Детальная информация

Данная работа посвящена разработке и инженерному обоснованию конструкции подложкодержателя для установки магнетронного напыления (УМН). В работе рассматриваются вопросы фиксации, позиционирования подложек и обеспечения требуемых кинематических и температурных режимов в условиях вакуумной камеры. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Анализ технического задания на разработку подложкодержателя в составе вакуумной установки. 2. Проектирование 3D-модели узла в среде CAD (Компас-3D) с учетом требований сопряжения и условий эксплуатации. 3. Проведение конечно-элементного моделирования для оценки прочностных и тепловых характеристик системы (Ansys). 4. Выполнение модального анализа для исследования влияния динамических нагрузок на собственные частоты конструкции. 5. Верификация аналитических расчетов и интерпретация полученных данных напряженно-деформированного состояния (НДС) системы. Работа базируется на принципах прикладной механики и классической теории упругости. В процессе исследования был выполнен переход от построения геометрической модели к её дискретизации, заданию граничных условий (кинематических, статических и тепловых) и последующему решению уравнений равновесия системы. Особое внимание уделено учету вакуумной специфики, влиянию центробежных сил при вращении и тепловому воздействию плазмы на элементы конструкции. В результате были определены параметры напряженно-деформированного состояния, подтверждена устойчивость конструкции подложкодержателя и обоснована работоспособность узла в условиях непрерывного вращения и температурных градиентов. Разработанные рекомендации по выбору материалов и расчетные методики могут быть использованы для оптимизации узлов аналогичного назначения. Для достижения данных результатов в работе были использованы следующие информационные технологии и программное обеспечение: система параметрического проектирования «Компас-3D» (разработка 3D-модели) программный комплекс Ansys (проведение прочностного, теплового и модального анализов методом конечных элементов).

This thesis is devoted to the development and engineering justification of a substrate holder design for a magnetron sputtering system. The study addresses issues related to substrate fixation, positioning, and the provision of the required kinematic and thermal operating conditions within a vacuum chamber. The objectives addressed during the research were: 1. Analysis of the technical requirements for the development of a substrate holder as part of a vacuum system. 2. Design of a 3D model of the assembly in a CAD environment (KOMPAS-3D), taking into account assembly constraints and operating conditions. 3. Finite element modeling to evaluate the structural strength and thermal characteristics of the system (ANSYS). 4. Modal analysis to investigate the influence of dynamic loads on the natural frequencies of the structure. 5. Verification of analytical calculations and interpretation of the obtained stress-strain state (SSS) data of the system. The work is based on the principles of applied mechanics and classical elasticity theory. During the research, the process from geometric model development to its discretization, definition of boundary conditions (kinematic, static, and thermal), and subsequent solution of the system equilibrium equations was carried out. Particular attention was paid to vacuum-specific operating conditions, the influence of centrifugal forces during rotation, and the thermal impact of plasma on structural components. As a result, the parameters of the stress-strain state were determined, the structural stability of the substrate holder was confirmed, and the operational reliability of the assembly under continuous rotation and temperature gradients was substantiated. The developed material selection recommendations and calculation methodologies can be used to optimize components of similar purpose. To achieve these results, the following information technologies and software packages were used: the KOMPAS-3D parametric design system (for 3D model development) and the ANSYS software suite (for structural, thermal, and modal finite element analyses).