras de carbono.
La forma de las fibras de carbono utilizadas en
el material compuesto reforzado con fibra de carbono incluye
refuerzo unidimensional, refuerzo bidimensional, refuerzo
tridimensional, refuerzo aleatorio y formas semejantes,
adecuadamente seleccionadas y adoptadas según el propósito a que se
destina el miembro de transferencia. Por ejemplo, las fibras de
carbono pueden ser en forma de fibras cortas, género tejido, género
no-tejido, material unidireccional, género tejido
bidimensional y género tejido tridimensional según se desee. Más
específicamente, las fibras de carbono pueden utilizarse en un
material con estructura de fieltro, ligamento panamá, género
trenzado (por ejemplo, género no-tejido compuesto
con fibras de carbono dispuestas en cruces paralelas o en forma
triangular con polímero de fusión en caliente), material
unidireccional, material seudoisotrópico, tejido liso, satén,
tejido cruzado, género seudo fino, género de fibras enredadas,
etc., que es laminado y se puede instalar en el mencionado material
compuesto reforzado con fibra de carbo-
no.
no.
La parte de polímero conductor de la electricidad
está eléctricamente conectada con al menos parte de las fibras de
carbono del cuerpo. El cuerpo hace contacto con el artículo cuando
el artículo es transferido. Una porción de la parte de polímero
conductor de la electricidad está en contacto con el artículo
transferido colocado sobre la misma. El contacto, entre el artículo
y el cuerpo, está eléctricamente conectado con la parte de
polímero conductor de la electricidad por medio de las fibras de
carbono. La presente invención aporta además contacto a un
conductor a
tierra.
tierra.
La parte de polímero conductor de la electricidad
incluye un polímero de poliimida. En la presente invención, el
material polimérico tiene conductividad eléctrica. Por ejemplo, un
material polimérico en el que se ha añadido un relleno conductor
de la electricidad a un polímero termoendurecible o termoplástico.
Otros materiales adecuados para el mencionado material polimérico
incluyen: un fluoropolímero, PEEK, PEKK, PEK, poliacetato,
polímero de nylon, poliimida aromática, polietersulfona, poliimida,
polieterimida, poliamidaimida, poliéster, polímero de cristal
líquido, polibencimidazol, poli(parafenileno benzobisaxazol)
(PBO), sulfuro de polifenileno, policarbonato, poliacrilato,
poliacetal o mezclas de dos o más de los mismos. Otros rellenos
conductores de la electricidad para ser usados en la presente
invención incluyen: polvos metálicos, negro de humo, fibras de
carbono, óxido de zinc, óxido de titanio, titanato potásico. Es
preferible, en la presente invención, que el material polimérico
contenga una poliimida que presente excelente resistencia a la
abrasión, propiedades antiestáticas y resistencia química; que
tenga estabilidad dimensional y procesabilidad mecánica para la
fabricación de un miembro de transferencia; y que no dañe
fácilmente artículos como substratos de vidrio u obleas al entrar
en contacto con ellos; y que no genere fácilmente partículas.
En la presente invención, la resistividad
volumétrica de la parte de polímero conductor de la electricidad
es normalmente de 10^{1} a 10^{12} \Omega\cdot\mum, y de
preferencia de 10^{4} a 10^{5} \Omega\cdot\mum.
Adicionalmente, la presente invención aporta un
método de fabricación para construir el miembro de transferencia
que incluye preparar un cuerpo de miembro de transferencia que
contiene un material compuesto reforzado con fibras de carbono. El
proceso expone una porción de las fibras de carbono del material
compuesto, y en el cuerpo del miembro de transferencia se instala
una parte de polímero conductor de la electricidad de manera que
se pueda conectar eléctricamente a las fibras de carbono expuestas.
La parte de polímero conductor de la electricidad se instala
uniendo el cuerpo del miembro de transferencia y la parte de
polímero conductor de la electricidad mediante un adhesivo
conductor de la electricidad. El método de fabricación para la
instalación de la parte de polímero conductor de la electricidad
consta de insertar la parte de polímero conductor de la
electricidad en un agujero o parte cóncava. El agujero y la parte
cóncava están configurados de manera que expongan las fibras de
carbono internas del material compuesto.
Otro aspecto de la presente invención es el
método para fabricar un miembro de transferencia con conductividad
eléctrica. Se puede utilizar un método para fabricar el material
compuesto reforzado con fibra de carbono como CFRP y el material
compuesto C/C conocido en la técnica. Por ejemplo, se puede
preparar el CFRP formando un preimpregnado mediante la impregnación
de las fibras de carbono de refuerzo con un polímero
termoendurecible seguida de su laminación y secado. Sin embargo, es
preferible obtener el CFRP con un módulo elástico prescrito
mediante laminación del preimpregnado de fibras de carbono de
refuerzo unidireccionales, es decir, un preimpregnado
unidireccional de manera que la dirección de las fibras sea de 0º y
90º, 0º, \pm 45º, y 90º o 0º, \pm 60º y 90º con respecto a la
dirección longitudinal de la parte de transferencia.
En la impregnación de las fibras de carbono de
refuerzo en el polímero termoendurecible, se aplica de preferencia
un método de fusión en caliente, que habitualmente calienta el
polímero hasta 60-90ºC y lo impregna en las fibras
de refuerzo. El contenido de polímero termoendurecible en la
fabricación del preimpregnado es generalmente de
20-50% en peso, y de preferencia
25-45% en peso, con respecto al peso total de las
fibras de refuerzo.
En caso necesario, se puede añadir un relleno al
polímero que constituye el preimpregnado. Materiales de relleno
pueden ser: mica, alúmina, talco, sílice en forma de polvo fino,
wollasonita, sepiolita, sulfato de magnesio básico, carbonato
cálcico, politetrafluoroetileno en polvo, zinc en polvo, aluminio
en polvo y partículas orgánicas finas como partículas acrílicas
finas, partículas finas de polímeros epoxídicos, partículas finas
de poliamida y partículas finas de poliuretano, así como otros
materiales semejantes. El preimpregnado se lamina en la forma
apropiada sobre la parte de transferencia y es calentado y curado a
110-150ºC entre 30 minutos y 3 horas en un
autoclave o mediante una prensa, a fin de obtener el CFRP. Con
dicho método, se puede obtener CFRP con cualidades estables y pocos
vacíos.
El material compuesto C/C también se puede
fabricar mediante un método conocido. Por ejemplo, se utilizan
fibras de carbono de forma semejante a las fibras de carbono
utilizadas para la fabricación del CFRP antes descrita. Se forma
una preforma (es decir, una pieza formada en un paso intermedio del
proceso) mediante impregnación de la preforma en un polímero matriz
como un polímero termoplástico y un polímero termoendurecible, y a
continuación se carboniza mediante un proceso isostático en
caliente (p. ej., HIP) o un método similar de manera que pueda
formarse la matriz carbonizada sobre las fibras de carbono. La
carbonización puede realizarse calentando la preforma de la manera
descrita hasta 500ºC, de preferencia 300ºC, en un gas inerte.
El compuesto C/C incluye una sustancia
alquitranosa como las que utilizan alquitrán de hulla, alquitrán de
petróleo, alquitrán sintético, alquitrán isotrópico y alquitrán de
mesofase como materias primas. Y también un polímero termoplástico
que puede incluir: resina de poliimida, polímero fenólico, polímero
epoxídico, polímero de furano y polímero de urea, y un polímero
termoendurecible como polímero fenólico, polímero epoxídico,
polímero de furano, polímero de urea y otros materiales
semejantes.
El alquitrán, el polímero termoendurecible o el
polímero termoplástico también se pueden mezclar con un relleno y
aportarse al proceso para formar la matriz. Ejemplos de materiales
de relleno son: polvo de carbono, polvos de grafito, polvos de
carburo de silicio, polvos de sílice, filamentos de fibra de
carbono, fibras cortas de carbono y fibras cortas de carbono
silicio.
Otro ejemplo del método para producir el material
compuesto C/C es formar una matriz uniendo un carbono térmicamente
descomponible a las fibras de carbono mediante deposición química en
fase de vapor (CVD), infiltración química en fase de vapor (CVI) o
algún proceso semejante para crear el material compuesto C/C. El
material compuesto C/C así obtenido puede someterse además a un
tratamiento de miniaturización. En particular, la densidad del
material compuesto se puede mejorar repitiendo el proceso de
formación de la matriz.
El cuerpo del miembro de transferencia de la
presente invención puede formarse a partir únicamente del material
compuesto reforzado con fibras de carbono o mediante la combinación
de la fibra compuesta reforzada con fibra de carbono y otros
materiales como plástico reforzado con fibra de vidrio (GFRP). Los
otros materiales incluyen estructuras como de colmena, de cuerpo
poroso o de plancha
ondulada.
ondulada.
El material compuesto reforzado con fibra de
carbono del miembro de transferencia consta de una pureza de menos
de 15 ppm de agua y menos de 1 ppm de gas hidrógeno evolucionado
bajo un vacío de 10^{-5} Pa, con un estado de temperatura desde
25ºC a 250ºC, con una tasa de incremento regular de
10ºC/minuto.
El cuerpo se puede preparar sometiendo el cuerpo
moldeado, que contiene el material compuesto reforzado con fibra
de carbono obtenido según el método antes descrito, a un proceso
como recortar el cuerpo hasta la forma deseada. Con semejante
tratamiento se puede obtener el cuerpo de la forma deseada con una
elevada precisión. Asimismo, resulta fácil lograr una conexión
eléctrica entre las fibras de carbono y la parte de polímero
conductor de la electricidad, como se describe a continuación. Y en
caso necesario, se pueden aplicar, al cuerpo, agentes de
recubrimiento para impedir la generación de partículas desde la
superficie de trabajo. Como agente de recubrimiento se puede
utilizar un polímero termoendurecible como un polímero epoxídico y
cera de silicona.
Un ejemplo del cuerpo del miembro de
transferencia de la presente invención es una estructura alargada
con forma de placa, con capas superficiales posicionadas sobre
ambas superficies de la placa y una capa central posicionada entre
las capas superficiales. Las capas superficiales tienen una primera
capa de material compuesto reforzado con fibras de carbono que
contiene fibras de carbono orientadas en un ángulo de -20º a +20º
con respecto a la dirección longitudinal de la parte de
transferencia y tienen un módulo de tracción elástica de
500-1.000 GPa. La segunda capa es una capa de
material compuesto reforzado con fibras de carbono que contiene
fibras de carbono, orientadas en un ángulo de +75º a +90º y/o -75º a
- 90º con respecto a la dirección longitudinal de la parte de
transferencia y tienen un módulo de tracción elástica de
200-400 GPa. Las capas superficiales tienen una
tercera capa compuesta reforzada con fibra de carbono que está
orientada en un ángulo de +30º a +60º y/o -30º a -60º con respecto
a la dirección longitudinal de la parte de transferencia y tienen
un módulo de tracción elástica de 500 - 1.000 GPa. La proporción del
espesor de las tres capas superficiales con respecto al grosor
total de las capas superficiales y la capa central es de
20-80%, de preferencia 60-80%. El
contacto se puede conectar eléctricamente a la parte de polímero
conductor de la electricidad mediante fibras de carbono de las
capas superficiales. Asimismo, la capa central, además de o en
lugar de la mencionada tercera capa superficial de material
compuesto reforzado con fibra de carbono, puede incluir otra capa
de material con una estructura como de colmena, de cuerpo poroso
y/o una placa ondulada, y también su pueden utilizar vacíos. En la
superficie más exterior del cuerpo se puede disponer una capa de
tela hecha de materiales fibrosos como fibras de carbono, con lo
que el procesamiento de los miembros de transferencia resulta más
fácil que si la capa de tela no estuviera presente. Y si las capas
de tela están hechas con fibra de carbono, la conexión eléctrica
entre el contacto y la parte de polímero conductor de la
electricidad resulta más fácil.
El miembro de transferencia de la presente
invención consta de un cuerpo que tiene un material compuesto
reforzado con fibra de carbono y una parte de polímero conductor de
la electricidad que está eléctricamente conectada a al menos parte
de las fibras de carbono del cuerpo y que tiene una porción para
entrar en contacto con un artículo transferido al colocarlo sobre
el cuerpo. El área en que el miembro de transferencia establece
contacto con el artículo puede ser la superficie del extremo distal
del miembro de transferencia, y la parte de polímero conductor de
la electricidad.
En el miembro de transferencia de la presente
invención, la conexión eléctrica de la parte de polímero conductor
de la electricidad con al menos parte de las fibras de carbono del
cuerpo se puede conseguir: preparando el cuerpo que contiene el
material compuesto reforzado con fibras de carbono, dejando al
descubierto la parte de las fibras de carbono del material
compuesto e instalando la parte de polímero conductor de la
electricidad en el cuerpo de manera que se pueda conectar
eléctricamente con las fibras de carbono expuestas. La exposición
de las fibras de carbono se puede conseguir formando el cuerpo del
miembro de transferencia como un cuerpo moldeado que contenga el
material compuesto reforzado con fibras de carbono y formando un
agujero o parte cóncava recortando una porción del mismo. (P. ej.:
normalmente, cuando se fabrica un cuerpo moldeado que contiene un
material compuesto reforzado con fibras de carbono, su superficie se
recubre con una matriz, y las fibras de carbono no quedan
expuestas. Así, si se corta una porción del cuerpo, las fibras de
carbono quedan al descubierto.)
La conexión eléctrica de las fibras de carbono
expuestas y la parte de polímero conductor de la electricidad
puede producirse uniendo el cuerpo y la parte de polímero conductor
de la electricidad mediante un adhesivo conductor en una porción
de la parte de polímero conductor de la electricidad distinta de la
porción para el contacto con un artículo transferido en la
superficie del cuerpo que contiene la superficie recortada o
insertando la parte de polímero conductor de la electricidad en el
agujero o parte cóncava formado en el proceso para exponer las
fibras de carbono del cuerpo. Sin embargo, el método para unir el
cuerpo y la parte de polímero conductor de la electricidad no es
crítico, y se puede utilizar cualquier método en que la parte de
polímero conductor de la electricidad se pueda conectar
eléctricamente con al menos parte de las fibras de carbono que
forman el cuerpo y otra porción en la que pueda colocarse un
artículo transferido en contacto con la misma.
La parte de transferencia de la presente
invención puede equiparse con sólo una parte de polímero conductor
de la electricidad o con varias partes de polímero conductor de la
electricidad. Cuando se utilizan varias partes de polímero
conductor de la electricidad, una o más de ellas pueden estar
eléctricamente conectadas con las fibras de carbono.
La parte de transferencia de la presente
invención puede equiparse además con un contacto a un conector de
puesta a tierra. El mencionado contacto está conectado con la parte
de polímero conductor de la electricidad a través de al menos
parte de las fibras de carbono, de manera que la electricidad
estática de un artículo que esté en contacto con la parte de
polímero conductor de la electricidad pueda eliminarse por el
método de puesta a tierra. El mencionado contacto puede ser
sencillamente el de la superficie expuesta de las fibras de
carbono formada al cortar el cuerpo o puede consistir también en un
electrodo metálico si se desea.
La forma de la parte de transferencia de la
presente invención puede ser alargada como ya se ha mencionado,
aunque también se puede adoptar para su uso en la presente invención
una variedad de formas tales como una forma de placa, una forma de
varilla, una forma de horquilla, una forma de colmena, una forma de
varilla hueca, una forma de T, una forma de I, una forma de
superficie curvada o una forma combinada. Típicamente, el miembro
de transferencia de la presente invención puede tener un área en
contacto con el artículo transferido en su extremo distal o puede
tener el contacto en su extremo proximal. El miembro de
transferencia de la presente invención puede tener una forma en que
sólo la parte de polímero conductor de la electricidad haga
contacto con el artículo transferido o una forma en que tanto la
parte de polímero conductor de la electricidad como el cuerpo
hacen contacto con el artículo transferido y lo sostienen. El
extremo proximal está fijado a un dispositivo para mover el
miembro de transferencia como un robot industrial. El dispositivo
opera de tal manera que el artículo que es transferido puede estar
colocado o sujeto en el extremo distal para permitir la
transferencia del artículo.
A continuación se hace referencia a las
ilustraciones para una descripción detallada de la presente
invención. De aquí en adelante se explicarán ejemplos de la parte
de transferencia de la presente invención en referencia a las
figuras.
La figura 1 es una sección transversal en la que
el miembro de transferencia aparece cortado en una sección
vertical, incluyendo su dirección longitudinal. Un cuerpo 11 tiene
una forma de placa alargada, y está formado de un material
compuesto reforzado con fibra de carbono, y tiene una parte cóncava
15 en la superficie superior de su extremo distal. La parte cóncava
15 se produce formando un cuerpo moldeado hecho de un material
compuesto reforzado con fibra de carbono y cortándolo en la forma
que se muestra. Una parte de polímero conductor de la electricidad
12 tiene una parte convexa que encaja en la parte cóncava 15 y va
montada en el cuerpo 11 mediante un adhesivo conductor de la
electricidad o fijándola a presión en la parte cóncava 15. En el
extremo proximal del cuerpo 11 se instala un contacto 16 con un
conector de puesta a tierra 14 y se conecta con el conector de
puesta a tierra 14. En el uso real, el contacto 16 puede conectarse
directamente con el conector de puesta a tierra 14 o también puede
conectarse a tierra a través de un dispositivo como un robot
industrial para mover el miembro de transferencia. El contacto 16
también puede tener una estructura adaptada a cada forma de
tierra. El cuerpo 11 se forma por laminación de hojas preimpregnadas
unidireccionales. En el cuerpo 11, las fibras de carbono o parte
de ellas están dispuestas sustancialmente en paralelo a la
dirección longitudinal del cuerpo 11, es decir, en la dirección de
posición distal a posición proximal. Así, la parte de polímero
conductor de la electricidad 12 y el contacto 16 están
eléctricamente conectados a través de las fibras de carbono del
cuerpo 11, y al transferir un artículo, el artículo hace contacto
con la parte de polímero conductor de la electricidad 12 de manera
que fluye una corriente en la dirección de la flecha 13, con lo que
se elimina la
corriente.
corriente.
A continuación se hace referencia a la figura 2,
que muestra una vista en sección vertical de otro ejemplo de la
parte de transferencia de la presente invención. En un cuerpo de
miembro de transferencia 21, se forma un agujero 25 que penetra en
el cuerpo 21 en la dirección del espesor, y se monta una parte de
polímero conductor de la electricidad 22 con una forma
correspondiente al agujero 25. El conductor de puesta a tierra 24
está conectado con el contacto 26 de una manera semejante a la
descrita en la figura 1. La parte de polímero conductor de la
electricidad 22 está eléctricamente conectada con un contacto 26 a
través de las fibras de carbono dispuestas sustancialmente en
paralelo con la dirección longitudinal del cuerpo 21, es decir, en
la dirección de posición distal a posición proximal del cuerpo 21.
Así, al transferir un artículo, el artículo hace contacto con la
parte de polímero conductor de la electricidad 22 de manera que
fluye una corriente en la dirección de la flecha 23, con lo que se
elimina la corriente (se descarga la electricidad estática).
A continuación se hace referencia a la figura 3,
que muestra una vista en alzado de un ejemplo del miembro de
transferencia de la presente invención. Un cuerpo 31 tiene una
estructura en forma de horquilla, y en cada uno de sus extremos
bifurcados va montada una parte de polímero conductor de la
electricidad 32. El cuerpo 31 se forma por laminación de láminas de
tela preimpregnada. En el cuerpo 31, las fibras de carbono de la
tela preimpregnada se cruzan y se extienden en la dirección
longitudinal y la dirección en anchura del miembro de
transferencia 31. Por consiguiente, la parte de polímero conductor
de la electricidad 32 está eléctricamente conectada con un
contacto 36 a través de dichas fibras de carbono, y al transferir
un artículo, el artículo hace contacto con la parte de polímero
conductor de la electricidad 32 de manera que fluye una corriente
en la dirección de la flecha 33, con lo que se elimina la corriente
(se descarga la electricidad estática). El conductor de puesta a
tierra 34 está conectado con el contacto 36 de una manera semejante
a la descrita en la
figura 1.
figura 1.
A continuación se hace referencia a la figura 4,
que muestra una vista en alzado de otro ejemplo del miembro de
transferencia de la presente invención. El cuerpo 41 tiene una
estructura en forma de horquilla. En el cuerpo 41, las fibras de
carbono o parte de ellas están dispuestas esencialmente en paralelo
a la dirección longitudinal, es decir, en la dirección de posición
distal a posición proximal del cuerpo 41. Una parte de polímero
conductor de la electricidad 42 está montada en la posición indicada
en la figura 4 de manera que está eléctricamente conectada con un
contacto 46 a través de las fibras de carbono. El conductor de
puesta a tierra 44 está conectado con el contacto 46 de una manera
semejante a la descrita en la figura 1. Así, al transferir un
artículo, el artículo hace contacto con la parte de polímero
conductor de la electricidad 42 de manera que fluye una corriente
en la dirección de la flecha 43, con lo que se elimina la corriente
(se descarga la electricidad estática).
El miembro de transferencia de la presente
invención consta de un cuerpo que comprende un material compuesto
reforzado con fibra de carbono y una parte de polímero conductor de
la electricidad que está eléctricamente conectada con al menos
parte de las fibras de carbono de dicho cuerpo y que tiene una
porción para hacer contacto con un artículo transferido que se
coloca sobre el mismo, y puede mejorar la transferibilidad de un
artículo transferido como obleas de silicio para semiconductores o
substratos de vidrio para cristal líquido, eliminar daños a los
artículos transferidos debidos al entorno de transferencia y
fabricarse fácilmente, y tiene cualidades de ligereza, alta rigidez
y alta resistencia térmica debido a que el cuerpo contiene un
material compuesto reforzado con fibra de carbono, y la parte de
polímero conductor de la electricidad asociada con el cuerpo puede
además eliminar eficazmente la electricidad estática de un artículo
por el método de puesta a tierra. Por consiguiente, componentes
como obleas y substratos de vidrio en gran escala, que requieren un
manejo muy preciso, pueden transferirse favorablemente sin
disminuir la calidad ni la producción. Así pues, la parte de
transferencia es muy útil en los procesos de fabricación de
equipamiento como equipamiento de precisión. Asimismo, en el
método para la fabricación del miembro de transferencia de la
presente invención, la mencionada parte de transferencia se puede
fabricar de una manera sencilla.
Los siguientes ejemplos de aplicación y ejemplos
comparativos se aportan para explicar con más detalle la invención
y no pretenden limitar la presente invención a los ejemplos
descritos.
Ejemplo
1
Se fabricó un miembro de transferencia provisto
de una parte de polímero conductor de la electricidad y un cuerpo
hecho de CFRP. En primer lugar se preparó una capa superficial
utilizando una fibra de carbono de alquitrán. Las fibras de
carbono de tipo alquitrán con un módulo de tracción elástica de 800
GPa se estiraron unidireccionalmente, se alinearon y se impregnaron
con un polímero epoxídico, a fin de preparar hojas de preimpregnado
unidireccionales. Se laminaron varios preimpregnados de manera que
la dirección de las fibras de carbono fuese 0º (es decir, la misma
dirección) con respecto a la dirección longitudinal de la parte de
transferencia. La hoja laminada se trató en un autoclave, con lo
que se produjo una capa superficial con un espesor de
aproximadamente 1,3 mm.
A continuación se produjo la capa central. Fibras
de carbono de tipo alquitrán con un módulo de tracción elástica de
600 GPa se estiraron unidireccionalmente, se alinearon y se
impregnaron con un polímero epoxídico, a fin de preparar hojas de
preimpregnado unidireccionales. Se laminaron varios preimpregnados
de manera que la dirección de las fibras de carbono fuese 90º con
respecto a la dirección longitudinal de la parte de transferencia.
La hoja laminada se trató en un autoclave, con lo que se produjo una
capa central con un espesor de aproximadamente 1,5 mm.
A continuación se fabrica el cuerpo con CFRP. La
capa central antes descrita se dispuso entre dos láminas de capa
superficial antes descrita y se fijó con un adhesivo
termoendurecible conductor de la electricidad, de manera que se
obtuvo un laminado con las capas superficiales en las superficies
superior e inferior y la capa central entre ellas. Sobre las
superficies de dos capas superficiales se adhirió un preimpregnado
de tejido (satén, aproximadamente 0,1 mm de espesor) de fibras de
carbono con un módulo de tracción elástica de 230 GPa para formar
una capa de tela que a continuación se calentó bajo presión,
obteniéndose así una placa de CFRP. En la placa de CFRP se formó un
agujero M6, con lo que se obtuvo un cuerpo con una longitud de 600
mm, una anchura de 240 mm y un espesor de 4,3 mm.
A continuación se fabrica el miembro de
transferencia. En el extremo distal de la superficie superior del
cuerpo de CFRP (fabricado según se ha descrito) se formaron tres
agujeros con un diámetro interior de 3 mm que penetraban en la
dirección del espesor. Tres almohadillas de un polímero conductor
de la electricidad con una resistencia volumétrica de 10^{4}
\Omega\cdotcm, provistas de partes cóncavas que encajaban en
dichos agujeros y que incluían un polímero de poliimida (Vespel®
SP-102 producido por DuPont) se instalaron
respectivamente en cada uno de dichos agujeros mediante encaje a
presión, con lo que se creó un miembro de transferencia.
Ejemplo
2
Los tres primeros pasos del Ejemplo 1 se aplican
también a este ejemplo. A continuación, se fabricó un ejemplo de
realización alternativo del miembro de transferencia. En el extremo
distal de la superficie superior del cuerpo obtenido en el Ejemplo
1 se formaron tres agujeros con un diámetro interior de 3 mm y una
profundidad de 1 mm. Tres almohadillas de un polímero conductor de
la electricidad con una resistencia volumétrica de 10^{4}
\Omega\cdotcm, provistas de partes cóncavas que encajaban en
dichos agujeros y que incluían un polímero de poliimida (Vespel®
SP-102 producido por DuPont) se instalaron
respectivamente en cada uno de dichos agujeros mediante encaje a
presión, con lo que se creó un miembro de transferencia.
Ejemplo
3
Los miembros de transferencia obtenidos en los
Ejemplos 1 y 2 se instalaron respectivamente en un dispositivo de
transferencia, y a continuación los miembros de transferencia se
conectaron a tierra. A continuación, una oblea de silicio de unos
300 mm de diámetro, que era un artículo por transferir, se cargó
con unos 2 Kv utilizando una fuente de energía para forzar la
carga. Después, la oblea de silicio cargada se colocó de manera que
entrara en contacto con las tres almohadillas de polímero de los
miembros de transferencia y se mantuvo durante un lapso de tiempo
de unos 3 segundos a fin de que la carga de tensión pudiera
disiparse a través del miembro de transferencia conductor de la
electricidad. A continuación se midió la tensión de carga de la
oblea con un voltímetro electrostático (de Shishido Electrostatics,
Ltd., modelo STATIRON DZ3) para comprobar el funcionamiento del
miembro de transferencia conductor de la electricidad. El voltímetro
indicó que la tensión de carga de la oblea se había disipado a
menos de 200 voltios tras su contacto con el miembro de
transferencia durante tres (3) segundos, confirmando así que la
eliminación de la electricidad estática se había logrado
eficazmente.
Ejemplo
comparativo
En este ejemplo comparativo se fabricó un miembro
de transferencia cerámico. En una placa de aluminio de 600 mm de
longitud, 240 mm de anchura y 4,3 mm de espesor se formó un agujero
M6, con lo que se creó un cuerpo. De manera semejante a los
ejemplos 1 y 2 antes descritos, se instalaron en el cuerpo tres
almohadillas hechas de un polímero conductor de la electricidad,
que incluían un polímero de poliimida y tenían una resistencia
volumétrica de 10^{4} \Omega\cdotcm, con lo que se crearon
miembros de transferencia. Estos miembros de transferencia se
sometieron a una prueba para determinar si se eliminaba la
electricidad estática de manera semejante al Ejemplo 3 antes
descrito. En contraste con el Ejemplo 3, se confirmó que la tensión
de carga de la oblea de silicio raramente cambiaba antes y después
de la prueba, y que la electricidad estática no se podía eliminar
tras una medición de tres (3) segundos y se mantenía en un valor
superior a 1.600 voltios. (La tensión se midió utilizando un
voltímetro electrostático de Shishido Electrostatics, Ltd., modelo
STATIRON DZ3.)
En consecuencia, es evidente que se ha aportado,
según la presente invención, un miembro de transferencia con
conductividad eléctrica y su método de fabricación, que satisface
plenamente los propósitos y ventajas anteriormente expuestos.
Aunque esta invención se ha descrito en conjunción con un ejemplo
específico de realización de la misma, es obvio que muchas
alternativas, modificaciones y variaciones serán evidentes para las
personas expertas en la técnica. En consecuencia, se pretende
abarcar todas aquellas alternativas, modificaciones y variaciones
que entren en el espíritu y el alcance más amplio de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (9)
1. Un miembro de transferencia para transferir al
menos un artículo en procesos de fabricación de máquinas de
precisión como dispositivos de pantalla de cristal líquido y
semiconductores, que comprende:
un cuerpo que tiene un material compuesto
reforzado con fibra de carbono;
caracterizado por una parte de polímero
conductor de la electricidad dispuesta sobre dicho cuerpo, teniendo
dicha parte de polímero conductor de la electricidad una porción
para un contacto con el al menos un artículo durante la
transferencia del al menos un artículo, y estando dicha parte de
polímero conductor de la electricidad eléctricamente conectada al
menos a una parte de las fibras de carbono del material compuesto
reforzado con fibras de carbono de dicho cuerpo.
2. El miembro de transferencia de la
reivindicación 1, en el que dicho material compuesto reforzado con
fibra de carbono consta de una pureza de menos de 15 ppm de agua y
menos de 1 ppm de gas hidrógeno evolucionado bajo un vacío de
10^{-5} Pa, con un estado de temperatura desde 25ºC a 250ºC, con
una tasa de incremento regular de 10ºC / minuto.
3. El miembro de transferencia de la
reivindicación 1 o 2, en el que dicho cuerpo tiene un extremo
proximal en el que se aporta un contacto de toma de tierra a un
conector de puesta a tierra, y dicho contacto con el artículo está
eléctricamente conectado con dicha parte de polímero conductor de
la electricidad a través de dicha al menos parte de las fibras de
carbono.
4. El miembro de transferencia de la
reivindicación 1 o 3, en el que dicho material compuesto reforzado
con fibra de carbono de dicho cuerpo comprende al menos una capa de
un preimpregnado unidireccional que tiene fibras de carbono
dispuestas sustancialmente en paralelo a la dirección longitudinal
de dicho cuerpo, y al menos parte de las fibras de carbono de dicho
preimpregnado unidireccional y dicha parte de polímero conductor
de la electricidad están eléctricamente conectadas.
5. El miembro de transferencia de la
reivindicación 1 o 3, en el que dicho material compuesto reforzado
con fibra de carbono de dicho cuerpo comprende al menos una capa de
un preimpregnado de tela que contiene fibras de carbono y al menos
parte de las fibras de carbono de dicho preimpregnado y dicha parte
de polímero conductor de la electricidad están eléctricamente
conectadas.
6. El miembro de transferencia de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha parte de polímero
conductor de la electricidad comprende uno o más de: una poliimida,
resina epóxida, aramida, bismaleimida, fenol, furano, urea,
poliéster insaturado, epoxi acrilato, dialil ftalato, éster de
vinilo, melamina, polímero de nylon, polímero de poliamida
aromática líquida, polímero de poliéster, polímero de poliéster
aromático líquido, polímero de polipropileno, polímero de
poliétersulfona, polímero de sulfuro de polifenileno, polímero de
poliéter éter cetona, polímero de poliéter cetona, polímero de
polisulfona, polímero de cloruro de polivinilo, polímero de
vinilón, polímero de aramida, polímero de cristal líquido,
poli(parafenileno benzobisaxazol) o fluoropolímero.
7. Un método de fabricación del miembro de
transferencia de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que
comprende:
a) preparar un cuerpo que contiene un material
compuesto reforzado con fibra de carbono;
b) exponer al menos parte de las fibras de
carbono del material compuesto reforzado con fibra de carbono de
dicho cuerpo; y
c) disponer una parte de polímero conductor de la
electricidad sobre dicho cuerpo de manera que la al menos una
parte expuesta de las fibras de carbono esté eléctricamente
conectada con la parte de polímero conductor de la
electricidad.
8. El método de fabricación de la reivindicación
7, en el que dicha parte de polímero conductor de la electricidad
se dispone sobre dicho cuerpo utilizando un adhesivo conductor de la
electricidad.
9. El método de fabricación de la reivindicación
7, en el que el paso de disponer comprende insertar dicha parte de
polímero conductor de la electricidad en una abertura definida o
parte cóncava formada para exponer al menos parte de las fibras de
carbono.
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