К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы, страница 5

и, з, нам нм сн* егг 1 Новое направление в электронике возникло с появлением твердотельных электронных приборов: полупроводниковых диодов и триодов (транзисторов). За последнее время полупроводниковая электроника прошла большой путь - от первых приборов точечного типа до юпегральных схем (ИС). Современное поколение больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем отличасюя высокой степенью интеграции приборов на одном кристалле (до 105 и более) и миниатюризацией размеров элементов (менее 1 мкм) (рис. 1.1.1). Развиваются такие новые направления, как юмнтовая электроника, акусто электр он ика, мехатроника и др.

В истории развития электроники можно загладить несколько этапов (рис. 1.1.2). Этап пассивной заалшроники црнходнплг нв конец 80-х годов Х1Х столетия. В связи с появлением в зто время телефона и телеграфа потребовалось серийное производство резисторов, конденсаторов, катушек индукгивностн, реле, переключателей и т.п.

Этап вакуумной элсюнрсанли наступил в начале ХХ века с изобретением первого активного прибора - вакуумной электронной лампы. Пройдя путь от вакуумного диода до мощных СВЧ-ламп, эти активные элементы обеспечили развитие рвдиосшши, радиолокации, создание первых ЭВМ. Появление приемно-усилитель нык ламп и электроннолучевыхх трубок (кинескопов) положило начало развитию телевидения. Развитие элехтровакуумной электроники сопрошпхдалось появлением прогрессивных технологий изготовления и сборки изделий из различных материалов.

Например, производство ЭВП было связано с технолопшмн получении стеша, метавлостеклянных спаса, нанесенюг карбонатных и изоляционных покрытий, получения и поддержания высокого вакуума. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ 12 Массовое производство кинескопов, особенно цветных электронно-лучевых трубок, привело к созданию высокоэффективных технологий и автоматизированного оборудования для герма вакуумной обработки, нанесения многослойных люминофорных покрытий, изготовлении и сборки прецизионных электронно-оптических систем и экранномасочных узлов больших шбарнтов. Этап яолупровадкикоеай электраяики начался в середине ХХ века а появлением первого точечного транзистора, р-я-переход которого происходил в месм контакта с полупроводником двух золотых проволочек.

Затем были разработанм сплавные транзисторы, ширина базы которых составляла около 10 мкм. Переход к диффузионной технологии позволил уменьвппь ширину базы до 0,2 мкм. Самое главное преимущество транзистора по сравнению с электронной лампой микроминиатюризация элекгронной аппаратурм. Массовый выпуск транзисторов позволил создать серийные ЭВМ, многие авиационные и космические системы, карманные приемники, переносные телевизоры и т.д. В конце 50-х годов произошло радикальное изменение технологии — был разработан планарный метод, и большинспю транзисторов стали изготовлять на базе кремния.

Появлению планарной технологии предшествовала разработка таких технологических операций и оборудования, кьх локальная диффузия через маску 51Оз, фотолитография, эпнгаксиапьное наращивание слоев и др. Они позволили знаппельно улучшить параметры полупроводниковых приборов и уменьшпп их габариты. Этап июяегральиык микросхем начался в начале 60-х годов, когда уже ауществовала технология нанесения в вакууме тонкопленочных проводников. Они могли соединять элементы пленарных приборов: эмпперы, коллекторы и базы траюнсторов, эмнттеры и базы диодов, тонкопленочные или диффузионные резисторы и конденсаторы. Разработка технологии изоляции отдельных приборов, создаваемых на единой полупроводниковой пластине, обратно смешенными р-в-переходами означала появление интегральных микросхем.

Массовый выпуак ИС на основе биполярных транзисторов, а затем цифровых - на основе МОП-структур (металл-оксидполунроводншс) - вызвал появление технологий с групповой обработкой изделий и высокоавтоматизированного оборудования непрерывного дейстюш, поточных и автоматичеаких линий. Бурное развитие твердотельной микроэлектроники не препятапювало использованию и развитию электровакуумной электроники. Цветные кинескопы для дисплеев, люминесцентные индикаторы, фотоэлектронные умножители, электронно-оптические преобра- зователи и другие приборы являютсл основой современных компьютеров, физичесюй аппаратуры для регистрации быстропротекающнх процессов и излучений малой мощности, устройств ночного видения и др.

Непрерывно развиваясь, электровакуумная технология заимствует рял процессов у технологии микроэлектроники, широко используя различнью методы вакуумного нанесения слоев, фотолитографию и др. В последние годы появилась еше одна сфера применения разработанных для микроэлектроники методов формообразования изделий. Как бы замыкая виток развития (ам. Рис. 1.1.2), чисто электронные компоненты приобрели неюторые свойства своих злектромеханичеакнх предшественников, а появившееся новое направление получило название мехатроника. Методами современной микротехнолопьи в монокристаллическом кремнии соэдаютая аналоги выключателей, реле, печатающих устройств и других приборов в микроислолнении. Габаритные размеры таких приборов примерно в 1000 раз меньше, чем их макро аналогов.

Микротетлологня позволяет также создавать из кремния упругие мембраны, рычши, пружины толщиной 1 - 25 мкм н изготоюшть на нх основе твердотельные датчики давления, ускорения, температуры и множества других параметров. Робототехиика, авиакосмические системы, автомобильная электроника, медикобиологичеакое оборудование - делеко не полный перечень сфер применения этих изделий мехатроннки. Таким образом, стремительное развитие электроники привело во всех промышленно развитых странах к становлению такой отрасли производства, как элеювраикия ярамыииеиность, включающей подотрасль - экехтроккое ьиииивасюраевие как техническое направление и как науку о создании оборудования для изготовления изделий электронной техники.

ГЛ.З. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСГВА издклнй элкктгонной тяхннкп Полная совокупность машин лля производства изделий электронной техники представляет собой широкий спектр технологического оборудования, используемого лля изготовления, сборки и испытаний электронных приборов и аппаратуры. Технологическое оборудование подразделяют на две большие группы: 1) оборудование общемашиноатроительного применения, включающее металлообрабатываюшие станки, прессы, термические установки, оборудование лля нанесения различного вида покрьппй, переработки полимерных материалов, литейное и сварочное, испытательное и метрологическое. 1Е Глава 1.1. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ И ЭТАПЫ ЕГО РАЗВИТИЯ Как правило, оно выпускается предприятиями многих отрасдей машиностроительного комплекса (отечествьнное и зарубежное) для общего использования в промышленности; 2) специальное технолопгческое оборудование (СТО), создаваемое целевым образом для осуществления специфических технологических операций в элекгронной промюпленности, например, для формирования на кремниевой пластине множеспш электронных элементов интегральной схемы.

Прюпмка свидетельствует, что весь парк используемых в элааро ином производстве машин на 30 - 35 % состоит из машин общемашииостроительного применения и на 65- 70 % - из специального технологического оборудования. В мире тысячи фирм занимаются созданием и производством СТО, огромные инвестиции вкладываются в научные исследования в этой области. Поэтому правомерно говорить о существовании отдельной индустрии - специальном машиностроении для электронной и радиоэлектронной промьпшюнности. Злекгроннью технологии сформировали вполне определенные требования к СТО и условиям его производства.

Основные из нихвысокие прецизионность и надежность. Многообразием электронных приборов и технологий объясняется обширнейший типаж СТО, требующийся ляя выпуска изделий электронной техники. Характерной особенностью создания и производства СТО яюшется частая сменяемость моделей оборудования, вызываемая интенсивной динамикой и прогрессом в области электронных технолопгй, используюШих новейшие досппкения физики, химии, математики и других наук. Ежегодная разработка новых моделей СТО в нашей стране в период наивысшего развития составляла около 500 единиц оборудования, а ежегодный выпуск - сотни тысяч елиниц оборудования.

В электронной промышленности используется около 30 тыс. моделей технологического оборудованиа. СТО включает следуюшее оборудование: заготовительное и формообразующее, техно- химическое и фотолнппрафическое, физнкотермическое, сварочное, сборочное, для вакуумной откачки и тренировки, межоперационного и выходного контрши, испытаний на внешние воздействия, комплексной автоматизации, вспомогательных процессов, контрольно-измернгельное, средства механизации и др.

По принятой в отраслевом юшссификаторе продукции (ОКП) иерархической системе классификации вся продукция мюпиностроения на отраслевых уровнях разделяется на группировки - труппы, подгруппы, виды, подвгды - на основании общих признаков. Такая система последовательного нарастании степени однородности изделий в рамках одной груп- пировки - от высшего к низшему уровню иерархии - наиболее удобна для автоматизированной обработки информации. Основное назначение класоификации создание условий, обеспечивающих сокращение применяемой номенклатуры СТО, что в конечном итоге означает уменьшение затрат на его сошгание, сокращение объемов технической подготовки производства и в целом цикла "исследование - разработка - внедрение". При этом поюшяется возможность полнее реализовать блочио-модульный принцип создания оборудования, увеличить серийность и повьюить уровень его эффективного использоНа начальных стадиях формирования перспективных планов производства оборудования (разработка бизнес-плана), когда не закончена разработка технической документации, пояюшется необходимость оценки трудоемкости его изготовления, норм потребления материалов и комплектующих иэделий и других технико-экономических показателей (ТЗП).

С достаточной степенью точности ее можно сделать с помощью классификатора пролукции машиностроения, который содержит представительные группировки однородных изделий со сходными конструктивно- технологическими параметрами и ТЭП, предспшляюшие не что иное как ретроспективную базу технико-экономической информации, необходимой и достаточной для прогностической оценки нового поколения машин данной группировки. Последовательный процесс распределения всего множесша оборудования на отдельные подмножеспи сопровождается накоплением по сформированным группировкам однородных машин обширной информации. Ее обработка известными методами математической статистики позволяет, в частности, проследить эволюцию изменения параметров оборудования по группировкам и оценить их значения по сравнению с пропюзируемыми значениами (рис.