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NFX|涂层装置TopLid热应力分析

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在半导体生产设备中的一种增粘涂层装置，通过热装置（heater block）接受的热量，确认toplid被加热的温度分布，以及温度和温度变化引起的结构变形应力结果，判断结构的安全性。

1:模型几何力学处理

简化不必要的几何体，因结构是对称结构，在数值计算中，可取YZ平面对称模型即可。

2.材料特性

可通过NFX中材料库里的数据定义

3.网格划分

单元特性：3D实体单元

网格划分选择自动实体网格划分-高速四面体网格

模型体量：节点数30,473和单元数119,092

4.热载荷

Toplid底部（与Heater Block相对）定义热通量

在与冷却管接触的面上定义恒温荷载T=80℃

热对流

为暴露在外部空气中的面定义对流

大气温度25℃，热对流系数

在对称面上定义YZ对称约束

Tx,Ry,Rz自由度约束

在销钉固定位置定义XZ方向约束

Tx,Tz自由度约束

在销钉和hinge固定处约束Y方向约束

结果查看

热传递结果

整体温度结果

最高温度189.97℃（Toplit底部位置）

最低温度78.23℃（Toplit边缘位置）

热应力结果

在Toplid中，因热膨胀在棱角处产生最大位移0.83mm

Toplid垂直方向上最大位移0.08mm

应力评估

依据ASME2020 SEC.VIII,DIV.2进行结构安全评定，根据规范发生热变形的toplid结构在主应力(primary)+次应力(Secondary)与Sps(max.(2*Syor3*Sm))进行比对

各材料应力结果-AL6061

最大Von-mises应力:144.06Mpa

材料:SUS304

最大Von-mises应力:166.49Mpa

材料:Ceramic

最大Von-mises应力:231.94Mpa

结论

本案例是针对半导体生产设备中CVD腔的Toplid进行热传导及热应力分析，判断结构的安全性

最高温度189.97℃，Toplit底部位置(与Heater Block相对),整体位移结果0.83mm，垂直方向最大位移0.08mm

依据ASME 2020 SEC.VIII,DIV.2对各材料的容许应力与Sps值(max.(2*Syor3*Sm))进行比对，所有部件的安全系数均在1.99以上，确保了结构的安全

来源：midas机械事业部

半导体 NFX 材料

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首次发布时间：2023-03-21

最近编辑：1年前

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