伯努利吸盘的应用场景、原理及优势

本文详细介绍了伯努利吸盘的应用场景、原理、计算、以及优势。          

本文主要涉及到另一种十分重要的晶圆吸附技术-伯努利吸盘（Bernoulli grip或Bernoulli chuck）。  

  1 在半导体制造中的应用场景？   在半导体制造中，伯努利吸盘的应用主要集中在晶圆的搬运和定位方面，尤其是在需要避免直接接触晶圆表面的场合。一般被应用于易碎、脆，超薄基材的加工处理，比如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、铌酸锂（LN）、钽酸锂（LT）、薄硅、薄微机电系统（MEMS）晶圆等材料，这些基板的厚度甚至可以小于50微米。

  2 伯努利吸盘是什么？   伯努利吸盘是一种基于伯努利原理而工作的非接触式吸盘。伯努利原理是流体动力学中的一个基本概念，由18世纪的瑞士科学家丹尼尔·伯努利提出。伯努利原理指出，在流体流动中，流体速度增加会导致流体压力下降。反之，当流速减慢时，压力会增加。  

  伯努利吸盘工作时，外接的压缩空气在吸盘与待搬运物体表面之间的小间隙中高速流过。由于气流速度的增加，伯努利原理导致流经间隙的空气压力下降。于是在吸盘与物体之间形成一个低压区域。但是周围空气的压强比较高，将晶圆推向低压区域。这样，晶圆就可以在没有直接接触的情况下被吸附。  

3 伯努利吸盘吸附力的计算？   假如气体为理想流体，不考虑粘滞性及重力势能等因素，我们需要考虑气流速度、吸盘和物体之间的间隙高度、以及空气的密度等因素。吸力公式为：   F=A*1/2ρv^2   其中，A为吸盘下方作用区域的面积,m2。v为吸盘下方的气流速度，m/s。ρ为空气的密度，kg/m3。当吸盘与晶圆的空隙越小时，流速越高，压力差越大，即吸盘的吸力越大。  

  例如：假如气流速度为30m/s，吸盘与晶圆的作用面积为0.01平方米，空气密度为ρ=1.225kg/m3,那么吸盘的吸力为：   F=0.01*0.5*1.225*30*30=5.512N（牛顿）   4 伯努利吸盘的优势？   1，可以在不直接接触晶圆表面的情况下搬运晶圆，这减少了对晶圆表面造成的物理损伤或污染。  

  2，可以精确地控制晶圆的位置   3，不需要晶圆表面完全平整，即使晶圆表面有一定的粗糙度或不规则性，伯努利吸盘也能有效工作。   4，不需要与晶圆表面形成密封，可以用于各种不同材质的晶圆。  

审核编辑：黄飞