Сборочная единица - это изделие, полученное в результате соединения его составных частей в процессе сборки. Сборочная единица может состоять из деталей, более простых сборочных единиц и покупных изделий. Примером сборочной единицы может служить катодный узел, металлокерамическая ножка электровакуумного прибора, полупроводниковая пластина с готовыми структурами и выводами и т. д.
Электронный прибор - (электровакуумный или полупроводниковый) - это электронное устройство, которое состоит из деталей и сборочных единиц, соединенных между собой, и имеет самостоятельное конструктивное и эксплуатационное назначение.
Интегральная микросхема (ИС) - это микроминиатюрное электронное устройство с высокой плотностью компоновки элементов электрической схемы, выполненных как единое конструктивное целое. Различают несколько типов микросхем:
Полупроводниковая ИС - это микросхема, структура которой выполнена в полупроводниковом материале;
Пленочная ИС - это микросхема, пленочные элементы и соединения которой выполнены на изолирующей подложке;
Гибридная ИС - это микросхема, состоящая из дискретных приборов и пленочных элементов микросхем;
Совмещенная ИС - это микросхема, сочетающая в себе элементы полупроводниковой и пленочной ИС.
Объекты производства определяются по ГОСТ 2.101-68 ЕСКД
1.4.8. Критерии выбора технологического процесса
Основными критериями для выбора оптимального варианта технологического процесса является себестоимость материала, заработной платы рабочих и суммы косвенных затрат, исчисляемых в процентах к заработной плате. При сравнительном анализе ТП нет необходимости определять полную себестоимость достаточно ограничится технологической себестоимостью, которая зависит от варианта ТП. Для упрощения анализа расчётов исключают все малозначительные затраты, которые существенно не влияют на результат, тогда техническая себестоимость единица продукции выражается соотношением:
С1 = a+b/Nгод,
где: а - текущие расходы на одну деталь;
b - одновременные расходы на годовую программу;
NГОД - годовая программа выпуска.
Из приведённого уравнения следует, что при равных условиях себестоимость зависит от количества изготовляемых изделий. Техническую себестоимость годовой программы можно определить из уравнения
Сгод = aNгод + b,
здесь текущие расходы при изготовлении каждой детали
a = m + Зш + P,
складывается из m - расходов на основной материал, ЗШ - заработную плату производственных рабочих и Р - расходы, связанные с работой оборудования.
Расходы на основной материал можно определить по формуле
m = cmqm - coqo
где: cm - цена одного килограмма материала;
qm - количество расходуемого материала;
co - цена реализуемых отходов;
qo - количество реализуемых отходов.
Расходы на заработную плату производственных рабочих определяется из соотношения
Зш = 
Tшi Si,
где: ТШ - норма штучного времени на операцию;
S - часовая ставка рабочего, устанавливаемая по тарифной сетке в соответствии с квалификацией рабочего;
n0 - число операций.
Расходы, связанные с работой оборудования определяются на основании соответствующих нормативов. К одновременным расходам b относятся расходы на изготовление специальной оснастки i и оплату подготовительно заключительного времени
b= Зп. з + ik,
где k - коэффициент амортизации и эксплуатации оснастки. При двухлетней работе оснастки k=0,5.
С учетом расходов на эксплуатацию оснастки, которые принимаются равными 20% от её стоимости, k=0,7. При годовом сроке службы k=1,2. Расходы на оплату подготовительно заключительного времени определяются по формуле
Зп. з = 
Tп. з.i Si,
где: Тп. з - подготовительно заключительного времени (на одну наладку);
S - часовая ставка наладчика;
r - число наладок в год.
Количество деталей в партии принимают исходя из запаса необходимого для обеспечения процесса сборки. Сравнение вариантов ТП по себестоимости можно произвести следующим образом:
Пусть техническая себестоимость одного варианта будет :
С1год = a1Nгод + b1 .
При втором варианте : С2год = a2Nгод + b2 .
Рис.1.1. Сравнение вариантов технологического процесса по себестоимости |
Если сумма одновременных затрат в первом и во втором вариантах не измеряется, то графически это можно представить в виде прямых линий (см. рис.1.1.). Точка пересечения А определяет критическое количество деталей, при котором оба варианта равноценны, то есть: С1год = С2год ;
a1Nкр+b1=a2Nкр+b2; Nкр=
.
Следовательно, при количестве деталей меньше критического более экономичным будет первый вариант с текущими затратами а1 и одновременными b1 при увеличении количества деталей свыше критической более экономичным будет второй вариант.
Производительность - при выборе ТП по производительности определяется количество изделий, при котором трудовые затраты сравниваемых вариантов будут одинаковыми. Таким образом, исходя из уравнения
Тп. к= Тш + Т / n.
Можно записать уравнение сравнения:
T1ш Nкр + T1п. з. = T2ш Nкр + T2п. з. ,
где: Т1п. з и Т2п. з - подготовительное заключительное время первого и второго варианта;
Т1ш и Т2ш - штучное время первого и второго вариантов.
Высокая производительность обработки обеспечивается за счет более производительного оборудования оснастки, однако при этом возрастает подготовительное заключительное время.
Анализируя уравнение и выражая из него объём критической партии:
Nкр = 
,
можно заключить следующее, что при объеме годовой партии больше критической оптимальности будет второй вариант, а при Nгод < Nкр - первый вариант. На выбор ТП также влияют дополнительные показатели, которые в определённых условиях могут стать основными. Приведем некоторые из показателей:
· коэффициент эффективности использования времени - это есть отношение основного времени, необходимого для выполнения данной операции вспомогательному времени 
;
· коэффициент стабильности ТП определяет способность обеспечивать выход годовых изделий в течение определённого периода времени
,
где: 
- минимальный выход годных деталей за определённое календарное время;
- среднее значение выхода годных деталей за такой же период;
· коэффициент автоматизации технологического процесса:
,
где: Тр - время участия рабочего в технологическом цикле;
То. ц - длительность операций цикла;
· коэффициент оснащённости ТП оборудованием и оснасткой:
,
где: 
- число наименований стандартных и унифицированных операций, видов оборудования и технологической оснастки;
N - общее число наименования оборудования и технологической оснастки;
· коэффициент готовности оборудования и технологической оснастки к выпуску данной продукции
,
где: Qф - фактическое число единиц оборудования и технологической оснастки;
Qт - требуемое число единиц оборудования и технологической оснастки;
Sф и Sт - стоимость единицы фактической и требуемой оснастки;
· Коэффициент использования материалов
,
где : Mri—количество i-го материала в готовом изделии, кг или шт.;
Si—стоимость единицы измерения i-го материала, руб. (I = l,, k—число наименований материалов);
MPi—количество i-го материала, расходуемого в процессе производства на операции, т. е. норма расхода с учетом запуска, кг или шт.;
· Коэффициент использования паспортной производительности оборудования.
Для механизированных работ 
,
и для ручных работ: 
,
где: Кт. и i - есть коэффициент технического оборудования на i - той операции;
- коэффициент выхода годных изделий на i - той операции;
Fэф - коэффициент эффективного времени на одного рабочего;
Fобщ - общий фонд рабочего времени за смену;
· Коэффициент трудоёмкости подготовки производства
,
где: tк - трудоёмкость конструкторской подготовки;
tт - трудоёмкость технологической подготовки.
Коэффициент стандартизации операции представляет собой отношение количества стандартных операций к общему числу операций
,
где: Ci - количество стандартных операций;
Yi - количество унифицированных операций;
Oi - количество оригинальных операций.
1.4.9. Выбор варианта технологического процесса по комплексному
показателю
Уровень ТП характеризуется большим числом показателей, тогда задачу выбора оптимального варианта можно решить только в том случае, если один вариант ТП превосходит остальные варианты по всем показателям. Если один вариант превосходит другой лишь по нескольким показателям, то решение можно получить при помощи комплексного показателя,. Для вычисления комплексного показателя технологического уровня процесса используют функцию вида:
,
где: ki - относительный показатель технологического уровня ;
ai - весовой уровень i - того показателя;
m - число показателей ТП.
При определение комплексного показателя принимают, что сумма весовых процентов должна быть равна единице:
.
Оптимальный вариант выбирается по максимальному значению комплексного показателя Пк . Для его нахождения необходимо установить номенклатуру частных показателей и их весовую значимость, все показатели должны характеризовать ТП, а их количество должно быть достаточным для полного описания ТП. Показатели, имеющие размерность следует преобразовать в относительные. Формализация частных показателей дает возможность суммировать неоднородные величины. Например, чем выше трудоёмкость, тем хуже качество процесса, поэтому в качестве показателя берут величину обратную трудоёмкости. Если нет возможности установить числовые значения частных показателей в виде коэффициентов, то их оценка производится в баллах, для этого используют четырех бальную систему:
3 - отлично;
2 – хорошо;
1 - удовлетворительно;
0 - неудовлетворительно.
Лучшим показателям присваивается высший балл. Определение весовой значимости показателя ТП (ai) производится методами экспериментальных оценок.
1.5. Технологическая гигиена производства
1.5.1. Классификация загрязнений и их источников
Производство надежных и долговечных электронных приборов, даже при правильно выбранной технологии, невозможно без соблюдения производственной гигиены.
Под производственной гигиеной понимают комплекс мероприятий, направленных на защиту элементов и деталей приборов от загрязнений.
Загрязнение деталей возможно на всех этапах изготовления: при механической обработке и штамповке, нанесении покрытий и получения электронно-дырочных переходов, монтаже внутри ламповой арматуры, сборке и герметизации полупроводниковых приборов и микросхем, заварке и откачке электровакуумных приборов.
По своему характеру и природе загрязнения можно подразделить на следующие виды:
1. Механические загрязнения (пыль из окружающей среды, волокна, окалина, абразивные частицы, сбитые заусеницы, остатки графитовых смазок и др.).
2. Неорганические соединения, растворимые в воде (соли, остатки растворов после травления, полирования, гальванических покрытий).
3. Органические (жировые и масляные пленки, образующиеся при использовании различных смазок во время механической обработки деталей).
4. Химические соединения (окислы, сульфиды и другие соединения, связанные с поверхностью деталей химическими силами).
5. Газообразные загрязнения (адсорбция молекул и атомов газа на поверхности и абсорбция молекул и атом в других газах).
Неполное удаление загрязнений, таких как пыль, ворса, вызывает короткие замыкания и повышает уровень шумов в полупроводниковых и электровакуумных приборах. Пользование незащищенными металлическими пинцетами вызывает загрязнение полупроводниковых пластин металлом, которое в процессе диффузии проникает в полупроводниковый кристалл и вызывает искажение кристаллической решетки, изменяет свойства кристалла.
Загрязнение кварцевых труб диффузионных печей металлами или элементами 3 и 5 группы приводит к диффузии этих загрязнений в полупроводнике пластины, в результате чего в р-n–переходах увеличивается ток утечки.
Оксидные пленки в процессе работы электровакуумного прибора, с загрязненной средой, разлагаются под действием электронной бомбардировки и нагрева, при этом выделяющийся кислород отравляет оксидный катод, что приводит к снижению тока эмиссии. Органические загрязнения также разлагаются под действием электронной бомбардировки, выделяются газы, что ухудшает вакуум, снижает работу катода, понижается активность газопоглотителя, а в газоразрядных приборах возникает неконтролируемый электрический пробой.
1.5.2. Чистые и особо чистые помещения
Чтобы обеспечить требуемое состояние окружающей среды необходимо соблюдать правила вакуумной гигиены, т. е.:
необходимо правильно выбрать район расположения предприятия; обеспечить правильное проектирование зданий и сооружений их внутреннюю планировку и отделку (стен, полов и потолков); обеспечить необходимую фильтрацию, кондицирование и термостатирование воздуха, поступающего в помещения; систематически контролировать запыленность атмосферы внутри помещений, особенно на операциях очистки, нанесения покрытий и сборки электронных приборов; организовать технологические процессы без встречных потоков полуфабрикатов и изделий, при наименьшем передвижении работающих; использовать персоналом специальную одежду и обувь и строго соблюдать ими определенные правила; проводить уборку помещений по специально разработанным графикам.
Основные виды загрязнения цехов - это пыль, пары воды и газы, В зависимости от концентрации и размеров частиц пыли, содержащихся в воздухе, рабочие помещения делятся на пять классов (табл.1), а по микроклимату - на три категории (табл.2).
Таблица 1
Классификация производственных помещений по чистоте воздушной среды
Класс чистоты | Максимальное количество частиц пыли в воздухе размером 0,5 мкм. | |
в 1 м3 | В одном литре | |
1 2 3 4 5 | 4*103 3,5*104 3,5*105 3,5*106 | 4 35 3,5*102 3,5*103 СП |
Таблица 2
Классификация производственных помещений по микроклимату
Категория микроклимата | Температура oС | Относительная влажность, % | |
зимой | летом | ||
I II III | 21+-1 20+-2 Не регла | 20+-1 23+-3 ментируется | 45+-5 45+-5 |
В помещениях первого класса может быть только первая или вторая категория микроклимата.
В таких помещениях производят окончательную очистку в контроль чистоты поверхностей деталей внутренней арматуры приборов, нанесение покрытий на катоды, сборку электровакуумных приборов и их герметизацию. При производстве полупроводниковых приборов в таких помещениях выполняют вакуумно-термические и термические операции получения электронно-дырочных переходов (диффузии, эпитаксиального наращиванья пленок) а также операции фотолитографии и изготовления фотошаблонов.
Следует отметить, что стоимость оснащения таких помещений высока. Для экономии в производстве электронных приборов оборудуются специальные рабочие места - скафандры (боксы) и герметизированные линии, состоящие из скафандров, внутри которых создают микроклимат. В последнее время вместо герметичных скафандров с микроклиматом широко используются пылезащитные открытые боксы с вертикальным ламинарным потоком воздуха. Они проще в изготовлении, имеют большой объем и более удобны для размещения различного оборудования и работы сборщиков и операторов. Скорость ламинарного потока составляет ,5 м/с. При такой скорости воздушного потока в открытом боксе за 1 час меняется примерно 1500 объемов воздуха. В результате очистки 1 литр. воздуха содержит не более трех частиц размером порядка 0.5 мкм.
В особых случаях для создания чистоты I класса пользуются так называемыми чистыми комнатами. Чистые комнаты представляют собой отдельные комнаты, расположенные внутри рабочего помещения не ниже 4 класса, со стабилизированным микроклиматом I категории и ограниченным количеством персонала.
Наибольшее распространение получили чистые комнаты с вертикальным ламинарным потоком. Скорость потока воздуха в них составляет 0,5 м/с, что соответствует обменам воздуха в час. Чтобы внешний воздух не проникал через не плотности дверей и шлюзов в комнату, в ней создается избыточное давление околоПа.
Чистые комнаты соединяются с другими помещениями с помощью тамбуров. Детали и сборочные единицы из помещений передаются через специальные шлюзы, встроенные в стены Отделку стен и потолка таких комнат производят пылеотталкивающими материалами. Коммуникации делают скрытыми, выступы на стенах не допускаются. Полы покрываются специальными синтетическими материалами, столы облицовываются пластмассой, нержавеющей сталью.
1.5.3. Технологическая одежда и поведение персонала в чистых
помещениях
Все лица, особенно обслуживающий персонал и наладчики оборудования должны соблюдать правила производственной гигиены. Чтобы с одеждой персонала в чистые помещения не заносилась пыль, спецодежду шьют из без ворсовых тканей. Хранят спецодежду, а также личную одежду, в индивидуальных шкафах, установленных в специально отведенном месте.
Установлены следующие комплекты одежды: белые или цветные светлых тонов халата из хлопчатобумажной ткани, хромовые, на кожаной подошве тапочки; хлопчатобумажная шапочка или косынка. Непосредственно перед, работой и во время работы запрещается пользоваться косметическими средствами. Чтобы исключить попадание жировых загрязнений на изделия и детали, работники должны пользоваться резиновыми напальчниками, перчатками и пинцетами. От работающих требуется правильное ношение спецодежды, своевременная ее стирка и чистка, периодическое мытье рук, а также протирка рук, рабочего места и инструмента спиртом, соблюдение технологической дисциплины и ограниченное передвижение в производственных помещениях.
Наиболее тщательное соблюдение технологической дисциплины должно быть в чистых комнатах. Так как наибольшее загрязнение в чистых комнатах вносятся деятельностью людей. Чистые комнаты проектируются из расчета (10 – 15) м2 рабочей площади на одного человека. В этих помещения запрещается курение, прием лиц и т. д. Детали и сборочные единицы из помещений передаются через специальные шлюзы, встроенные в стены.
1.5.4. Методы контроля технологической гигиены
В чистых технологических помещениях контролируются следующие параметры: температура, влажность, запыленность и аэродинамические параметры. Особенно важным параметром является запыленность.
Для контроля запыленности наиболее широко применяются седиментационный, электрический и оптический методы. Седиментационный метод основан на естественном осаждении пыли на предметное стекло микроскопа за определенный промежуток времени. Затем подсчитывается с помощью микроскопа количество пылинок, осевших на площади в 1 см2.
Электростатический метод основан на осаждении пыли на коллектор под действием электростатического поля. Описанные методы пригодны для периодического контроля степени запыленности воздуха.
Для систематического контроля запыленности воздух применяется прибор типа АЗ-2М. Принцип работы прибора основан на том, что луч света пересекает струю воздуха в поле зрения микроскопа, который через объективы соединен с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ).
Пылинки дают затемнение, которое регистрируется ФЭУ и после усиления подается на контрольно-измерительный вольтметр.
Для контроля содержания паров масла используют свежерасщепленную слюду. Время образования монослоя масляной пленки указывает на недопустимое содержание паров масла в воздухе, масляная пленка обнаруживается, если слюда не смачивается водой.
1.6. Понятие о чистом веществе
1.6.1. Вещества
На свойства полупроводников оказывают сильное влияние даже очень малые количества содержащихся в них примесей, остающихся после получения, или введенных намерено для создания требуемых свойств. Поэтому особенностью технологии п/п материалов является применение высокоочистных основных материалов (это металлы, неметаллы- полупроводники) и вспомогательных веществ (реактивы, газы и др.). И сохранения их первоначальной чистоты при транспортировке, хранении, разделке и т. п..
Чистым веществом называют физически и химически однородное простое тело или химическое соединение, состоящее из определенного вида атомов, ионов или молекул и обладающее только ему присущим комплексом постоянных свойств.
Абсолютно чистым веществом можно назвать вещества, не имеющие физических и химических дефектов, т. е. не содержащие посторонних примесей и имеющие совершенную структуру. Абсолютно чистые вещества можно представить только теоретически. В действительности абсолютно чистых веществ нет
Практически вещество считается чистым, если содержание примесей в нем меньше того количества, которое мешает использованию этого вещества для какой-нибудь конкретной цели. Следовательно, понятие целевой чистоты вещества и способы ее выражения различны в зависимости от того, в какой области эти вещества применяют.
Для электронной техники характерны понятия вакуумной и п/п степени чистоты. Вещества вакуумной степени чистоты - это вещества, не содержащие летучих примесей и газов, а вещества п/п степени чистоты - вещества, не содержащие примесей, изменяющих электрофизические и физико-химические параметры материалов и активных структур.
Как химические, так и физические нарушения структуры искажают кристаллическую решетку чистого вещества и сильно изменяют его свойства. Эти дефекты взаимосвязаны и возникновение одного из них в чистом веществе способствует скоплению в дефектной области других. Это происходит вследствие стремления дефектов различной природы к объединению. В результате образуются комплексы, например типа вакансия-примесь и др. Микродефекты структуры также способствуют концентрации примесей, которые скапливаются на межкристаллитных границах, на поверхности кристалла и т. д.
Таким образом, чистота реально существующих чистых веществ носит относительный характер. Её оценивают по содержанию в веществе посторонних примесей. Число их может быть достаточно велико. Так, в относительно чистом фосфиде галлия, имевшем, концентрацию носителей заряда околеют 1016см-3, что соответствует суммарной концентрации примесей около 10-5% (по массе), масс-спектральным методом анализа было обнаружено 72 примеси. При увеличении чувствительности анализа количество обнаруженных в чистом веществе примесей возрастает.
Однако анализ чистых веществ, цель которого - выявить максимальное число примесей в чистом веществе и определить их концентрации, - сложен, длителен, дорогостоящ и выполняется в исключительных случаях. На практике в чистом веществе анализируют ограниченное число примесей, наиболее сильно влияющих на его свойства, например, начиная с концентраций порядка 10-9% (по массе). Такие примеси получили название лимитируемых.
1.6.2. Классификация высокочистых веществ
Для веществ, использующихся в химической и металлургической практике, в зависимости от степени очистки установлены следующие классификации:
· "чистый" (марка Ч, содержание примесей от 2*10-5 до 1,0%);
· "чистый для анализа" (марка ЧДА, содержание примесей от 1*10-5до 1,4%);
· "химически чистый" (марка ХЧ, содержание примесей от 2*10-6до 0,5%);
· "особо чистый" (марка ОЧ, содержание примесей не более 0,005% ).
Особо чистые вещества для полупроводниковой техники разделяют на классы А, В и С. В класс А входят вещества, чистоту которых по содержанию основного компонента можно надежно охарактеризовать современными аналитическими методами. Так как в настоящее время возможности надежного прямого определения содержания основного компонента ограничиваются пределом 99,99%, то классы чистоты В3 - В6 и С7 - С10 характеризуют чистоту только по содержанию определяемых прямых примесей (табл. 3).
В этом случае содержание основного компонента определяется как разница между 100% и суммарным содержанием определяемых примесей, число которых может быть до 20.
В таблице представлены классы чистоты особо чистых веществ, использующихся в технологии полупроводников и диэлектриков, а также способы их маркировки. Цифра после буквы, обозначающая класс чистоты, указывает на количество нулей в числе, характеризующем суммарную концентрацию определяемых примесей. На упаковке с реактивом вещества каждого класса чистоты этикетка имеет цветную кайму строго определенного цвета, что повышает надежность правильного обращения с особо чистыми веществами. Существуют и другие способы маркировки высокочистых веществ.
Неметаллы и химические соединения относятся к высокочистым веществам, если содержание в них лимитирующих примесей не менее чем на порядок ниже по сравнению с соответствующей маркой ХЧ, на два порядка - для марки ЧДА и на три порядка для марки Ч.
Таблица 3
Маркировка | Содержание основного компонента, % (по массе) | Содержание определяемых | ||
класс чистоты | цвет | реальное | Условное* | примесей, % /по массе/ ** |
А1 | Коричневый | 99,9 | 0,1 | |
А2 | Серый | 99,99 | 0,01 | |
В3 | Синий | 99,999 | 0,001 | |
В4 | Голубой | 99,939 | 0,031 | |
В5 | Темно-зеленый | 99,949 | 0,041 | |
В6 | Светло-зеленый | 99,959 | 0,051 | |
С7 | Красный | 99,969 | 0,061 | |
С8 | Розовый | 99,979 | 0,071 | |
С9 | Оранжевый | 99,989 | 0,081 | |
С10 | Светло-желтый | 99,999 | 0,091 |
* - 99,939=99,9999, ** - 0,031=0,0001
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
