Ушаков_ТПЭВМ (Л2-Ушаков - Технология производства ЭВМ (в ворде)), страница 21

Схема контролирующего комплекса показана на рис. 12.25.

Для цифровой обработки изо­бражения и управления скани­рованием по заданному алгорит­му используется мини-ЭВМ, в ко­торой хранятся все необходимые программы и эталоны тех ПП, которые контролируются в дан­ное время. Описания комплекса цифровых эталонов хранятся в накопителе на НМЛ.

Новыми направлениями в проектировании и изготовлении пе­чатных плат являются рельефные и тканые платы.

Рельефная печатная плата (РПП) представляет собой диэлектрическое основание 1, на котором расположены проводники 2 в виде ме­таллизированных канавок и сквозные отверстия 3 конической формы (рис. 12.26). Канавки и переходные отвер­стия заполняют сплавом Розе 4. Обычно РПП бывают двусторонними. Рельефный проводник по ширине в 2...3 раза меньше печатного плоского проводника того же сечения, имеет более надежное сцепление с основа­нием и не выступает над поверхностью платы. Проводники на одной стороне платы располагаются только в одном направлении — перпендикулярно про­водникам на другой стороне.

Рис. 12.26. Сечение рельефной платы

Коническая форма переходных от­верстий обеспечивает хорошее сцепление металлизированного отверстия с диэлектриком. Отверстия имеют диаметр 0,2 мм и могут размещаться в любой точке пересечения трасс при минимально допустимых расстояниях между проводниками.

Малая ширина проводников, отсутствие контактных площадок и строгая ортогональность проводников позволяют в 5... 6 раз повысить плотность печатного монтажа. Двусторонние РПП пре­восходят МПП по плотности печатного монтажа.

Рельефные печатные платы изготовляют обычно электрохими­ческим методом.

Канавки получают фрезерованием на станках с ЧПУ или прессованием. Остальные операции осуществляются по типовому тех­нологическому процессу (табл. 12.1).

Рис. 12.27. Тканая (плетеная) плата

Тканые (плетеные) платы (рис. 12.27, а, б) изготовляются из провода на ткацком станке с программным управлением. Основа­ние платы 1 состоит из переплетенных проводов 3 и 4, образую­щих отверстия 5. В местах крепления элементов 2 с проводов удаляется изоляция. Провода прерываются или соединяются пайкой в соответствии с электрической схемой. Такие платы обладают высокими изоляционными свойствами. Наиболее полно их преимущество реализуется при монтаже интегральных схем с планарными выводами. Вследствие высокой производительности текстильных станков изготовление тканых плат в 5 ... 6 раз де­шевле аналогичных по структуре ПП или плат с проводным мон­тажом. При этом достигаются экономия цветных металлов, хими­ческих реактивов и снижение затрат на инструмент.

Процесс выполнения печатных плат на подложках из анодированного алюминия. Такие подложки отличаются хорошими теплопроводящими свойствами, что дает возможность увеличить элект­рические нагрузки в токопроводящих цепях. Высокие электроизо­ляционные свойства подложки обеспечиваются оксидной пленкой, создаваемой на ее поверхности. Применение алюминиевых под-. ложек позволят полностью или частично исключить устройства принудительного теплоотвода и обеспечить более надежное креп­ление электрорадиоэлементов.

ГЛАВА 13

ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СБОРКИ И МОНТАЖА

13.1. Пайка

Пайкой называется процесс образования соединения с меж­атомными связями путем нагрева соединяемых материалов до температуры плавления, их смачивания припоем, затекания при­поя в зазор и последующей его кристаллизации. Пайку применя­ют также для получения электрического контакта с малым пере­ходным сопротивлением.

Соединение, образующееся при пайке, по составу неоднородно. Оно включает в себя паяный шов и зону сплавления. Паяный шов - это часть паяного соединения, закристаллизовавшаяся при пайке; зона сплавления - поверхность между паяным материалом и паяным швом или граница между ними в сечении паяного сое­динения. Зона сплавления состоит из диффузионной зоны и прокристаллизованного слоя, который образуется в результате выде­ления из расплава более тугоплавкой составляющей.

Диффузионная зона представляет собой слой основного материала с измененным химическим составом и микроструктурой образовавшейся в результате диффузии компонентов припоя и паяемого материала. В зависимости от физико-химических свойств основного материала и припоя, условий и режимов пайки образующийся спай может иметь различное строение.

При низкой температуре и малом времена пайки интенсивность взаимодействия на межфазовой границе снижается, в этом случае возможно образование между основным металлом и при­поем химических мегаллических связей при отсутствии диффузии или ограничении ее до весьма малых пределов. Если диффу­зией можно пренебречь, то спай называют бездиффузионным. Такой спай не изменяет физико-химических свойств основного ме­талла и широко применяется при монтаж­ной пайке.

В качестве припоя используют различ­ные цветные металлы и их сплавы. Температура плавление плавления припоя значительно ниже температуры плавления соединяемых металлов.

При высокой температуре пайки в месте контакта соединяемых материалов и припоя температура превышает 723 К (~450°С), а при низкотемпературной пайке - не превышает 723 К.

Для получения силовых соединений с высокой механической прочностью применяют высокотемпературную пайку. Ее осуществляют медными, цинковыми, серебряными и другими припоями. Для низкотемпературной пайки используют припои, имеющие температуру плавления 200 ... 300 °С (оловянно-свинцовые, висмутовые, кадмиевые и др.).

Пайка возможна только в том случае, если припой смачивает соединяемые детали. Смачивание представляет собой молекулярное взаимодействие жидкости с поверхностью твердого тела. Оно происходит в том случае, если силы притяжения между атомами припоя и металла больше, чем между атомами самого припоя.

Рис. 13.1. Схема равновесия капли припоя на поверхности твердого тела

На рис. 13.1 показана капля жидкого припоя, находящаяся на поверхности твердого тела в равновесии с окружающей газовой средой. В момент равновесия в системе имеются три фазы: 1 - газовая (флюс); 2 - жидкая (припой); 3 - твердая (основной металл).

Поверхностное натяжение (вектор γ₁₂) действует по касательной к поверхности жидкого металла. Это натяжение стремится уменьшить поверхность капли припоя. При отсутствии других сил поверхностное натяжение придало бы капле сферическую форму, так как из всех тел равного объема шар имеет минимальную по­верхность. Напряжения на поверхности раздела между жидкостью и окружающей средой противодействуют этому натяжению, и капля припоя принимает форму, отличную от шара.

Натяжение γ₂₃ представляет собой силу, действующую между жидким припоем и твердым металлом, а натяжение γ₁₃ - между основным металлом и газом.

Для поверхностных сил справедливо соотношение:

γ₁₃= γ₂₃ + γ₁₂ cos , где cos = (γ₁₃+ γ₂₃)/ γ_12, (13.1)

где - краевой угол, или угол смачивания.

Рис. 13.2. Смачиваемость поверхности металла припоем:

а - отсутствие смачиваемости; б - полное смачивание; в - частичное смачивание; г - хорошее смачивание; д - определение угла смачиваемости

Степень смачиваемости припоя характеризуется значением краевого угла (рис. 13.2).

Предельными состояниями являются отсутствие смачивания, когда =180° (рис. 13.2, а), и полное смачивание, когда =0° (рис. 13.2, б).

При 75°< <90° имеет место частичное смачивание (рис. 13.2, в), а при <45° - хорошее смачивание (рис. 13.2, г). Если капля не смачивает поверхность, то она имеет приблизительно сфериче­скую форму. Сила сцепления припоя с поверхностью детали в этом случае очень мала и капля припоя легко стряхивается, не оставляя следов на поверхности. Капля смачивающей жидкости в том же объеме имеет большую поверхность соприкосновения с поверхностью детали, сила ее сцепления значительная, и припой нельзя полностью удалить стряхиванием.

Паяемость (рис. 13.2, д) можно определить по углу смачивае­мости. Для этого медную луженую проволоку. 1 припаивают к испытываемому образцу 2. Затем делают срез образца и замеря­ют краевой угол,

Важными свойствами припоя являются растекаемость и спо­собность затекать в узкие зазоры под действием капиллярных сил.

Растекаемость определяют путем расплавления установленного количества припоя при заданном режиме нагрева на металличе­ской пластине с применением заданного флюса. Растекаемость характеризуется коэффициентом К_р, представляющим собой от­ношение площади S_р, занятой припоем после расплавления или растекания, к площади S₀, занимаемой дозой припоя до расплавления:

К_р = S_р /S₀ (13.2)

Для определения способности припоя затекать в узкие зазоры замеряют высоту подъема расплавленного припоя между двумя закрученными стандарт­ными проволоками или между двумя пластина­ми, установленными с не­большим зазором.

Для монтажной пайки применяют низ­котемпературные припои на основе сплава «оло­во - свинец». Анализ и выбор припоя можно осу­ществить, используя диа­грамму состояния этой системы (рис. 13.3).

Рис. 13.3. Диаграмма состояния сплава «олово-свинец»

Кривая АВСЕО пред­ставляет собой линию солидуса, т. е. линию наивысшей температуры, при которой припой полно­стью затвердевает и ниже этой линии находится в твердой фазе. Самая низкая температура, при которой металл или сплав оста­ются жидкими, характеризуется линией ликвидуса (кривая АСD). Чистый свинец (точка А) имеет температуру плавления 327°С, чистое олово (точка D) - 232 °С. Припои, содержащие от 19,5% (точка В) до 97,5% олова (точка Е), имеют одинаковую темпе­ратуру солидуса (183 °С). На участке, ограниченном замкнутой кривой АВСА, находчтся кристаллы твердого раствора олова в свинце (a) и жидкий раствор олова в свинце; на участке, ограниченном линией DСЕD, - кристаллы твердого раствора свинца в олове ( ) и жидкий раствор свинца в олове. В интервале тем­ператур между линиями АСD и АВСЕ сплавы находятся в пасто­образном состоянии. Точка С обозначает эвтектику, которой соот­ветствует сплав 61,8% олова и 38,2% свинца. При плавлении (t=183°С) этот сплав полностью становится жидким.

Сплавы, составы которых находятся в области между твердым раствором олова в свинце и эвтектикой (припой ПОС40, ПОС61 и др.), по своему строению характеризуются мелкозернистой ос­новой с включенными в нее отдельными зернами твердого раст­вора.

Интервал температур между линиями солидуса и ликвидуса называется интервалом кристаллизации. Температурный интервал кристаллизации влияет на качество соединения и ход процесса пайки.

При наличии широкого интервала кристаллизации необходимо поддерживать неизменным положение паяемых поверхностей при охлаждении припоя. В случае относительного их смещения жид­кость не сможет заполнить все промежутки между кристаллами. Поэтому наилучшее качество пайки обеспечивает эвтектиче­ский припой.

Наиболее близок к эвтектическому составу припой ПОС61, который нашел широкое применение для монтажной пайки из-за низкой температуры плавления, небольшого температурного интер­вала кристаллизации и высокой коррозионной устойчивости. Для пайки соединений из стали, латуни и монтажных проводов ис­пользуют припой ПОС40.

Более низкую температуру плавления имеют оловянно-свинцово-кадмиевые припои, используемые при ступенчатой пайке.

Подготовка поверхностей деталей, подлежащих пайке, заклю­чается в удалении загрязнений, ржавчины, оксидных и жировых пленок.

При наличии загрязнений растекаемость припоя будет плохой и возможно образование мелких шариков припоя, ухудшающих качество пайки.

На смачиваемость и растекаемость припоя существенно влияет форма шероховатостей поверхности. Если неровности образуют сеть пересекающихся канавок, то смачнваемость и растекаемость припоя будет усиливаться капиллярным действием канавок. Ше­роховатости, представляющие собой углубления, окруженные вы­ступами, ухудшают смачивание.

Способ зачистки может оказать решающее влияние на каче­ство пайки. Зачистка наждачной шкуркой или крацевание дают лучшие результаты, чем травление. В последнем случае образу­ется поверхность, не вызывающая капиллярного эффекта.

Для удаления жира и масла с поверхности деталей применя­ют различные растворители, горячие щелочные растворы. Для по­лучения чистых поверхностей используют травление кисло­тами.

Подготовленные поверхности покрывают флюсом непосред­ственно перед горячим лужением или пайкой.

Рис. 13.4. Схема лужения с помощью паяльника:

1 - наконечник паяльника; 2 - при­пой; 3 - сплав припоя с основным металлом ; 4 - зона взаимодействия припоя с основным металлам; 5 - флюс; 6 - растворенный оксид; 7 - оксид, на поверхности основ­ного металла; 8 - основной ме­талл; 9 - газообразный флюс

Механизм действия флюса (рис. 13.4) заключается в том, что оксидные пленки металла и припоя растворяются или разрыхля­ются и всплывают на поверхность флюса. Вокруг очищенного металла образуется защитный слой флюса, препятствующий воз­никновению оксидных пленок. Жидкий припой замещает флюс и взаимодействует с основным металлом. Слой припоя постепенно увеличивается и при прекращении нагрева затвердевает.

Флюсы по действию, которое они оказывают на металл, под­вергающийся пайке, делят на кислотные (активные), бескислот­ные, антикоррозионные и активированные.

Кислотные флюсы (хлористый цинк и флюсы на его основе) интенсивно растворяют оксидные пленки, обеспечивая тем самым хорошее сцепление припоя с основным металлом. Остаток флюса после пайки вызывает интенсивную коррозию» соединения и основного металла, поэтому необходимы тщательная промывка и полное удаление остатков флюса с поверхности со­единения. При монтажной пайке ак­тивные флюсы не применяют.

Бескислотные флюсы (канифоль и флюсы, приготовляемые на ее основе с добавлением неактивных веществ спирта, глицерина и др.) химически малоактивны и их можно применять при тщательной зачистке деталей. Ос­таток канифоля не гигроскопичен и является хорошим диэлектриком; это важное преимущество канифоли при пайке монтажных соединений. Широ­ко применяют флюс марки ФКС_п, представляющий собой раствор сосно­вой канифоли (10...40%) в этиловом спирте. Флюсы на основе канифоли не оказывают коррозионного действия.

Антикоррозионные флюсы (на основе соединений фосфорной кислоты с добавлением различных органических кислот) не вы­зывают коррозии черных металлов, вследствие чего отпадает не­обходимость удаления остатков флюса после пайки.

Активированные флюсы (на основе канифоли с добавкой активизаторов - салициловой кислоты и др.) применяют для сплавов, плохо Поддающихся пайке. Высокая активность некоторых акти­вированных флюсов позволяет выполнять пайку без предвари­тельного удаления оксидов.

Для пайки твердыми припоями в качестве флюса используют буру или (флюсы на ее основе (90% буры н 10% борной кислоты).

Рис. 13.5. Лужение погружением: а - в ванну с припоем; б — через слой флю­са

Лужение заключается в покрытии поверхностей соединяе­мых деталей тонкой пленкой припоя. Горячее лужение выполняв ют паяльником или путем погружения в ванну с расплавленным припоем (рис. 13.5). Лужение детали 3 (рис. 13.5, а) можно осуществить окунанием в жидкий флюс, а затем в ванну 1 с распла­вленным припоем 2. На рис. 13.5, б показано лужение через слои флюса 4. Скорость прохождения детали через флюс должна быть такой чтобы она могла нагреться до требуемой температуры.

При лужении происходит сплавление припоя с основным ме­таллом, поэтому при пайке достаточно сплавить припои с полу­дой, что возможно при более низкой температуре нагрева. Мел­кие монтажные детали можно лудить гальваническим путем.

Одним из способов дозирования припоя при лужении является использование припойных паст. Они представляют собой механические смеси порошко­вого припоя, связующего ве­щества и некоторых других компонентов. В пастах ПЛ-1, ПЛ-3 используют порошок припоя ПОС-61 и канифоль. После нанесения пасты ее оп­лавляют при температуре на 30...50°С выше температуры плавления сплава.

Пайка заключается в прогреве соединяемых элементов после нанесения припоя и сохранении их в сжатом состоянии до полно­го затвердевания припоя. Она состоит из двух фаз: 1) смачивание припоем металлических поверхностей; 2) заполнение припоем за­зора между смоченными поверхностями. Эти две фазы в зависимости от конкретных условий могут протекать последовательно или одновременно.

Рис. 13.6. Электропаяльник­:

а - с наружным нагревателем (1 – наконечник, 2 – кожух, 3 – нагреватель, 4 – заземление, 5 – ручка);

б - с внутренним нагревателем

.

При пайке и лужении необходимо некоторое время для осуще­ствления взаимной диффузии припоя и основного металла. Про­должительность этого процесса зависит от состава припоя, тем­пературы и других факторов. Затем место соединения охлажда­ют до комнатной температуры. Остатки кислотного флюса удаляют в горячем растворе 2%-ной соляной кислоты с последующей промывкой в горячей воде. Остатки некоррозионных флюсов на основе канифоли удалять не требуется, за исключением тех случаев, когда необходима чистая поверхность или когда зону окрашивают или покрывают лаком.

Основным инструментом для пайки служит паяльник наконечником, который нагревают электрическим током до 36 В.

Нагреватель паяльника (рис. 13.6, а) представляет собой керамический каркас с винтовой канавкой на наружной волоки поверхности. В канавке размещается спираль из нихромовой проволоки. Выводы спирали привариваются к медным шинам, которые соединяются с переходной колодкой.

Наконечник из меди имеет высокую теплопроводность и хорошо обслуживается. Недостатками таких наконечников являются быстрое образование окалины и износ. При пайке олово, содержащееся в припое, сплавляется с медью. Для сохранения наконечника и надлежащей теплоотдачи его необходимо затачивать.

Эрозию паяльника можно замедлить, нанесением покрытий (толщиной 0,1 ... 0,2 мм) из железа, никеля или алюминия. Покрытия предохраняют наконечники от износа, вызванного сплавлением меди с оловом, и значительно снижают образование окалины.

Для пайки микросхем применяют паяльники с внутренним нагревателем (рис. 13.6, б), вставляемым в отверстие медного стержня 1. Внутренний нагреватель представляет собой керамический стержень 2 с намотанной в один ряд оксидированной нихромовой проволокой 3. При этом уменьшаются размеры паяльника и площадь нагревания. Это обусловливает меньшую температуру нагревателя, а следовательно, и больший срок его службы.

Форма пайки может быть заливной, когда соединяемые элементы полностью скрыты припоем, и скелетной. В последнем случае очертания вывода и контактной площадки просматриваются через тонкий слой припоя. Для скелетной пайки требуется меньше припоя, визуальный контроль ее осуществить проще. Заливная пайка обеспечивает более надежное соединение при значительных механических нагрузках.

Качество соединения оценивают по его внешнему виду, структуре, механической прочности и интенсивности отказов.

Проверка по внешнему виду осуществляется визуально с увеличением в 10 раз и более. При хорошем соединении поверхность припоя должна быть гладкой и блестящей, без инородных включений и наплывов,

Структуру паяного соединения оценивают по ширине диффузионной зоны. Максимальная прочность соединений получается при ширине диффузионной зоны 0,9 ... 1,0 мкм. Увеличение или уменьшение этой зоны существенно снижает прочность соедине­ния.

Качество структуры проверяют путем металлографического анализа. При этом исследуют характер и величину интерметалли­ческих прослоек на границе раздела «припой - металл», опреде­ляют наличие дефектов и инородных включений. Неудовлетвори­тельное состояние структуры соединения свидетельствует о не­правильном выборе или нарушении режимов пайки (температу­ры, времени, скорости охлаждения припоя и др.).

Механическую прочность соединения определяют по усилию разрушения на разрыв или срез; холодный спай выявляется при проверке на вибропрочность.

Качество паяного соединения характеризуется также переход­ным сопротивлением, которое находят как среднее арифметиче­ское этого сопротивления, определенное по трем замерам. Пере­ходное сопротивление должно быть не более 3·10^-3 Ом. Хорошо выполненные паяные соединения имеют интенсивность отказов 10^-7 ... 10^-8 1/ч.

Наиболее распространенные дефекты в паяных соединениях — это газовые поры (раковины) и холодный спай. Мелкие поры об­разуются вследствие выделения газов, попадания в припой оксидных пленок и перегрева припоя при пайке. Раковины являют­ся результатом усадки, происходящей при кристаллизации, и не­достаточного заполнения зазора припоем.

Большое влияние на качество паяного соединения оказывает режим пайки, т. е. совокупность параметров и условий, при ко­торых она осуществляется. Под параметрами понимают темпера­туру пайки, время выдержки при этой температуре, скорость на­грева и охлаждения, а под условиями - способ нагрева, припой, флюс (газовую среду), давление на соединяемые заготовки.

Холодный спай является следствием заниженной температуры пайки. Для получения качественного соединения температура на­грева паяльника должна быть выше температуры плавления при­поя примерно на 50°С. Более высокая температура вызывает сильный окислительный процесс и способствует быстрому выходу паяльника из строя.

Главные условия безопасной работы при пайке — это хорошая вентиляция участка, защита от ожогов и умение обращаться с флюсами и припоями.

Оловянно-свинцовые припои содержат токсичные вещества, которые могут вызвать загрязнения кожи рук и одежды работа­ющих. Все флюсы во время пайки выделяют газы, а канифолевые флюсы - газы и большое количество дыма.

Во избежание попадания токсичных веществ в организм чело­века необходимо после работы с припоями и флюсами тщательно мыть руки.

13.2. Групповые методы пайки

Групповые методы-пайки применяют для монтажа электрорадиоэлементов на печатной плате. Особенностью процесса груп­повой пайки является одновременное выполнение большого числа монтажных соединений.

В настоящее время применяют различные способы групповой пайки. Однако наиболее широкое распространение получили два способа: пайка погружением в расплавленный припой и пайка волной припоя.

При всех способах групповой пайки процесс начинается с под­готовки поверхности печатной платы, которая заключается в за­чистке мест пайки и обезжиривании.

Зачистку выполняют эластичными кругами с абразивным по­рошком или металлическими щетками. Затем поверхность платы обезжиривают в растворе спирта с бензином и обдувают возду­хом до полного высыхания.

Защита участков платы, не подлежащих пайке, осуществляет­ся маской из бумажной ленты, пропитанной костным клеем. Мас­ку приклеивают к плате так, чтобы места пайки не выходили за пределы отверстий в маске. Вместо бумажной маски применяют слой краски, наносимой через сетчатый трафарет. Краска долж­на противостоять непосредственному воздействию расплавленного припоя, температура которого доходит до 260°С. Следующим этапом является нанесение флюса и подогрев платы, который удаляет влагу и уменьшает термический удар в момент погруже­ния платы в расплавленный припой. Испарение влаги уменьшает разбрызгивание припоя и образование газов, приводящих к по­ристости соединения.

Процесс пайки установленных на плате элементов заключает­ся в нанесении расплавленного припоя на обработанные флюсом поверхности.

При пайке погружением (рис. 13.7) плату помещают в кассету и погружают в расплавленный припой (обычно ПОС61) на половину толщины платы. Затем включают вибратор, что соз­дает условия для проникновения флюса и припоя. Амплитуда виб­рации устанавливается экспериментально для каждого типа и размера плат в пределах такого максимального значения, при ко­тором не происходит разбрызгивания флюса и припоя. Время вы­держки при температуре припоя 240°С составляет 6 ... 11 с, а при температуре припоя 250°С - 4 ... 8 с.

Ванны для припоя оснащают терморегуляторами, поддержива­ющими температуру припоя в заданных пределах, и реле времени со звуковой сигнализацией. Нагревательные элементы обеспечи­вают более интенсивный нагрев дна ванны. В этом случае благо­даря естественной конвекции в жидком припое будет происходить непрерывное его перемешивание, обеспечивающее однородность состава припоя во всем объеме ванны. По окончании пайки пла­ту извлекают из припоя и, не выключая вибратор, выдерживают над ванной 5 ... 7 с.

Недостатками пайки погружением являются коробление плат вследствие температурных деформаций, необходимость поддержа­ния постоянной высоты уровня припоя в ванне и быстрое окисле­ние расплавленного припоя. Повышенное коробление ограничива­ет применение этого метода для плат размером до 150 мм.

Предохранение платы от загрязнения оксидной пленкой дости­гается использованием очистителей зеркала припоя и кассет специальной конструкции. Установка для пайки с очистите­лем показана на рис. 13.8.

Ванна 1 с припоем (рис. 13.8, а) поднимается, и дворник (очиститель) 3 погружается на некоторую глубину в расплавлен­ный припой (рис. 13.8, б). Пока ванна неподвижна, дворник, пе­ремещаясь вместе с платой 2, удаляет с поверхности припоя оксидную пленку. Затем ванна поднимается до соприкосновения зеркала припоя с местами пайки (рис, 13.8, в). В этом положении происходит выдержка, необходимая для осуществления пайки, а затем ванна возвращается в исходное положение.

Рис. 13.7. Пайка погружением в расплавленный припой:

1 - электрический обогреватель; 2 - распланленный припой; 3 - печатная плата с установленными радиодеталями; 4 - приспособление для установки платы; 5 - вибратор; 6 - маска; 7 - изоляция

Рис. 13.8. Пайка плат погружением с вертикальным подъемом ванны

Пайка в кассете показана па рис. 13.9. Плата 4 с при­способлением 3 помещается в кассету 2. При опускании кассеты в ванну с припоем 1 она раздвигает оксидную пленку 5, которая располагается по граням кассеты. Когда кассета раскрывается, то припой, свободный от оксидной пленки, поступает в кассету и осуществляет пайку. После пайки кассету извлекают из ванны и выдерживают некоторое время. Вертикальное погружение всей платы в расплавленный припои затрудняет удаление жидких и газообразных остатков флюса, что может привести к захвату его припоем и образованию мостиков, соединяющих близко расположенные проводники.

Рис. 13.9. Пайка погружением в кассете:

а - погружение; б - пайка

Пайка погружени­ем с опрокидыванием платы (рис. 13.10). При этом методе устраняются не­достатки предыдущего ме­тода. В ванну погружают сначала один конец платы (рис. 13.10. а), затем посте­пенно другой конец. Подъ­ем платы производится под некоторым углом а, чтобы припой стекал и не образо­вывал наплывов. Кинемати­ческая схема установки по­казана на рис. 13.10, б.

На валу 1 установлены кривошип 2 и кулачки 6, 7, взаимо­действующие с выключателями, которые управляют частотой вра­щения электродвигателя. Кривошип соединен с шатуном 5, кото­рый шарнирно закреплен на ползуне 4, перемещающемся по Штанге 3. При подходе к зеркалу припоя и погружения в припой вал вращается медленно, а после выхода из припоя переключа­ется на быстрое вращение.

Пайка волной припоя представляет собой процесс, при котором нагрев паяемых материалов, перемещаемых над ванной, и подача припоя к месту соединения осуществляются стоячей волной припоя, возбуждаемой в ванне. Под стоячей волной понимается состояние сре­ды, при которой располо­жение максимумов и мини­мумов перемещений колеб­лющихся точек среды не меняется во времени.

Рис. 13.10. Пайка погружением с опроки­дыванием платы:

а - технологическая схема; б - кинематическая схема

При пайке волной при­поя (рис. 13.11) устраняет­ся возможность быстрого окисления припоя и темпе­ратурных деформаций пла­ты. В ванне 5 находится припой, расплавленный на­гревателем 4. Печатная пла­та 2 проходит по гребню волны 1, которая создается подачей припоя через соп­ло определенной формы валом с крыльчаткой 3. По­стоянный контакт платы с припоем обеспечивает быструю передачу теплоты, что сокращает время пайки.

Пайка струёй припоя является разновидностью метода пайки волной припоя. При этом происходит более интенсивное перемешивание припоя, что обеспечивает большую равномерность температуры и состава припоя, а также свободную от оксидов поверхность припоя.

Рис. 13.11. Пайка волной припоя

Рис. 13.12. Каскадная пайка

Пайка волной припоя может быть реализована каскадным методом (рис. 13.12), обеспечивающим более стабильную волну припоя по высоте.

Каскад 1 состоит из гребней 3, расположенных под углом 10°. расплавленный припой 2 из ванны подается на верхнюю ступень каскада. Дальнейшее движение припоя происходит самотеком, с последнего гребня припой стекает обратно в ванну. Плату 4, покрытую флюсом, помещают в кассету и перемещают по на­правляющим, расположенным под углом 10°. При этом происхо­дит последовательное трехкратное касание мест пайки с припо­ем, что обеспечивает качественную пайку выводов всех элементов 5, установленных на печатной плате.

Заключительной операцией при всех методах групповой пайки является удаление маски. Для этого печатную плату погру­жают на 0,8 ...0,9 ее толщины в ванну с горячей водой (t=90°С) и выдерживают до тех пор, пока она не отклеится (2 ... 3 мин). За­тем плату обдувают горячим воздухом до полного высыхания. Уда­ление флюса осуществляется в ванне со смесью бензина (50%) и спирта (50%).

Форма паяных соединений на печатных платах показана на рис. 13.13. Заполнение припоем металлизированных отверстий про­изводится на высоту h₁ (2/3) h. Допускаются заливная форма пайки и отсутствие припоя на торцах.

Рис. 13.13. Формы паяных соединений печатных плат:

а - г — с неметяллизированными отверстиями; д – е — с металлизированными от­верстиями; ж - и — с пленарными выводами (1 - вывод; 2 - плата; 3 - контактная площадка)

13.3. Проводной монтаж на печатных платах

В единичном и опытном производстве применение МПП нецелесообразно в связи с длительным временем на проектирование и изготовление, а также сложностью внесения изменений при отра­ботке конструкции платы. Более эффективными являются методы, основанные на сочетании проводного и печатного монтажа. В этом

случае вместо печатных проводников используют провода диаметром 15... 30 мкм в полиамидной изо­ляции. Плата покрывается слоем термореактивного клея, который служит для крепления проводов. Затем на поверхности ДПП созда­ется требуемая разводка. Этим способом можно зна­чительно уменьшить пло­щадь, занятую проводни­ками.

Проводной монтаж бо­лее экономичен, чем метод обычного печатного монтажа, так как отпадает необ­ходимость в гальванических процессах.

Рис. 13.14. Основные этапы стежкового монтажа: а - сборка пакета; б - формирование петли; в - удаление прокладок; г - лужение; д - пайка

Провода имеют электрическую изоляцию, поэтому и можно прокладывать близко друг к другу и выполнять пересечение. Благодаря этому площадь для размещения схемы может быть уменьшена.

Основными методами проводного монтажа являются стежковый и многопроводный монтаж фиксированными проводами.

Стежковый монтаж. Изолированный провод укладывают на од ной стороне ДПП и выводят его в виде петель через монтажные отверстия на другую сторону с присоединением к контактным площадкам платы. Монтаж осуществляется проводом диаметром до 0,15 мм в эмалевой изоляции, которая удаляется в процессе облу-живания. Образование петель провода производят путем прошив­ки трубчатой иглой (рис. 13.14).

Двустороннюю печатную плату 1 устанавливают на эластичную прокладку, состоящую из толстой резины 4, нескольких слоев тон­кой резины 3 и слоя кабельной бумаги 2. При входе в отверстие игла 5 формирует петлю 6 и прокалывает эластичные прокладки, которые фиксируют петлю. Выходя из отверстия, игла скользит по проводу, а петля остается в прокладке. Затем иглу перемещают по кратчайшему расстоянию к следующему отверстию и цикл повто­ряют.

Иглу изготовляют из нержавеющей стали со скосом под углом 50 ...75°. Внутренний диаметр иглы принимается больше диаметра провода на 0,1 мм. Материал прокладки должен хорошо прокалываться иглой и закреплять петли провода. В мягкой прокладке трудно закрепить петлю, так как она будет вытягиваться вместе с иглой. При чрезмерно твердом материале формирование петель будет затруднено. После прокладки проводов резиновые прокладки удаляют, стягивая их с петель. Слой кабельной бумаги остается на плате и предохраняет печатный монтаж при лужении петель. Затем кабельную бумагу удаляют, петли подгибают и производят их пай­ку к контактной площадке. 7. Размеры контактных площадок долж­ны обеспечивать возможность присоединения провода и вывода элемента, которые осуществляются внахлестку. Паяные соедине­ния имеют скелетную форму. На ДПП со стежковым монтажом можно осуществить монтаж эквивалентной восьмислойной МПП.

Плата с двусторонним монтажом представляет собой спрессован­ный пакет, состоящий из двух оснований со стежковым монтажом и адгезионного слоя между ними. Основания располагают таким образом, чтобы провода находились внутри, а стороны с контакт­ными площадками для пайки петель провода и выводов элемен­тов — с внешней стороны. Двусторонние печатные платы со стеж­ковым монтажом следует применять только в тех случаях, когда высокая плотность монтажа обеспечивает существенное повыше­ние технико-экономических показателей изделия.

Многопроводной монтаж, фиксируемый проводами. Такой мон­таж представляет собой упорядоченное прокладывание изолиро­ванных проводов с полиамидной изоляцией на поверхности ДПП. Для фиксации проводов на плату наносят слой адгезива, состоя­щего из клеевых пленок и стеклоткани. После погружения прово­дов в слой адгезива производят его окончательное отверждение путем прессования при t= 180°С и давлении 1,5 МПа.

В плате с закрепленными монтажными проводами сверлят от­верстия. При этом необходимо, чтобы торец провода по форме со­ответствовал краю отверстия. После подготовки поверхности отвер­стие и торец провода подвергаются химико-гальванической метал­лизации, качество которой определяет надежность электрического соединения проводного и печатного монтажа. На одной стороне та­кой платы можно разместить несколько слоев проводного монта­жа, чередуя нанесение адгезива и раскладку проводов. Плата с тремя слоями многопроводного монтажа эквивалентна одиннадцатислойной МПП.

13.4. Сварка

Сваркой называется процесс получения неразъемного соедине­ния металлических изделий путем местного нагревания их до расплавления или тестообразного (пластического) состояния без применения или с применением механического усилия. Основными видами сварки являются контактная, электродуговая и диффузионная сварки.

Контактная сварка. Контактная сварка (точечная и шовная) осуществляется методом сопротивления, при котором ток, используемый для нагревания, пропускается последовательно от одного свариваемого изделия к другому через поверхность их соприкосновения.

Рис. 13.15. Точечная контактная сварка:

а - принципиальная схема; б - строение сва­рочной точки

Точечную сварку применяют для соединения листовых материалов не­большой толщины. Сварива­емые листы (два или три) вводят в промежуток меж­ду медными электродами (рис. 13.15, а). При сжатии электродов 2 и 4 от свароч­ного трансформатора 1 про­ходит ток. В месте контакта деталей 3 из-за повышенного сопротивления выделяет­ся наибольшее количество теплоты. Центральная часть точки доводится до плавления и образует литое ядро 1. (рис. 13.15, б). Расплавленный металл 1 ядра удерживается от: вытекания плотным кольцом 2, нагретым до пластического состояния металла. После выключения тока образовавшаяся точка находится под давление электродов до окончания процесса крйсталлизации расплавленного ядра.

Основными параметрами, определяющими качество соединения, являются сила сварочного тока и длительность воздействия, усилие сжатия электродов и размеры их рабочей поверхности.

Размеры сварочной точки зависят от количества теплоты, выделяемого в зоне сварки, которое определяют по закону Джоуля – Ленца

, (13.3)

где I - сила тока, А; t – время сварки, с; R – общее сопртивление в зоне сварки, Ом.

Давление электродов значительно влияет на количество выделяемой теплоты. При малом давлении в месте контакта свариваемых деталей сопротивление большое и металл ядра точки расплавляется быстро; достаточная зона пластичного металла не успевает образоваться и возможно снижение прочности сварочной точки вследствие выплесков металла. При давлении выше оптимального уменьшаются количество теплоты, выделяемого в месте сварки, и диаметр точки.

Время сварки выбираю таким, чтобы центральная часть точки нагревалась выше температуры плавления. При более низкой температуре сварки не произойдёт слишком длительный нагрев приводит к образованию большого ядра, которое может выйти за пределы действия электродов, что снижает прочность точки.

Включение тока и сжатие электродов осуществляются с помо­щью педали, а в автоматических машинах — с помощью специальных электромагнитных или ионных прерывателей.

Большое значение для получения качественного соединения имеет подготовка поверхностей деталей. Свариваемые детали долж­ны плотно прилегать друг к другу в месте контакта и должны быть очищены от грязи, жира и оксидной пленки. Очистку проводят ме­ханическим способом (наждачным полотном, щеткой и др.) или химическим (травлением в соответствующих кислотах).

Шовная сварка служит для получения плотных швов внахлестку. В этом случае электроды выполняют в виде роликов. При вращении сжатых роликов свариваемые детали протаскиваются между ними. Сварочные точки располагаются рядом, частично пе­рекрывая друг друга, образуя непрерывный шов. Режим шовной сварки определяется шагом образующих шов точек, усилием, при­ложенным к роликам, диаметром роликов, скоростью сварки и силой сварочного тока.

Электродуговая сварка. Эта сварка основана на плавлении ме­талла под' воздействием электрической дуги, образуемой при прохождении тока через воздушный промежуток между двумя проводниками. Одним из проводников является свариваемый металл, а другим — угольный или металлический электрод.

Особенно важно применение электродуговой сварки при электрическом монтаже. Она обеспечивает надёжность соединения при тепловых перегрузках; высокую механическую прочность, надежный электрический контакт, хороший внешний вид соединения, возможность сварки материалов, не поддающихся пайке (нихром, константан и др.). Применение сварки монтажных соединений вместо пайки повышает производительность труда и снижает себестоимость изделия вследствие отсутствия дорогостоящих припоев и флюсов, а также более низких требований, предъявляемых к под­готовке поверхностей. Основными недостатками сварки электро­монтажных соединений являются невозможность их разъединения в отличие от соединений, выполняемых припоем, и недостаточная стойкость против коррозии. При сварке химически активных металлов и их сплавов используют электродуговую сварку в струе защитных газов (аргона, гелия и др.)

Диффузионная сварка. Для материалов, сварка которых обыч­ными методами затруднена (например, сталь с алюминием, вольфрамом, титаном и др.), применяется диффузионная сварка. Ее осуществляют при повышенных температурах с приложением сдав­ливающего усилия к месту сварки.

Установка для сварки (рис. 13.16) состоит из вакуумной охлаж­даемой камеры 2, внутри которой размещаются свариваемое изде­лие 4 и нагреватель 3. Сдавливающее усилие создается штоком 5, проходящим через вакуумное уплотнение 1, и механизмом нагружения 6.

Рис. 13.16. Диффузионная сварка в ваку­уме

После создания в камере вакуума (133 ·10^-3... 133 ·10^-5 Па) производится нагрев токами высокой час­тоты до температуры свар­ки. Глубокий вакуум при местном нагреве и давлении обеспечивает процессы вза­имной диффузии с переме­щением компонентов соеди­няемых деталей на расстоя­ния, превышающие меж­атомные связи. Нагрев спо­собствует ускорению диф­фузии атомов металлов че­рез поверхность стыка.

Усилие сжатия прикла­дывается после нагревания изделия и поддерживается постоянным в течение всего процесса сварки. Величина усилия зависит от свойства металла, температуры сварки и других факторов.

Процесс диффузионной сварки условно можно разделить на две стадии.

На первой стадии создаются условия для образования ме­таллических связей. Для этого необходимо обеспечить тесный кон­такт свариваемых поверхностей и создать условия для удаления поверхностных пленок оксидов. Тесный контакт обеспечивается за счет использования режимов с повышенными температурами, вследствие чего выступы в зоне контакта деформируются при зна­чительно меньших нагрузках, что дает хороший контакт по всей по­верхности свариваемых изделий. Предупреждение образования оксидных пленок достигается тем, что сварка осуществляется в ва­кууме.

На второй стадии происходят процессы взаимной диффу­зии атомов свариваемых материалов.

Преимущество диффузионной сварки заключается в том, что свариваемый металл не доводится до плавления. При этом возмож­но получение высокой точности размеров свариваемого изделия.

13.5. Монтажная микросварка

Обычные методы сварки при выполнении монтажных соединений в интегральных схемах применяют весьма ограниченно, что обус­ловлено малыми размерами соединений. Микросоединения выпол­няют золотой или алюминиевой проволокой диаметром менее 50 мкм. Контактные площадки микросхем имеют малую площадь. Для выполнения микросварных соединений используют различные методы сварки. Основными из них являются следующие методы сварки: термокомпрессионная, с косвенным импульсным нагревом, расщепленным электродом, ультразвуковая. Микросварные соеди­нения выполняют на установках, оснащенных оптическими устрой­ствами и манипуляторами.

Рис 13.17. Тсрмокомпрсссионная сварка:

а - принципиальная схема; б - клином; в - с помощью двух игл; г - капилляром

Термокомпрессионная сварка. Она осуществляется при одновременном воздействии повышенной температуры и давления

Свариваемые детали 2 и 3 (рис. 13.17, а) устанавливают на ра­бочий стол 4 Пуансон 1 имеет вертикальное перемещение, давление можно регулировать в определенных пределах. Теплота подво­дится к пуансону и рабочему столу от нагревателя 5, представляющего собой нихромовую спираль.

Нагрев увеличивает пластичность выводов и позволяет уменьшить усилие, необходимое для их деформации. В зависимости о конкретных условий усилие выбирают в пределах 0,5... 1,8 Н, температуру 250...400°С, время сварки 5... 30 с. При термокомпрессионной сварке часто применяют защитную среду (аргон, азот и др.)

Пуансон изготовляют из материалов, не обладающих адгезиея к металлическому проводнику в условиях сварки. К таким мате­риалам относятся вольфрам, молибден, оксид бериллия и др. инструмент может иметь форму клина (рис. 13.17, б) двух игл (рис. 13.17, в) или капилляра (рис. 13.17, г).

Механизм образования термокомпрессионного соединения свя­зан с разрушением оксидной пленки и созданием тесного контакт та между соединяемыми поверхностями. При этом происходит диспергирование поверхностных пленок с последующей взаимной диффузией металлов.

Свойства термокомпрессионного соединения зависят от размеров и материалов проводника. По мере увеличения площади сечения проводника прочность соединения уменьшается. Это объясняется повышением теплопотерь через проводник. Кроме того, для обес­печения нужных деформаций требуются более высокие давления. Для выводов применяют специальные материалы (обычно золото, позолоченную медь), обладающие, хорошими электрическими и ме­ханическими свойствами.

Термокомпрессионная сварка получила широкое распространение. Недостатками ее являются высокие требования к качеству подготовки поверхности соединяемых деталей, низкая производительность процесса (не более 200 соединений в час) и низкая надежность при сварке алюминиевых проводов.

Рис. 13.18. Установка для сварки давлением с косвенным импульсным нагревом: 1 – инструмент; 2 – проволока; 3 – контактная площадка

Рис. 13.19. Электроконтактная сварка расщепленным электродом: 1 - плата; 2 - контактная площадка; 3 - электрод; 4 - прокладка; 5 - вывод микросхемы

Сварка с косвенным импульсным нагревом. Такая сварка является наиболее прогрессивной. Она отличается от термокомпрессионной тем, что рабочий инструмент нагревается только в момент сварки, а, выделение теплоты сосредоточено в нижней части, инструмента.

Электрод-инструмент под небольшим давлением приводится в соприкосновение с проводником (рис. 13.18). При прохождении импульса тока торец электрода нагревается и локально нагревает проводник до более высокой температуры чем при термокомпрессионной сварке. При этом проводник переходит в пластическое состояние, происходит его осадка под воздействием давления и о6разуется соединение.

Электрод имеет У-образную форму, что позволяет регулировать продолжительность и степень нагрева, с большой точностью. Размеры электрода выбирают такими, чтобы разогревался только его торец, т.е. та часть которая непосредственно контактирует со свариваемым элементом. Усилие сжатия зависит от пластичности материала и диаметра привариваемой проволоки. Для золотых и алюминиевых проводов давление берут в пределах 0,5...5 Н, а температуру 400...490°С.

Электроконтактная сварка расщепленным электродом (Рис. 13.19).

Эта сварка осуществляется за счет нагрева при пропускании электрического тока через свариваемые проводники между изолированными друг от друга электродами. Изолятором служит воздух (рис.13,19, а) или прокладка из диэлектри­ка (рис. 13.19, б). Основная часть теплоты выделяется в точках контакта «электрод - вывод». Электрод вы­полняют из металлов, с хорошей теп­лопроводностью и высокой температурой плавления (вольфрама, молибдена и др.). Количество выделяемой теплоты зависит от свойств поверхности раздела.

При нагреве проводников и наличии давления электродов выступы, нагретые до температуры рекристаллизации, сминаются. Площадь контакта в следствие этого увеличивается и облегчается сцепление за счет металлических связей. Длительность нагрева при сварке сдвоенным электродом значительно меньше, чем при сварке с косвенным импульсным нагревом, и возможность повреждения элементов схемы сведена к минимуму.

Расщепленный электрод применяют и для бесфлюсовой пайки. В отличие от сварки здесь нагрев требуется только для расплавления припоя, предварительно нанесенного на соединяемые детали. Этот метод особенно, пригоден в тех случаях, когда подводить припой в момент нагрева затруднительно.

При пайке сопротивлением необходимо строгое соблюдение режимов технологического процесса. Для этого, используют схемы с обратной связью работающие по принципу поддержания определенного напряжения между электродами или сохранения заданной температуры.

Ультразвуковая сварка. Ультразвуковая сварка позволяет получить неразъемное соединение металлов при совместном воздействии на деталь механических колебаний, высокой частоты; и относительно небольших сдавливающих усилий (рис. 13.20).

Рис. 13.20. Ультразвуковая сварка:

1 - плата; 2 - капилляр; 3 - про­волока; 4 - ультразвуковая голов­ка; 5 - контактая площадка

Это воздействие приводит к разрушению оксидных пленок и сглаживанию неровностей с созданием чистых поверхностей, что интенсифицирует процесс образования активных центров и приводит к образованию соединения.

Для выполнения монтажных соединений в микросхемах используют ультразвуковые генераторы мощностью около 100 Вт с час­тотой колебаний 20 ...60 кГц и при амплитуде колебаний инструмента 0,5 ... 10 мкм.

Преимуществами ультразвуковой сварки являются отсутствие нагрева, что позволяет соединять химически активные металлы; возможность соединения тонких деталей; небольшие усилия. Время, затрачиваемое на сварку, вдвое меньше, чем при термокомп­рессии, а надежность в 3 раза выше. Недостатки ультразвуковой сварки заключаются в сложности поддержания режима в зоне контакта и в более высоких требованиях, предъявляемых к по­верхности соединяемых деталей, чем при термокомпрессии.

Для улучшения качества сварки применяют комбинированные методы, при которых косвенный импульсный нагрев сочетается с ультразвуковыми колебаниями. Микросварные соединения можно получить при помощи лазерной, электронно-лучевой и плазменной сварок.

13.6. Склеивание

Склеивание применяют для неразъемного соединения деталей из различных материалов (металлических и неметаллических) в любых сочетаниях. В основе процесса склеивания лежит явление адгезии, т. е. способность некоторых веществ прилипать к поверх­ности других материалов. Адсорбционная теория (теория моле­кулярных сил) объясняет адгезию и когезию (сцепление между молекулами самого клея) главным образом взаимодействием сил Ван-дер-Ваальса, т. е. сил притяжения между незаряженными мо­лекулами склеиваемых тел.

При склеивании обеспечивается гладкая поверхность изделия и герметичность соединения. Преимущества клеевого соединения по сравнению с заклепочными заключаются в том, что уменьша­ется стоимость соединения, так как отпадает необходимость в свер­лении отверстий и изготовлении заклепок и обеспечивается равно­мерное распределение напряжений. Последнее обусловливает бо­лее высокие статические и динамические характеристики прочно­сти соединения, которые для тонких листов превышают прочность материала.

Преимущество склеивания состоит также в том, что при сое­динении разных металлов вследствие изоляционных свойств клея отсутствует контактная коррозия. Кроме того, благодаря наличию клеевой пленки затрудняется передача колебаний.

Недостатками клеевых соединений являются сравнительно низ­кая прочность, незначительная тепловая стойкость, а также дли­тельность технологического процесса (длительная выдержка при отверждении), что затрудняет сборку таких соединении на потоке. Для клеевых соединений недопустимы длительные нагрузки, так как эти соединения склонны к ползучести (текучести).

Клеи выпускают в виде жидких, пастообразных и твердых ве­ществ (прутки, гранулы, порошки, пленки) или нанесенными на подложку (клеящие ленты, ткани и т. д.). Клеи могут быть холод­ного и горячего отверждения.

Обычно клеи — это композиционные материалы, в состав кото­рых входят связующие вещества, растворители, наполнители, пластификаторы и катализаторы.

Связующая основа обладает клеящими свойствами и обеспечи­вает необходимую прочность соединения. Растворители определя­ют вязкость клея, а наполнители (металлические порошки, волок­нистые материалы и др.) увеличивают прочность, уменьшают усад­ку и повышают вязкость. Пластификаторы повышают эластичность пленки, а катализаторы ускоряют процесс отверждения клея.

В зависимости от назначения клеи делят на конструкционные и неконструкционные (табл. 13.1) Конструкционные клеи (на основе термореактивных смол) используют для получения проч­ных соединений, а неконструкционные (на основе термо­пластичных смол) — для ненагруженных соединений.

Наиболее перспективными являются эпоксидные клеи, отверждающиеся без выделения побочных продуктов. Они универсальны, выдерживают кратковременный нагрев до t=430°С. Прочность эпоксидных клеев почти не зависит от толщины клеевого слоя, что значительно упрощает их нанесение. Обычно адгезионные свойст­ва таких клеев выше когезионных. Вследствие малой ползучести они деформируются под действием длительной нагрузки значи­тельно меньше, чем другие клеи.

В микроэлектронных устройствах для создания электрических контактов применяют токопроводящие клеи (контактолы). Адгезионные свойства таких клеев определяются связующей основой (эпоксидной смолой и др.), а проводимость достигается применением наполнителей (мелкозернистых порошков золота, се­ребра, меди и др.). Скорость загустения контактолов зависит от состава и количества растворителя. Приготовленный контактол хранят при температуре ниже нуля в парах растворителя.

Контактол наносят с помощью шприца, что позволяет дозиро­вать количество клея. Это имеет важное значение для обеспечения высокого качества контактного соединения. Если капля окажется слишком большой, то она может не затвердеть после высыхания наружной области. Такое же явление произойдет при быстрой го­рячей сушке (при t=75°С) без выдержки на воздухе в течение 1 ч.

Удельное сопротивление проводящего эпоксидного клея нахо­дится в пределах 1 ·10^-2... 6 ·10^-4 Ом-см.

Прочность клеевого соединения определяется не только сила­ми адгезии, но и когезии. Опасные внутренние напряжения в клеевых соединениях могут быть значительно ослаблены, если клеевой слой делать тонким (в пределах 0,05 ...0,25 мм). При значительных неровностях склеиваемых поверхностей надо применять безусадочные клеи или вводить в состав клея порошкообразные на­полнители.

Процесс склеивания состоит из следующих этапов: подготовка поверхностей соединяемых деталей, нанесение клея, его подсушивание (открытая выдержка) и отверждение клеевых соединений.

	Т а б л и ц а 13.1
Марка Клея		Прочность при сдвиге, МПа	Режимы склеивания					Связующая основа клея и примеры применения
			Температура, °С		Время, ч	Давление, МПа
	Конструкционные клеи
	БФ-4	7		60…80 120…130	6…8 4		0,1…0,5		Фенолформальдегидная смо­ла. Склеивание медной фольги с диэлектриком, магнитопроводов и др.
	ВК-3	19		165	1		0,5…1		Фенолформальдегидная смола, склеивание металлических деталей с неметаллическими
	ЭКС-4	7,5		140	2		0,1		Эпоксидная смола. Склеива­ние пластин магнитных головок
	ВК-9	7,5		25	24		0,2		Эпоксидная полиамидная смола. Для герметизации микросхем, крепления навесных элементов
	К-400	17		25	48		0,1		Эпоксидная, кремнийорганическая и полиамидная смолы. Приклеивание стекол, гермитизация микросхем
	Неконструкционные клеи
	АК-20	―		25	8		0,4		Нитроцеллюлоза. Склеивание ткани, кожи, микросхем на печатной плате
	88-НП	―		25	24…28		0,1		Каучук. Склеивание резины

Подготовка поверхностей соединяемых дета­лей. Чтобы места соединения могли быть хорошо смочены клеем, их необходимо очистить. Очистку (обезжиривание и промывку) осу­ществляют в ацетоне, бензине и водных растворах, различных мою­щих веществ. Признаком чистой и хорошо смачиваемой поверхно­сти является сохранение на ней сплошной пленки воды в течение 1 ...2 мин.

Большое влияние на прочность соединения оказывает шеро­ховатость поверхности. Наибольшая прочность получается при ше­роховатости поверхности соединяемых деталей Ra 10...2,5 мкм.

Нанесение клея. Клеи наносят кисточкой, пульверизато­ром или погружением. Для вязких клеев применяют накатывание, а пастообразные клеи наносят шпателем. Толщину наносимой плен­ки клея берут в пределах 0,05 ...0,25 мм. При более толстых плен­ках наблюдается значительное уменьшение прочности соединения.

Подсушивание клея. Подсушивание клея необходимо для удаления растворителя. Оно может быть выполнено без нагрева­ния или при повышенной температуре, которая не должна вызы­вать преждевременного отверждения клея. Степень удаления раст­ворителя влияет на прочность и пористость клеевого соединения. Клеи, не содержащие растворителей (например, эпоксидные), не требуют открытой выдержки. .

Соединение деталей, покрытых клеем, выполняется в приспо­соблениях, обеспечивающих определенное их положение. Необхо­димое давление создается грузом, струбцинками, пружинными за­жимами, винтами и т. д.

Время, необходимое для достижения клеевым соединением при определенной температуре оптимальной прочности, называется временем отверждения.

Горячее отверждение производится в нагревательных печах с принудительной циркуляцией воздуха, в подогреваемых приспособ­лениях и пресс-формах.

Важнейшим показателем качества клеевых соединений являет­ся предел прочности при сдвиге

τ = P / F (13.4)

где Р — разрушающая сила; F — площадь склеивания.

На качество клеевых соединений большое влияние оказывают режимы технологического процесса (температура, время, давление при склеивании), а также шероховатость и неплоскостность склеи­ваемых поверхностей, толщина пленки клея и физико-химические свойства клеевой пленки.

Клеящие вещества в большинстве случаев токсичны, поэтому на всех этапах технологического процесса необходимо соблюдать правила техники безопасности и охраны труда.

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ОБЩАЯ СБОРКА ЭВМ

ГЛАВА 14

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

14.1. Виды функциональных элементов

Основным методом разработки электронных устройств являет­ся разделение сложной электрической схемы на функциональные элементы (ФЭ), из которых собирают более сложные устройства.

Функциональным элементом (модулем) называется конструк­тивно и функционально законченная часть схемы, имеющая уни­фицированные размеры и способная самостоятельно и в совокупно­сти с другими элементами решать требуемые задачи.

Применение ФЭ значительно сокращает время на проектирова­ние новых изделий. При этом резко уменьшается объем техниче­ской документации, которая разрабатывается только на специаль­ные модули, ускоряется процесс оформления общих видов, прин­ципиальных схем и др.

Эксплуатационная надежность устройства увеличивается, по­скольку исключается возможность применения случайных и неотработанпых схем. Номенклатура модулей должна постоянно обнов­ляться на базе новейших схемных решений.

Функциональные модули изготовляют на специализированном производстве, что позволяет снизить их стоимость, так как процесс изготовления и контроля модулей может быть автоматизирован.

Эффективность применения ФЭ зависит от ряда факторов, важ­нейшими из которых являются следующие.

Универсальность функционального элемента. Она заключается в возможности применения его в возможно боль­шем числе электронных устройств.

Размерная и функциональная взаимозаменя­емость. Она обеспечивает возможность замены модуля без при­менения подгоночных операций и смены остальных модулей, удов­летворяющих техническим требованиям.

Унификация конструкций. Унификация заключается в приведении модулей к наименьшему числу типоразмеров. Наибо­лее удобной геометрической формой является параллелепипед.

Стабильность параметров, т. е. модуль должен обес­печивать заданные выходные значения при наихудшем сочетании параметров электроэлементов, изменении напряжения источников питания, механических и климатических условий.

Высокая надежность. Она обеспечивается рационально разработанной схемой и конструкцией, правильно выбранной и реа­лизованной технологией изготовления, а также соответствующими условиями эксплуатации.

Технологичность. Конструкция модуля и блока должна предусматривать возможность применения высокопроизводительных методов изготовлении деталей и сборки, разделения технологического процесса монтажа на отдельные опера­ции и т. п. Эти требования можно реа­лизовать за счет использования типовых элементов, сокращения номенклатуры применяемых деталей и материалов, возможности групповой пайки, наличия деталей с простой формой выводов.

Малые размеры модуля. Умень­шение размеров функционального эле­мента является характерной особенностью развития электроники и оценивается ря­дом коэффициентов. Наиболее часто ис­пользуются коэффициенты плотности упа­ковки К_у и заполнения объема К_зо:

К_у = n/v, (14.1.)

К_зап = v_акт / (v - v_акт ), (14.2.)

где n - число элементов и компонентой; v - объем функционального элемента без учета объема выводов; v_акт - объем, занимаемый материала­ми, без которых невозможно выполнение заданного физического процесса, например кристалл полупроводникового материала в транзисторе, сердечник магнитопровода, обмотка трансформато­ра и др.

Функциональные элементы» применяемые в ЭВМ, можно раз­делить на две большие группы: 1) модули и микромодули на дис­кретных компонентах; 2) интегральные микросхемы и микро­сборки.

К ФЭ первой группы относятся ячейки (ламповые, безлампо­вые); модули (плоские, объемно-залитые, объемно-гнездовые и др.)

Ячейки применялись в ЭВМ первого поколения. Они представ­ляют собой металлическую рамку 1, в которой размещаются на пластмассовых панелях 2 электронные лампы 5, дискретные элек­трорадиоэлементы 3 (ЭРЭ) и электрический соединитель 4, (рис. 14.1). Основные недостатки ячейки —низкая надежность, большие габаритные размеры, высокая потребляемая мощность.

Рис. 14.1. Пример конст­руктивного выполнения ячейки

Модули используют в ЭВМ второго поколения. Плоские моду­ли (рис. 14.2, а) представляют собой печатную плату стандартных размеров, на которой монтируются различные ЭРЭ. Объемно-за­литые модули (рис. 14.2, б.) имеют более высокую виброустойчи­вость и хорошую защиту от влаги. Микромодули этажерочного ти­па и плоские (рис. 14.3) собирают на керамической плате и за­щищают от воздействия внешней сферы заливкой компаундом и металлическим кожухом.

В ЭВМ третьего поколения основными ФЭ являются микросхе­мы среднего уровня интеграции, а в ЭВМ четвертого поколения — большие интегральные микросхемы и микросборки.

Рис .14.2. Модули на дискретных компонентах

а - плоский; б - объемно-залитой (до и после заливки)

Рис. 14.3. Микромодули:

а - этажерочного типа (до заливки) (1 - плата, 2 - соединительные проводники); б - плоский микромодуль (1 - бескорпусные ЭРЭ, 2 - изоляционная прокладка, 3 - колпачок, 4 - заливочная масса, 5 - ком паунд, 6 - вывод)

14.2. Микроминиатюризация функциональных элементов

В качестве общего названия различных методов значительного уменьшения размеров электронной аппаратуры применяется тер­мин «микроминиатюризация». Одним из наиболее удобных пока­зателей степени микроминиатюризации является количество эле­ментов электрической схемы, размещенной в 1 см³ объема.

Плотность монтажа можно повысить за счет миниатюризации— уменьшения размеров обычных навесных элементов и более плот­ного их размещения, что широко используется при модульном ме­тоде проектирования. Применение малогабаритных ламп, умень­шение размеров полупроводниковых триодов, конденсаторов и дру­гих навесных элементов позволяет получить плотность монтажа До 0,1 см³. В микромодулях плотность монтажа можно увеличить до 10...20 дет/см³.

Микроминиатюризации свойственны трудности, связанные с рас­сеянием теплоты и вопросом о допустимых уровнях мощности. Для того чтобы температура внутри электронного устройства не пре­вышала допустимую, оно должно иметь вполне определенную ве­личину поверхности рассеяния теплоты. Если в тот же объем по­местить значительно большее число элементов с такой же мощно­стью рассеяния, то температура внутри устройства превысит до­пустимую величину и оно выйдет из строя.

В связи с этим большое значение имеет разработка схем с мень­шей мощностью рассеяния, а также использование материалов и элементов, способных выдерживать более высокие температуры. В настоящее время средняя мощность рассеяния одной интеграль­ной логической схемы равна примерно 10 мВт. Имеется тенденция уменьшения этой величины. Но так как мощность рассеяния рас­тет пропорционально скорости работы схемы, то проблема отвода теплоты всегда будет существовать.

Проблема теплоотдачи решается также путем увеличения ди­аметра токопроводящих жил, создания больших металлизированных площадок на платах с печатными схемами, применения эле­ментов специальной формы, предусматривающих пространство для движения воздуха, который может быть охлажден. В последнем случае требуется специальная аппаратура для подачи воздуха.

Важное значение имеет правильное размещение элементов. Элементы, выделяющие большое количество теплоты, помещают вблизи теплообменника (если он применяется), а радиодетали, чув­ствительные к повышенным температурам, располагают возмож­но дальше от сильно нагревающихся деталей. В ряде конструкций применяют отвод теплоты через эпоксидные заливочные материа­лы, имеющие металлический заполнитель. Заливочный материал отводит теплоту от всех радиодеталей равномернее, чем металли­ческий проводник.

Трудностью микроминиатюризации является также соединение узлов в блоки и устройства. При высокой плотности монтажа объем, приходящийся на соединения, становится соизмеримым с объемом самих блоков. Для электронных устройств с повышен­ной степенью интеграции характерно наличие паразитных связей, имеющих емкостный и индуктивный характер. Уровень паразитных связей повышается при увеличении числа пересечений проводников и уменьшением толщины изоляции. Помехи можно снизить путем увеличения расстояния между проводниками и расположения их во взаимно перпендикулярном направлении. Предельный уровень микроминиатюризации определяется также технологическими ог­раничениями.

14.3. Интегральные микросхемы и микросборки

Элементной базой современных ЭВМ являются микросхемы.

Интегральная микросхема (ИС) представляет собой ряд эле­ментов, который нераздельно выполнен и электрически соединен между собой таким образом, что с точки зрения технических требо­ваний, испытаний, торговли и эксплуатации рассматривается как целое (ГОСТ 17021—88). Микросхему рассматривают как единое изделие, имеющее высокую плотность расположения элементов и (или) компонентов, эквивалентных элементам обычной схемы.

Элемент - часть ИС, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (ЭРЭ), например транзистора, резистора и др., которая выполнена нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований, предъявляемых к испытаниям, приемке, поставке и экс­плуатации.

Компонент - часть ИС, реализующая функция какого-либо ЭРЭ. Компонент может быть выделен как самостоятельное (комп­лектующее) изделие и отделен от ИС. По функциональному назна­чению ИС делят на аналоговые и цифровые.

Аналоговые ИС служат для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Их применя­ют в аналоговых вычислительных машинах (АВМ), измерительных приборах, системах контроля. Особое место среди аналоговых ИС занимают операционные усилители, которые являются универсаль­ным базовым элементом для построения аналоговых узлов.

Цифровые ИС предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной, например двоич­ной, функции. Переменные величины и функции от них, которые могут принимать только два значения: 0 и 1, — называются логи­ческими переменными.

Логические ИС выполняют операции конъюнкции (И), дизъ­юнкции (ИЛИ), инверсии (НЕ) и более сложные логические опе­рации. Они могут состоять из нескольких логических элементов, объединенных единой подложкой и корпусом, и, как правило, име­ют общие выводы для подключения источника питания.

Большинство цифровых ИС включают триггеры, которые обыч­но выполняются на логических элементах и реализуют переклю­чающие функции. Наряду с простейшими ИС изготовляются мик­росхемы, реализующие функции типовых узлов ЭВМ. Такими уз­лами являются регистры, счетчики, сумматоры, запоминающие устройства и др.

Сложность ИС характеризуется степенью интеграции, т. е. чис­лом содержащихся в ней элементов:

К =lg N , (14.3)

где К - коэффициент, определяющий степень интеграции (значе­ние К. округляют до ближайшего целого числа); N - число элемен­тов интегральной микросхемы, в том числе содержащихся в со­ставе компонентов, входящих в интегральную микросхему.

Различают интегральные микросхемы шести степеней интегра­ции: первой степени интеграции - до 10 элементов и компонентов; второй степени - свыше 10... 10²; третьей степени - свыше 10²... 10³; четвертой степени - свыше 10³... 10⁴; пятой степени - свыше 10⁴... 10⁵; шестой степени - 10⁵... 10⁶.

В зависимости от числа компонентов и элементов, а также тех­нологии изготовления различают малые, средние, большие и сверх­большие ИС. Так, например, большой интегральной микросхемой (БИС) называется ИС, содержащая 500 элементов и более, изго­товленных по биполярной технологии, 1000 элементов и более, из­готовленных по МОП-технологии.

Показатель степени интеграции особенно важен для цифровых ИС, так как чем меньше схемный элемент, тем выше его быстро­действие.

Интегральные схемы. По конструктивно-технологическо­му исполнению ИС делятся на три группы: полупроводниковые, гибридные и прочие. К прочим относятся пленочные ИС, вакуумные и керамические. Этим группам в системе условных обозначений присвоены следующие цифры: 1, 5, 6, 7 - полупроводниковые ИС (обозначение 7 присвоено бескорпусным ИС); 2, 4, 8- гибридные ИС; 3 - прочие ИС.

Полупроводниковые ИС. Они являются основными эле­ментами ЭВМ. Имеют высокую надежность, обеспечивают боль­шую плотность упаковки элементов и низкую стоимость при круп­носерийном производстве.

Полупроводниковые ИС изготовляют на специализированных предприятиях. Наряду с этим применяют микросхемы специально­го назначения со специфическими функциями и электрическими ха­рактеристиками. Разработка и производство таких микросхем осу­ществляются неспециализированными предприятиями, так как по­требность в них относительно небольшая.

В качестве микросхем специального назначения широко приме­няют гибридные тонко- и толстопленочные интегральные схемы (ГИС), которые дают возможность получения высококачественных пассивных элементов. Паразитные емкости пленочных резисторов примерно в 10 раз меньше, чем у диффузионных, и последующая подгонка дает возможность повысить точность резисторов до ±0,1%.

Недостатками ГИС являются низкая плотность компоновки, более высокая стоимость и малая надежность.

Тип микросхемы выбирают прежде всего исходя из показателей назначения, определяющих соответствие их требованиям техниче­ских условий.

Полная номенклатура параметров микросхем, выпускаемых про­мышленностью, приводится в справочниках и отраслевых стандар­тах. Эта номенклатура постоянно пополняется схемами вновь ос­военными промышленностью.

При выборе типа микросхемы необходимо также учитывать эф­фективность их производства и эксплуатации.

Производство полупроводниковых ПС требует больших капи­тальных затрат и оправдывает себя при достаточно большом объе­ме производства (более 50 тыс. в месяц). Наиболее дешевыми при мелкосерийном производстве являются толстопленочные ГИС. При одинаковых рабочих характеристиках тонкопленочные ГИС будут дешевле толстопленочных, если они изготовляются в количестве больше 10 тыс. в месяц.

При мелкосерийном производстве простота разработки и произ­водства обеспечивают преимущество ГИС.

Таблица 14.1

Наименование параметра	Полупровод­никовые схемы	Тонкопле­ночные ГИС	Толстопле­ночные ГИС
Предельная мощность	1	2	3
Предельное напряжение	1	3	3
Быстродействие	3	1	1
Интеграция элементов	3	1	1
Паразитные связи	1	3	3
Точность и стабильность пассивных элементов	1	3	2
Надежность	3	2	2
Стоимость подготовки производства	1	2	3
Стоимость при крупносерийном про­изводстве	3	2	1
Стоимость при мелкосерийном производстве	1	2	3
Длительность производственного цик­ла	1	2	3
Число операций технологического процесса	1	2	3
Капитальные затраты на оборудова­ние	1	2	3
Воспроизводимость технологического процесса	1	2	3
Трудоемкость монтажный работ	3	2	2

В табл. 14.1 приведена сравнительная характеристика парамет­ров различных типов микросхем. Для оценки показателей исполь­зована четырехбалльная шкала: 3 - отлично; 2 - хорошо; 1 - удов­летворительно; 0 - неудовлетворительно.

В каждом конкретном случае необходимо учитывать дополни­тельные (специфичные) показатели (перспективность изделия, со­стояние производственной базы и др.).

Микросборка представляет собой иикроэлектроииое изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала, состоящее из элементов и (или) компонентов, размещен­ных на общей подложке, разрабатываемое для конкретной аппара­туры с целью улучшения показателей ее миниатюризации и рас­сматриваемое как единое целое с точки зрения требований к прием­ке, поставке и эксплуатации.

Выпуск микросборок характеризуется малым объемом и боль­шой номенклатурой, что ограничивает выбор методов их изготовле­ния.

ГЛАВА 15

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

15.1. Подложки тонкопленочных микросхем

Тонкопленочными интегральными микросхемами называются Микросхемы, все элементы и межсоединения которых выполнены на одной общей подложке в виде пленок из резистивных, диэлек­трических, проводящих и других материалов толщиной от нескольких сотых до десятых долей микрометра (но не более 1 мкм).

Пассивные элементы схемы (резисторы, конденсаторы и др.) изготовляют методами тонкоплсночной технологии; активные эле­менты схемы (диоды, транзисторы и др.) — по обычной техноло­гии, но и миниатюрном или бескорпусном оформлении и монтиру­ют на подложке.

Тонкопленочные микросхемы, в которых используются навес­ные активные элементы, называют гибридными интегральными микросхемами.

Достоинства тонкопленочных микросхем — возможность получе­ния резисторов и конденсаторов с широким диапазоном номиналов и точными параметрами, высокая температурная стабильность их и возможность автоматизации процесса напыления.

Надежность повышается за счет сокращения числа соединений в схеме и уменьшения механических напряжений от ударов, уско­рений и вибраций вследствие уменьшения массы. Ускорение в 1000 g воздействует на элемент с массой 1 мг силой 0,01 Н.

Основной недостаток тонкопленочных интегральных микро­схем — невозможность изготовления в настоящее время по тонкопленочной технологии активных элементов схемы. Это связано с трудностью получения монокристаллических полупроводниковых пленок на аморфных и поликристаллических подложках, обычно применяемых для тонкопленочных микросхем. Необходимость в монтаже активных элементов снижает надежность и увеличивает стоимость микросхем.

Конструктивной основой тонкопленочных микросхем является изоляционная подложка, которая существенно влияет на парамет­ры тонких пленок и надежность всей схемы. Общие требования, предъявляемые к подложке независимо от конструкции и назначе­ния микросхем, следующие: гладкая поверхность, высокая плос­кость, беспористость, механическая прочность, близость коэффи­циентов термического расширения подложки и пленки, хорошая теплопроводность, стойкость к термоударам, химическая стойкость, большое удельное электросопротивление, низкая стоимость.

Гладкая поверхность (R_а 0,01 ...0,04 мкм) необходима для обеспечения однородности и воспроизводимости электрических параметров схемных элементов. Например, шероховатость поверх­ности может влиять непосредственно на эффективную длину про­бега электронов.

Плоскостность поверхности (особенно волнистость) влияет на четкость линий при фотолитографическом процессе. Ес­ли поверхность фоторезиста не имеет хорошего контакта с фото­шаблоном, то четкость отдельных участков будет ухудшаться. От­клонения от плоскостности допускаются в пределах 0,1 ... 5 мкм/мм.

Беспористость (высокая плотность) материала подложки позволяет исключить интенсивное газовыделение, так как плотные материалы (сапфир и некоторая керамика) могут нагре­ваться до высоких температур и обезгажены более тщательно.

Механическая прочность зависит от модуля упругости. Подложки должны обладать значительной механической прочно­стью при небольших толщинах. В процессе обработки подложки могут возникать поверхностные трещины, которые снижают модуль упругости.

Стойкость к термоударам характеризуется коэффици­ентом термического расширения, который определяет напряжения, возникающие в подложке при резком изменении температуры.

Химическая стойкость подложки важна на всех ста­диях ее обработки. Наиболее высокую химическую стойкость имеют подложки из оксида бериллия и сапфира. На них не оказывают действия растворы на основе плавиковой кислоты и длительное пребывание во влажной среде.

Большое удельное электросопротивление и хоро­шая теплопроводность являются важными требованиями в связи с повышением уровня интеграции микросхем. Первыми материалами, из которых изготовлялись подложки, были стекло и керамика.

Стеклянные подложки имеют гладкую поверхность и обладают хорошей адгезией со всеми материалами, применяемыми для изго­товления тонконленочных микросхем. К недостаткам подложек из стекла относятся плохая теплопроводность, малая прочность и трудности, связанные с механической обработкой.

Керамические подложки обладают повышенной механической прочностью и теплопроводностью. Их применяют для схем, рассеи­вающих большие мощности. Максимальная высота неровностей по­лированной керамической подложки из материала 22ХС составля­ет 0,02 мкм, что допустимо при толщине пленки не менее 0,1 мкм. Возможность получения сквозных отверстий в подложке позволя­ет присоединять обычные элементы (транзисторы, диоды и др.), что расширяет функциональные возможности схемы. Сквозные отверстия используют также для проволочных выводов, которые пе­ред пайкой расклепывают в отверстиях.

В настоящее время основным материалом, применяемым для изготовления подложек, являются ситаллы (марка СТ-50-1 и др.), которые получают термической обработкой стекла. При такой об­работке стекло выдерживают некоторое время при температуре, близкой к температуре плавления, что приводит к частичной крис­таллизации и образованию мелкой однородной и равномерно рас­пределенной кристаллической структуры. По своим физико-меха­ническим свойствам ситалл превосходит стекло, так как имеет боль­шую теплопроводность, теплостойкость и механическую прочность. Его можно прессовать, вытягивать, выдувать, прокатывать и отли­вать. Температура деформации ситалла составляет 1150 ˚С. Мате­риал выдерживает резкие перепады температур в воздушной среде (от +700 до -60 °С). Ситалл обладает высоким электрическим сопротивлением, которое уменьшается с повышением температуры до 400°С, и имеет высокую химическую стойкость.

Для изготовления подложек ограниченного применения исполь­зуют фотоситалл и монокристаллические материалы.

Фотоситалл получают путем кристаллизации светочувстви­тельного стекла. Основными составными частями фотоситалла яв­ляются оксиды кремния (75%), лития (11,5%), алюминия (10%) и калия (3,5%) с небольшими добавками азотнокислого серебра и диоксида церия. Фотоситалл инертен к кислотам, обладает высо­кой механической и термической стойкостью. При воздействии уль­трафиолетового облучения на фотоситалле проявляется конфигу­рация рисунка фотошаблона,

Наиболее перспективными являются монокристаллические ма­териалы и, в частности, синтетический сапфир. На под­ложках из таких материалов можно получать активные элементы схемы. Подложки из сапфира обладают хорошими физико-механи­ческими свойствами и однородным составом. Однако такие подлож­ки имеют высокую стоимость. Высокой теплопроводностью обладают алюминиевые подложки с оксидным слоем в качестве электроизоляции. Подложки тщательно очищают, так как любые за­грязнения ухудшают условия конденсации, влияют на текстуру тон­кой пленки и ее адгезию. Подложки из ситалла очищают кипяче­нием в водном растворе перекиси водорода и аммиака. Затем про­изводятся промывка, кипячение в дистиллированной воде и сушка в парах изопропилового спирта. Очищенные подложки хранят в эксикаторах или в 95%-ном этиловом спирте. Непосредственно пе­ред напылением подложки подвергаются окончательной очистке в вакуумной камере с помощью ионной бомбардировки. При этом удаляются поверхностные слои материала вместе с различными загрязнениями и адсорбированными газами.

Наиболее простой метод контроля качества очистки — испыта­ние на разрыв высыхающей пленки дистиллированной воды. При этом подложку погружают в сосуд с дистиллированной водой при 20°С и вынимают из воды в вертикальном положении. В течение 1 мин наблюдают за поверхностью подложки. Подложка считается свободной от загрязнений, если водная пленка распределяется по ее поверхности тонким сплошным слоем в течение не менее 1 мин. Если поверхность загрязнена, то пленка будет разрываться и стяги­ваться к смоченным участкам.

Для количественной оценки степени смачиваемости поверхности измеряют угол смачивания, который зависит от соотношения сил когезии внутри капли и адгезии между подложкой и каплей. Чем меньше этот угол, тем лучше качество очистки. Значение угла сма­чивания не должно превышать 3°.

Метод царапины основан на измерении усилия перемещения металлической иглы (обычно титановой) по поверхности подложки. При таких испытаниях увеличивают груз до тех пор, пока не получат видимой царапины. Этот, способ оценки чистоты подложки дает воспроизводимые результаты и является весьма чувствитель­ным к поверхностным загрязнениям, которые играют роль смазки. Чистые поверхности обладают высоким коэффициентом трения. Для получения видимой царапины на неочищенных стеклах требуется груз 400 г, а для хорошо очищенных — всего 30 г. Степень очистки можно установить используя контроль электропроводности очи­щающей дистиллированной воды до и после промывки.

15.2. Элементы тонкопленочных интегральных микросхем

Основными элементами тонкопленочной интегральной микро­схемы являются резисторы, конденсаторы и соединительные проводники.

Рис. 15.1. Тонкоплепочпые резисторы:

а - прямоугольный; б - составной из прямо­угольных полосок;

в - меандр; г - змейка

Резисторы. Их выполня­ют в виде полосок различ­ной формы (рис. 15.1, а - г). Отношение длины к ширине у таких резисторов много больше единицы. В отдель­ных случаях бывает необхо­димо изготовить резисторы, у которых отношение длины к ширине меньше единицы. Трудность изготовления таких резис­торов заключается в том, что ширина резистора получается ма­лой. При большой длине резистора ему придают Г- или П-образную форму.

Сопротивление определяют из соотношения

R = p₀ l / (db) (15.1)

где p₀ - удельное сопротивление материала; l - длина резистивной пленки; d - толщина; b - ширина.

Основные характеристики резистивной плен­ки. Основной характеристикой резистивпых пленок является удельное сопротивление p_к - сопротивление постоянному току, из­меренное между противоположными сторонами квадрата. Значе­ние удельного сопротивления (Ом/П) не зависит от размеров квад­рата и определяется только материалом и толщиной пленки:

p_к = p₀ / d

Понятие удельного сопротивления специфично для микроэлек­троники и не применяется в других областях техники. Сопротив­ление резистора можно представить в следующем виде:

R = p_к l / b = p_к к_ф (15.2)

где к_ф = l / b - коэффициент формы резистора, представляющий от­ношение длины резистора к его ширине или число квадратов ре­зистора.

Коэффициент формы прямоугольных резисторов к_ф = 0,1 ... 100. При 1 к_ф 10 выбирают резистор прямоугольной формы (рис. 15.1, а), при к_ф 10 - резистор сложной формы (рис. 15.1, б, в), при 0,1 к_ф 1 - резистор прямоугольной формы, у которого длина меньше ширины.

Допустимая мощность рассеяния тонкопленочных резисторов за­висит от площади S, занимаемой ими на подложке. Она должна быть достаточно большой во избежание перегрева:

S Р / Р_Д (15.3)

где Р - мощность рассеяния, выделяемая в сопротивлении при максимальной температуре, Вт; Р_Д - допустимая мощность рассея­ния (экспериментально определяемая величина), Вт/см².

Площадь, занимаемая резисторами на подложке, S = lb или S = b² R/ p_к^, откуда

(15.4)

Полная относительная погрешность изготовления пленочного резистора представляет собой сумму погрешностей:

γ _R = γ _к.ф + γ_pк + γ _Rt + γ _Rст + γ _Rк , (15.5)

где γ _к.ф - погрешность коэффициента формы; γ_pк - погрешность воспроизведения величины p_к резистивной пленки; γ _Rt - темпера­турная погрешность; γ _Rст - погрешность, обусловленная старением пленки; γ _Rк - погрешность сопротивления, обусловленная контак­тами.

Погрешность коэффициента формы зависит от погрешностей гео­метрических размеров резистора:

γ _к.ф = Δ l / l + Δ b/ b, (15.6)

где Δ l и Δ b — погрешности длины и ширины резистора.

Погрешность воспроизведения резистивной пленки урк зависит от условий напыления и материала резистивной пленки и обычно не превышает 5%.

Температурная погрешность зависит от материала пленки:

γ _Rt = a_R (T_max - 20°C) (15.7)

где a_R - температурный коэффициент сопротивления материала пленки (ТКС), 1/°С.

Погрешность улет зависит от материала пленки, эффективности ее защиты, а также от условий хранения и эксплуатации.

Погрешность сопротивления контактов γ _Rк составляет обычно 1 ...2% и этой погрешностью можно пренебречь. Допустимое значение погрешности формы

γ _к.ф = γ _R - γ_pк - γ _Rt - γ _Rст - γ _Rк , (15.8)

Если значение γ _к.ф превышает допустимое, то необходимо выб­рать другой материал с меньшим ТКС либо использовать подгон­ку резисторов.

Расчетное значение ширины резистора должно быть не менее наибольшего значения одной из трех величин:

b_рпсч max (b_р; b_тех; b_точ), (15.9)

где b_р - минимальная ширина резистора, при которой обеспечива­ется заданная мощность рассеяния [определяется по формуле (15.4)]; b_тех - минимальная ширина резистора, определяемая воз­можностями технологического процесса (при масочном методе b_тех = 0,3 мм; при фотолитографическом методе b_тех =0,1 мм); b_точ - ширина резистора, определяемая точностью изготовления геометрических размеров.

На основании формулы (15.6) получим:

b_точ (Δ b+ Δ b/ к_ф )/ γ _к.ф (15.10)

За ширину резистора b принимают ближайшее к расчетному зна­чению b_расч большее значение ширины, кратное шагу координатной сетки, принятому для чертежа топологии с учетом масштаба. Если шаг координатной сетки принят 1 мм при масштабе 20 : 1, то округ­ление производят до величины, кратной 0,05 мм.

Расчетная длина резистора:

l = b к_ф (15.11)

За длину резистора принимают значение, кратное шагу коорди­натной сетки. При этом необходимо оценивать погрешность, воз­никшую вследствие округления размеров b и l.

Для резисторов, имеющих к_ф <1, определяют длину, а затем ширину резистора.

Расчет геометрических параметров резисторов типа «меандр» при известной ширине пленки сводится к определению расстояния между резистивными полосками и числа звеньев меандра (рис. 15.1, в).

Для получения стабильных пленочных сопротивлений толщина пленки должна быть 0,01 ... 1 мкм. Очень тонкие пленки (до 0,005 мкм) значительно изменяют свои параметры в процессе кристаллизации. Кроме того, последующее воздействие воздуха вы­зывает поверхностное окисление пленки, которое приводит к из­менению ее сопротивления. В более толстых пленках это окисле­ние сказывается меньше. Пленки толщиной более 1 мкм не обеспе­чивают достаточно прочного сцепления с основанием.

При выборе линейных размеров резистивных пленок необходимо учитывать, что при очень узких пленках даже небольшие от­клонения от заданной ширины вызывают значительные изменения сопротивления. Точность изготовления резистивных пленок по ши­рине зависит от техники получения рисунка пленки на подложке. Практически путем напыления получают сопротивления с отклоне­нием от номинала до ±5%. Эту точность можно повысить с по­мощью подгонки.

Таблица 15.1

Материал		pк, Ом/а	PД. Вт/см2	ТКС, град-1 (при темпера-туре - 60 ... +125°С)
Резистивной Пленки	Контактной площадки
Хром (Сr)	Медь (луженая)	500	1	0,6-10-4
Тантал (Та)	Алюминий с подслоем	100	3	- 2 · 10-4
Нихром NiСr (Ni= =80%; Сr=20%)	Медь	300	2	1 ·10-4
Сплав МЛТ (Si= =43,6%; Сr=17,6%; Fе =14,1%; W=24,7%)	Медь с подслоем ва­надия	500	2	2 ·10-4
Кермет (Сr =50... 90%; Si =50 ...10%)	Золото с подслоем хрома	3000	2	3 ·10-4
Сплав РС-3001 (Сr =37,9%; Ni=9,4%; Si =52,7%)	Золото с подслоем хрома	3000	5	1 ·10-4

Материал, используемый для изготовления ре­зистивных пленок. Такой материал должен обеспечивать возможность получения стабильных по времени резисторов с низ­ким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), обла­дать хорошей адгезией, высокой коррозионной стойкостью и устой­чивостью к длительному воздействию высоких температур. При осаждении материала на подложку должны образовываться чет­кие линии с хорошей повторяемостью рисунка от образца к об­разцу.

Материалом для резистивных пленок могут быть различные металлы, металлические сплавы, оксиды металлов и металлокера-мические соединения (табл. 15.1). Из чистых металлов наиболее часто используют хром, тантал, вольфрам и рений.

Хром удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к материалу резистивной пленки. Он хорошо совместим с любыми проводящими материалами, имеет достаточно высокое удельное сопротивление, может служить в качестве адгезионного слоя, образует стабильную и плотную пленку.

Тантал используют для создания резисторов с высоким удельным сопротивлением. На основе тантала можно изготовить законченные интегральные микросхемы, включая сопротивления, резисторы и конденсаторы. Универсальность тантала объясняется возможностью изменения электрических параметров путем легирования и оксидирования. Термически обработанные и анодированные пленки тантала характеризуются высокой стабильностью электри­ческих свойств с малым значением ТКС.

Вольфрам и рений используют для изготовления резисторов с высоким удельным сопротивлением при малом ТКС. Основные пре­имущества пленок рения - устойчивость и стабильность при высоких температурах. Тугоплавкость рения позволяет использовать его при очень малых толщинах пленки. Пленки рения получают чаще всего путем электронно-лучевого разогрева гранул рения в вакууме (10^-4 Па). Осаждение осуществляется при температуре подложки ~350°С.

Хромоникелевый сплав (нихром) дает возможность изготовлять пленки толщиной 100 А при малом ТКС. Многокомпонентный металлосилицидный сплав (МЛТ) применяют для получения резисторов с хорошей воспроизводимостью и малым ТКС.

Оксидно-металлические пленки получают путем распыления в атмосфере кислорода. Наиболее часто применяют пленки на основе оксида олова. Керметы представляют собой смеси металлов, изолирующими материалами. Хорошими адгезионными свойствами, стабильностью, высокой температурной устойчивостью и хорошими механическими свойствами обладают керметы на основе оксида кремния и хрома. В зависимости от состава смеси сопротивление может варьироваться в широких пределах.

Удельное сопротивление резистивных пленок обычно не превышает 100...300 Ом/П. Этот диапазон может быть расширен до 30...1500 Ом/ П, но стоимость резисторов возрастает в два раза. При этом получаются номиналы в пределах 100 ...100 000 Ом. Такой диапазон охватывает все значения современных транзисторных схем.

Конденсаторы. Их получают в виде трехслойной структуры (рис. 15.2, а) проводник – диэлектрик - проводник. При этом нижняя обкладка 2 конденсатора выходит за периметр верхней обкладки 3, а периметр диэлектрической пленки 1 выходит за пери метр нижней обкладки. Это исключает возможность замыкания обкладки и устраняет погрешность от их смещения. Такая конструкция характерна для конденсаторов повышенной емкости (сотни - тысячи пикофарад) и имеет площадь верхней обкладки более 5 мм². Для конденсаторов небольшой емкости (десятки пикофарад) обкладки конденсаторов выполняют в виде двух взаимно пе­ресекающихся проводников 1, разделенных пленкой диэлектрика 2. Расчетная площадь конденсаторов составляет 1...5 мм² (рис 15.2,6).

Емкость конденсатора с параллельно расположенными элек­тродами

С = 0,0885 εS/d , (15.12)

где ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектри­ческого слоя; S - активная площадь конденсатора, равная площа­ди верхней обкладки, см², d - толщина диэлектрического слоя, см; С_о=0,0885 ε / S - удельная емкость.

Рис. 15.2. Тонкопленочпые конденсаторы:

а - повышенной емкости; б - небольшой емкости

Минимальную толщину диэлектрика определяют по формуле:

, (15.13)

где К_з =2...3 - коэффициент запаса электрической прочности; U_раб - рабочее напряжение, В; Е_пр - электрическая прочность ма­териала диэлектрика, В/мм.

При расчете конденсаторов необходимо обеспечить возможно меньшую площадь конденсатора, выбирая материал с большой диэлектрической проницаемостью. Толщину материала желатель­но свести к минимуму, который необходим для того, чтобы выдер­живать заданное напряжение. Если требуется большая емкость, то диэлектрик наносят в несколько слоев, что, однако, значительно усложняет производство. Наиболее экономичное использование ' площади обеспечивают конденсаторы квадратной формы.

Материал, используемый для изготовления диэлектрических пленок конденсатора, должен иметь хорошую адгезию с металлом, применяемым для обкладок конденсатора, не подвергаться меха­ническому разрушению при воздействии температур, обладать вы­соким пробивным напряжением и малыми диэлектрическими поте­рями, иметь высокую диэлектрическую проницаемость и обладать минимальной гигроскопичностью.

В качестве материала для диэлектрической прослойки конден­саторов применяют диоксид кремния SiO₂, оксид германия СеО, халькогенидное стекло ХГ-44, оксиды алюминия Аl₂О₃, тантала Та₂О₅, титана ТiO₂ и др. Особенно перспективны диэлектрические пленки из сложных по составу стекол. Эти материалы имеют низ­кие диэлектрические потери на разных частотах вплоть до самых высоких.

Хорошим материалом для изготовления обкладок конденсаторов является алюминий, дающий значительно меньшее по сравнению с другими металлами количество коротких замыканий. Это объясня­ется относительно низкой температурой испарения алюминия и тен­денцией к оксидированию. Поверхностный слой алюминия легко можно превратить в диэлектрик путем его оксидирования. Полу­ченные таким образом конденсаторы обладают малыми диэлектри­ческими потерями и имеют высокое пробивное напряжение.

Емкость тонкопленочного конденсатора выбирают от 10 до 10⁴ пФ. Наименьшее значение емкости зависит от толщины диэлек­трического слоя, принимаемой 0,5 мкм. В более толстых слоях об­разуются внутренние напряжения, приводящие к их отслаиванию. При точности ±20% нижним пределом является емкость в 50 пФ. Верхний предел емкости зависит от рабочего напряжения и опре­деляется наименьшей толщиной слоя диэлектрика, при которой на­ступает пробой. Кроме того, площадь, отводимая под пленочные конденсаторы, ограничена и обычно не превышает 1,6 см².

Отклонение емкости тонкопленочного конденсатора от номи­нального значения обусловлено производственными погрешностя­ми, изменением температуры и старением материала. К производ­ственным погрешностям относятся разброс емкости С_о и геометри­ческих размеров верхней обкладки конденсатора. Удельная ем­кость определяется диэлектрической проницаемостью диэлектрика и его толщиной.

Конденсаторы подгоняют путем уменьшения верхнего электро­да. При этом они должны иметь специальную топологию с подстро-ечными секциями, которые можно отключать путем удаления пе­ремычек. Отключение дополнительной секции уменьшает емкость конденсатора. Для увеличения емкости используют несколько не связанных между собой секций, которые присоединяют параллель­но друг другу.

Соединительные проводники. Соединительные проводники вы­полняют в виде проводящих пленок толщиной 0,5... 5 мкм. Более толстые пленки не обеспечивают хорошей адгезии с основанием.

Проводники должны быть по возможности короткими и широ­кими. Сопротивление проводника может влиять на эксплуатацион­ные характеристики схем, что надо учитывать при проектировании.

Материал, используемый для проводящих пленок и контактных площадок, должен иметь низкое сопротивление, высокую коррози­онную стойкость, хорошую адгезию к подложке и другим пленкам. Всем этим требованиям одновременно не удовлетворяет ни один из материалов, поэтому в настоящее время применяют двухслойный метод получения проводящих слоев и кон­тактных площадок. Эти слои получа­ют последовательно в одном процессе напыления. Один из компонентов об­разует прочную связь с подложкой (хром, марганец, титан), другой обес­печивает хорошую пайку (медь, сереб­ро, золото). Наиболее часто применя­ют сочетание марганца с серебром. В начале испаряется марганец, хоро­шо сцепляющийся с подложкой, а за­тем серебро, которое образует прово­дящую пленку. Ценным свойством этого сплава является близость коэф­фициентов линейного расширения в широком диапазоне температур.

15.3. Методы получения тонких пленок

Основными методами получения тонких пленок являются термическое напыление (испарение) в вакууме и ионное распыление.

Термическое напыление в вакууме. Такое напыление основано на свойстве атомов (молекул) металлов и некоторых других мате­риалов при испарении в условиях высокого вакуума перемещаться прямолинейно (лучеобразно) и осаждаться на поверхности, постав­ленной на пути их движения.

Установка для напыления в вакууме (рис. 15.3) состоит из плос­кой плиты 6, на которой устанавливается стеклянный или метал­лический колпак 9. В последнем случае он снабжается смотровым стеклом. На плите предусмотрены два изолированных вакуумплотных вывода 4 для питания испарителя 3. На некотором расстоя­нии от испарителя помещается подложка 10, на которую наносится тонкая пленка. Подложка нагревается и до достижения заданного режима закрыта заслонкой 1.

Рис. 15.3. Установка для терми­ческого напыления в вакууме:

1 - заслонка; 2 - испаряемый матери­ал: 3 - испаритель; 4 - вакуумплотвые выводы;

5 - герметизирующая прокладка; 6 - плита; 7 - присоедине­ние к вакуумному насосу;

8 - изоля­тор выводов; 9 - колпак; 10 - подлож­ка; 11- держатель подложки; 12 – нагреватель.

В соответствии с физическими процессами, происходящими, при испарении в вакууме, можно выделить следующие области образо­вания пленки: 1) перевод напыляемого материала в парообразное состояние; 2) перенос пара от источника испарения к подложке; 3) конденсация пара на подложке и образование пленки.

Перевод напыляемого материала в парообраз­ное состояние. В области образования паров происходит ис­парение материала, который нагревается до тех пор, пока давление его паров не превысит давления остаточных газов. При этом наи­более нагретые молекулы, обладающие высокой кинетической энергией, преодолевают силы молекулярного притяжения и отрываются от поверхности расплава. Вследствие резко пониженной теплопере­дачи в условиях высокого вакуума перегрева подложек не проис­ходит.

Для некоторых материалов условная температура испарения ниже температуры плавления. Например, хром имеет температуру плавления 1800°С, а испаряется при нагревании в вакууме при тем­пературе 1205°С. Переход вещества из твердого состояния в паро­образное минуя жидкое называется сублимацией.

Перенос пара от источника испарения к под­ложке. Область переноса паров составляет 10...20 см. Чтобы траектории молекул испаряемого вещества были прямолинейными, длина свободного пробега молекул остаточного газа должна в 5... 10 раз превышать линейные размеры области переноса паров.

Длина свободного пробега λ - расстояние, проходимое молеку­лой пара вещества без столкновения с молекулами остаточных га­зов. В высоком вакууме, когда λ d (d - расстояние от источника испарения до подложки), молекулы испаряемого вещества пролета­ют расстояние практически без соударений. Такой поток испаряе­мого вещества называется молекулярным и для его создания необ­ходим вакуум порядка 10^-5…10^-6 Па.

Конденсация пара на подложке и образование пленки. Конденсация пара зависит от температуры подложки и плотности атомарного потока. Атомы испаряемого вещества адсор­бируются на подложке после хаотической миграции по ее поверх­ности.

При миграции атомы могут сталкиваться, образуя скопления (рис. 15.4, а), которые становятся более устойчивыми относитель­но реиспарения, так как к связи с подложкой добавляется энергия механической связи. Атомы, которые уже находились на подложке к рассматриваемому моменту времени, обозначены черными круж­ками, а белыми - атомы, которые только что попали на поверхность (рис. 15.4, б, в).

Наименьшая группа, для которой частота отрыва атомов меньше частоты присоединения, называется критическим зародышем.

Так как в процессе кристаллизации равновесие между газовой фа­зой и поверхностью смещено в сторону осаждения атомов, то кон­центрация последних на поверхности непрерывно растет. К заро­дышам присоединяются другие мигрирующие атомы (рис. 15.4, г), образуя целые агрегатные состояния. При дальнейшей конденсации островки, соединяясь между собой, образуют сплошную пленку.

Размер критических зародышей и частота их зарождения определяют структуру конденсирующейся пленки. Если в начальной стадии роста пленка состоит из мелких и многочисленных зародышей, то ее структура в дальней­шем сохраняется и сплош­ная пленка будет иметь мелкозернистую структуру. При крупных и малочислен­ных зародышах тонкая плен­ка будет иметь крупнозер­нистую структуру.

По механическим и фи­зическим свойствам тонкие пленки существенно отлича­ются от объемного материа­ла. Например, удельная прочности некоторых пле­нок примерно в 200 раз превышает прочность хорошо отожженных объемных образцов и в несколько раз - прочность материалов, подвергнутых холодной обработке. Это объясняется мелкокристаллической структурой и малой пластичностью. Температура испарения металлов лежит з пределах от нескольких сотен градусов (например 430°С у цезия) до нескольких тысяч (например, 3500°С у вольфрама). В связи с этим при вакуумном испарении применяют испарители различной конструкции. По способу нагрева вещества испарители разделяют на резистивные, электронные и индукционные.

Рис. 15.4. Модель начальной стадии роста тонкой пленки

В резистивных испарителях тепловая энергия получа­ется за счет выделения теплоты при прохождении тока через на­греватель или непосредственно через испаряемый материал. Наибо­лее часто используют испарители с косвенным подогревом. В этом случае предусматривают специальные подогреватели, при помощи которых испаряемое вещество нагревается до требуемой темпера­туры. Материалом испарителя обычно служит вольфрам, тантал, молибден и др.

Выбор материала подогревателя определяется следующими требованиями: испаряемый материал в расплавленном состоянии дол­жен хорошо смачивать подогреватель, образуя хороший тепловой контакт, и не должен вступать в химические реакции с материа­лом подогревателя, которые могут привести к его загрязнению и разрушению. В основном применяют подогреватели из вольфрама, цолибдена, тантала.

Конструкция испарителей с косвенным подогревом показана на рис. 15.5, а - в. При небольших количествах испаряемого металла применяют V-образные, W-образные, волнообразные и спираль­ные испарители. Испаряемый металл в виде загнутых кусочков про­волоки или полосок листового материала насаживается на подогреватель при про­пускании тока ку­сочки испаряемого ­ материала расплав­ляются и смачивают подогреватель; смачивание и поверхностное натяжение удерживают рас­плавленный металл на поверхности по­догревателя.

Рис. 15.5. Проволочные испарители с косвенным подогревом:

а – V-образные; б - W-образные; в – волнообразные

Резистивные испарители не обеспечивают требуемого состава щенок при испарении сплавов. Вследствие различия в упругости паров различных компонентов состав пленки значительно отлича­тся от исходного материала. Например, напыляемый сплав нихром (80% Ni и 20% Сr) образует на подложке пленку, имеющую со­став 60% Ni и 40% Сr. Для получения пленок требуемого состава из многокомпонентных сплавов (например, МЛТ и др.) приме­няют метод микродозирования или взрывного испарения. При этом методе на ленточный испаритель, нагретый до температуры, превышающей на 200...300°С температуру испарения наиболее тугоплавкого компонента, подается микродоза порошка испаряемого сплава с размерами частиц 100 ...200 мкм. Испарение микродозы происходит практически мгновенно.

В электронных испарителях кинетическая энергия электронов преобразуется в тепловую энергию. Испаряемый материал используется в виде сплошной проволоки, на свободный конец которой воздействует электронный луч (рис. 15.6). В связи с кратковременностью нагрева (10^-8... 10^-9 с) различные компоненты сложного соединения испаряются и осаждаются на подложку практически одновременно. Электронно-лучевой нагрев дает возможность испарять тугоплавкие металлы и их сплавы.

Для повышения стабильности параметров тонкие металлические пленки подвергают термической обработке путем нагревания до t=300 ...400° С. При этом происходит укрупнение кристаллов, связь между ними усиливается, пленка получается более плотной и компактной, а удельное электрическое сопротивление уменьшается.

Кроме того, такие пленки отличаются большой твердостью, механической прочностью и стабильностью параметров.

Прочность сцепления пленки с подложкой во многом зависит от наличия оксидного слоя, который может возникнуть между плен­кой и подложкой. На образование оксидов большое влияние ока­зывает состав остаточных газов в рабочем объеме установки, осо­бенно наличие паров воды.

Загрязнения подложки значительно влияют на электрофизиче­ские свойства пленок. Поэтому перед напылением необходимо тща­тельно очищать подложки, а также предохранять их от по­явления масляных пленок, возникающих в результате про­никновения паров рабочих жидкостей из насосов.

Рис. 15.6. Схема электронно-лучевого испарителя:

1 - катод; 2 - фокусирующая катушка; 3 - поток электронов; 4 - отклоняющая сис­тема;

5 - подложка; 6 - поток пара мате­риала; 7 - охлаждаемый держатель;

8 - ис­паряемый материал

Вакуумная установка дол­жна иметь достаточно высо­кую скорость откачки для бы­строго удаления газов, выде­ленных источником испарения и другими деталями установ­ки во время напыления. Мед­ленная откачка может привести к загрязнению получаемых пленок и ухудшению их каче­ства. При этом необходимо принимать меры для уменьшения количества паров, попадающих в камеру напыления от насосов, так как конденсированные моле­кулы масла или продукты их разложения также могут загряз­нять покрываемую поверхность и искажать структуру наносимой пленки. Для улавливания паров между откачиваемым объемом и насосами устанавливают конденсационные или сорбционные ло­вушки.

Шероховатость поверхности подложки существенно влияет па структуру пленки. Для устранения микроперовностей на подложку иногда напыляют слой диоксида кремния. Структура и свойства тонких пленок в значительной мере определяются условиями их конденсации и зависят от природы испаряемого вещества и соот­ветствия его структуре подложки, материала подложки, темпера­туре поверхности, степени вакуума, скорости испарения вещест­ва и толщине пленки.

Пленки, наносимые с большой скоростью, обычно имеют мелкозернистую структуру. Скорость напыления зависит от давления паров испаряемого вещества и остаточных газов. В процессе осаж­дения пленочных элементов подложку подогревают, что позволяет повысить адгезию пленки, снизить внутренние напряжения и улуч­шить ее свойства. Последние зависят от температуры нагрева подложки. Например пленки, осаждаемые при температуре подлож­ки 300°С, химически устойчивы и механически прочны, а пленки, осаждаемые при температуре до 160°С, имеют низкие механические свойства. Тонкопленочные элементы защищают от коррозии путем нанесения оксида кремния, пленка которого при соответствующих условиях напыления получается плотной и негигроскопичной.

Вакуумное напыление широко применяют для получения резис-тивных пленок, проводников из меди, алюминия и некоторых дру­гих сплавов, диэлектрических покрытий из оксида кремния и др. Основными преимуществами процесса являются высокая чистота получаемой пленки, удобство контроля ее толщины в процессе на­пыления, простота выполнения.

Рис. 15.7. Установка для ка­тодного распыления: 1 - нагреватель; 2 - держатель подложки; 3 - подложка (анод); 4 – колпак; 5 - мишень (катод); 6 - герметизирующая прокладка; 7 – плита; 8 - подвод аргона; 9 – присоединение к вакуумному насосу; 10 – ион аргона; 11 - атом металла

Рис. 15.8. Тлеющий разряд и распределение потенциала напряжения в его областях: 1 - темное астоново пространство; 2 – первое катодное свечение; 3 – темное ка­тодное пространство; 4 – отрицательное тлеющее свечение; 5 –темное фарадеево пространство; 6 – положительный столб; 7 - анодное свечение; 8 – темное анодное пространство

Наиболее существенные недостат­ки процесса - изменение процентного соотношения составляющих при испарении веществ сложного состава; малая равномерность пленки по толщине при осаждении на большую площадь из точеч­ных источников; трудность испарения тугоплавких материалов; вы­сокая инерционность процесса при использовании резистивных ис­парителей; сравнительно невысокая прочность сцепления пленки с подложкой.

Ионное распыление. Оно основано на явлении разрушения твердых материалов при бомбардировке их поверхности ионизиро­ванными молекулами разряженного газа. Процесс не связан с высокими температурами и позволяет получать пленки тугоплавких металлов и сплавов. Различают следующие виды ионного распыле­ния: катодное, ионно-плазменное и магнетронное.

Катодное распыление («диодная» система) (рис. 15.7) производится в вакуумной камере, где расположены два плос­копараллельных электрода. Один электрод (катод) изготовлен из распыляемого материала и является мишенью для бомбардировки. Другой электрод (анод) служит подложкой, на которой осаждает­ся пленка. В вакуумной камере создается низкое давление (10^-3...10^-4 Па), после чего заполняется инертным газом (обычно арго­ном) при давлении 1...10 Па. При подаче высокого напряжения (1...3 кВ) между электродами возникает самостоятельный тлею­щий газовый разряд, возбуждаемый электронной эмиссией. Харак­терным признаком тлеющего разряда является определенное рас­пределение потенциала U в разреженном газе, обусловленное рас­стоянием между электродами (рис. 15.8). Основная часть при­ложенного напряжения падает на темном катодном пространстве. В этой области ионы достигают наибольших скоростей, приобретая максимальные энергии для бомбардировки катода. Катод яв­ляется источником электронов, необходимых для поддержания тле­ющего разряда. Электроны движутся к аноду и при столкновении с молекулами нейтрального газа выбивают новые электроны, что приводит к резкому нарастанию потока электронов. Молекула инертного газа при этом превращается из нейтральной в положи­тельный ион, обладающий по сравнению с электроном большей массой. Так происходит ионизация газа, который с большим или равным количеством электронов и ионов называют плазмой. Элек­троны перемещаются к аноду и нейтрализуются. Положительные ионы движутся к другой границе плазмы и ускоряются в темном катодном пространстве, приобретая большие энергии для распыле­ния мишени (катода). Атомы материала мишени с высокой энергией осаждаются на поверхности подложки, которая располагается до­статочно близко к катоду. Обычно это расстояние составляет пол­торы-две длины темного катодного пространства.

Катодное реактивное распыление осуществляется в смеси инерт­ного и активного газов. Оно позволяет получать различные по составу пленки. Разряд в смеси газов «аргон - кислород» приме­няют для получения оксидов. Реактивное распыление тантала в среде аргона с добавлением кислорода, азота и углерода позволяет получить ряд соединений с самыми различными свойствами.

Ионно-плазменное распыление (трехэлектродная система) осуществляется при более низких давлениях (рис. 15.9).

В камере создается давление 10^-3 Па и включается накал ка­тода. Затем она заполняется инертным газом при давлении 10^-1 Па. Создание газоразрядной плазмы обеспечивается дуговым разрядом, возникающим между анодом и катодом при напряже­нии в 150 ...250 В. Источником электронов служит термокатод.

Рис. 15.9. Установка для ионноплазменного распыления:

1 - нагреватель: 2 - держатель под­ложки: 3 - подложка: 4 - анод; 5 - колпак;

6 - плита; 7 - присоединение к вакуумному насосу; 8 - подвод ар­гона;

9 - токопровод; 10 - катод (ми­шень); 11 - ион аргона; 12 - атом ме­талла;

13 - термокатод

Распыляемый материал (мишень) вводится в газовый разряд в качестве независимого электрода, не связанного с поддержанием разряда. Имитируемые термокатодом электроны ускоряются по направлению к аноду и ионизируют по пути молекулы остаточно­го газа. Плотность образующейся плазмы более, чем на порядок превышает плотность плазмы тлеющего разряда. Катод-мишень и подложку помещают на противоположных границах активного плазменного пространства. Распыление начинается с того мо­мента, когда к мишени прикла­дывают отрицательный по отно­шению к аноду потенциал в 200... 1000 В. Этот потенциал отталки­вает электроны и притягивает ио­ны из плазменного пространства. Ионы бомбардируют, мишень так же, как в рассмотренном «диод­ном» варианте. Распыляемые ато­мы, двигаясь преимущественно в направлении, перпендикулярном поверхности, осаждаются на под­ложке. Распыление при низких давлениях дает возможность по-. лучить высокую адгезию пленки с подложкой за счет большей энергии распыляемых частиц. Так как при этом давлении длина сво­бодного пробега молекул состав­ляет несколько сантиметров, то распыляемые атомы на своем пу­ти от мишени до подложки почти не соударяются с молекулами и ионами инертного газа и газовых примесей, что существенно уменьшает степень загрязненности пленки посторонними газовыми включениями. Возможность сокра­щения расстояния между мишенью и подложками связана с тем, что в триодной системе распыления образование электронов и ио­нов происходит автономно от мишени.

Недостатками триодной системы являются малый срок служ­бы проволочного катода и разная скорость распыления на отдель­ных участках плоской мишени.

Высокочастотное ионное распыление применяют для распыле­ния диэлектриков и полупроводниковых материалов. В процессе обычного распыления проводящих материалов, ударяющихся о катод-мишень, ион нейтрального рабочего газа получает с мишени электрон и разряжается, превращаясь на некоторое время в ней­тральную молекулу. Если распыляемый материал мишени - ди­электрик, то нейтрализации ионов на мишени не будет и она быстро покрывается слоем положительных зарядов, препятствующих распылению мишени.

Влияние положительного заряда можно исключить подавая к металлическому электполу на котором закреплен напыляемый диэлектрик, переменное на­пряжение. В период, когда напряжение па мишени от­рицательно, происходит ее распыление, сопровождае­мое накоплением положи­тельного заряда. При смене полярности положительный заряд компенсируется элек­тронами, вытягиваемыми из плазмы. Диэлектрические материалы можно распы­лять на любой частоте. Од­нако на низких частотах оно малоэффективно. Вследст­вие большого различия в подвижности электронов и ионов существенно меньшее число ионов попадает на мишень за период отрица­тельного напряжения.

Рис. 15.10. Магнетронное распыление:

а - магнетрон с плоским катодом; б - схема бомбардировки катода; 1 - подложка;

2 - ней­тральный атом; 3 - электрон: 4 - ион; 5 - плаз­ма; 6 - темное анодное пространство;

7 - анод; 8 - темное катодное пространство

Магнетронное рас­пыление (рис. 15.10, а) является вариантом «диод­ных» систем распыления. Все конструктивные элемен­ты монтируются в корпу­се 1, который присоединяет­ся к вакуумной камере (на рис. 15.10 камера не пока­зана) через изолирующее юльцо 2, 14 и фланец 15. Дискообразный катод-ми­шень 3 охлаждается прогочной водой, поступающей по трубкам 5 и 8. Под катодом расположен магнитный блок, состоящий из центральных 7 и периферийных 9 магнитов, закрепленных на основании 4. На ка­тод через клемму 6 подается высокое напряжение (300...700 В). Магнитный блок создает над поверхностью катода дугообразное неоднородное поле. Область распыления обозначена 10 и 12, а силовые линии магнитного поля - 11. Над катодом расположены кольцевой анод 13 и диск, на котором установлены подложки. Такое расположение анода обеспечивает образование электрического поля с составляющей, перпендикулярной плоскости катода. Высокие скорости осаждения достигаются при давлении 0,1...0,5 Па. При подаче отрицательного потенциала на катод в прикатодной области возникает неоднородное электрическое поле, силовые ли­нии которого скрещиваются с силовыми линиями магнитного по­ля 11, замыкающими магнитную систему. На вылетающие с по­верхности катода электроны действуют эти пересекающиеся поля, которые удерживают электроны в темном катодном пространстве (рис. 15.10, б). Покинуть это пространство электроны не могут: с одной стороны этому препятствует магнитное поле, возвращаю­щее электроны на катод, с другой стороны - поверхность мише­ни, отталкивающая электроны. В результате осцилляции элек­тронов возникает интенсивная ионизация рабочего газа в непо­средственной близости от катода. При этом возрастают интен­сивность бомбардировки катода, скорость его распыления и осаж­дения материала на подложку. Потери энергии приводят к тому, что электроны покидают темное катодное пространство и при дви­жении к аноду описывают сжимающиеся спирали. Это повышает эффективность ионизации и существенно уменьшает энергию, рас­сеиваемую электронами на аноде. Основным источником нагрева подложек становится энергия, выделяемая при торможении и кон­денсации осаждаемых атомов вещества. Температура подложки при этом не превышает 100...200°С. Высокие скорости роста пле­нок в магнетронных системах обеспечиваются также сравнительно низким давлением у подложки, что снижает потери энергии рас­пыленных атомов при достижении- поверхности подложки. Этим в основном определяется высокая адгезия пленок к подложке при использовании магнетронных распылительных систем, что позво­ляет получать пленки из тугоплавких металлов и многокомпонент­ных сплавов без адгезионного подслоя.

Распыление ионной бомбардировкой имеет следующие преиму­щества:

1) обеспечивается высокая адгезия пленки к подложке, что объясняется высокой энергией распыленных атомов;

2) сохраняется состав материала пленки вследствие низкой тем­пературы распыления;

3) отсутствует перегрев вакуумной камеры при получении пле­нок из тугоплавких металлов;

4) обеспечивается малая инерционность процесса, так как рас­пыление прекращается при снятии напряжения;

5) вследствие большой площади распыляемой пластины (ми­шени) получаются равномерные по толщине пленки на подлож­ках больших размеров, что обеспечивает эффективную реализа­цию группового метода напыления;

6) мишень является длительно не изменяемым источником распыляемого материала, что облегчает автоматизацию процесса и обеспечивает однородность получаемых пленок.

Большинство промышленных установок основаны на использо­вании трехэлектродных систем распыления.

15.4. Контроль толщины тонких пленок

Для определения толщины тонких пленок применяют такие методы: резистивный, микровзвешивания, оптический, интерференционный, радиочастотный и др.

Многие из них позволяют про­изводить измерение толщины пленки в процессе термическо­го напыления в вакууме и уп­равлять режимами технологического процесса.

Резистивный метод. Дан­ный метод основан на измере­нии сопротивления контроль­ного образца, напыляемого од­новременно с основной плен­кой (рис. 15.11).

Рис. 15.11. Измерение толщины пленки резистивным методом

В вакуумной камере устанавливаются подложки 3 и 4, на которые напыляется пленка. На подложке 4 формируется контрольное сопротивление R_х, определя­емое параметрами моста:

R_x=R₁R₃/R₂. (15.14)

С моста сигнал поступает на усилитель 5. Достижение баланса моста соответствует заданной толщине пленки. При этом срабаты­вает электронный ключ 6, который включает блок управления приводом 7. Заслонка 2 с помощью электромеханического устрой­ства 8 перекрывает поток напыляемого вещества с резистивного испарителя 1,

Точность измерения толщины пленки резистивным методом со­ставляет 5...10%. Этот метод применим только к проводящим пленкам. Он не пригоден для измерения пленок с малым сопро­тивлением (≤1 Ом/), так как переходные сопротивления соиз­меримы с сопротивлением пленки.

Резистивный метод позволяет контролировать скорость осаж­дения пленки и прекращать напыление по достижении заданной толщины путем включения заслонки.

Метод микровзвешивания. Он основан на определении толщины пленки по количеству осажденного вещества. Толщина пленки

H = G/(Fγ), (15.15)

где G - разность массы подложки до и после осаждения пленки; F - площадь, покрытая слоем пленки; у - плотность вещества пленки.

За толщину пленки принимают толщину такого слоя, при кото­ром образующий его металл равномерно распределен по всей по­верхности с плотностью сплошного материала. При измерении ма­лых масс требуется очень чувствительная система, что является недостатком метода. Для измерения толщины пленки при ее осаж­дении в вакууме применяют весы. Коромыслом весов служит стек­лянный капилляр, на концах которого приклеиваются тонкие квар­цевые нити. На одном конце коромысла помещают подложку, на другом - противовес. Массу пленки определяют по величине тока, необходимого для компенсации отклонения коромысла. Тариров­кой весов установлено, что существует линейная зависимость меж­ду массой пленки и компенсационным током.

Оптический интерференционный метод. Этот метод основан на использовании эффектов, возникающих в системе «пленка - под­ложка» при изменении толщины пленки. Они состоят в том, что по мере утолщения пленки интенсивность отраженного света уменьшается и достигает минимума в тот момент, когда толщина пленки становится равной ¹/₄ длины волны падающего света. При дальнейшем увеличении толщины пленки отражение усиливается и достигает максимума при толщине, равной половине длины вол­ны. Практически можно производить наблюдения до 10...20 экст­ремумов в зависимости от оптических свойств наносимого веще­ства. Положительным свойством метода является возможность измерять толщину в процессе напыления пленки.

Радиочастотный метод или метод кварцевого резонатора. Ме­тод основан на измерении отклонения частоты колебаний кварце­вого кристалла при осаждении на нем напыляемого материала. При изменении массы т кварцевого кристалла на величину Δт частота его колебаний f меняется пропорционально изменению массы на величину Δf

Δf / f =Δт / т. (15.16)

Объем напыленной планки v = Sh = Δт / γ, (S - площадь кварцевого кристалла; /h - толщина пленки; γ - плотность пленки), от­куда толщина пленки

h = Δт/(γ S) или h = т Δf / (f γ S). (15.17)

Обозначая все постоянные параметры через с, получим

h = сΔf , (15.18)

где с - коэффициент пропорциональности.

Приборы с кварцевым резонатором имеют удовлетворительную точность, высокую чувствительность и малую инерционность.

Выпускаемый отечественной промышленностью кварцевый из­меритель (КИТ) позволяет проверить толщину пленок в пределах 0,01... 5 мкм с точностью ±10%. Он подает сигнал окончания про­цесса после получения пленки нужной толщины, который управ­ляет перемещением заслонки.

Недостатком метода является уход частоты, связанный с не­стабильностью температуры кристалла, неточным выполнением его среза и с паразитными колебаниями, возникающими при плохом креплении.

Для контроля скорости осаждения приме­няют ионизационный, емкостный и другие ме­тоды.

Ионизационный метод. Этот метод основан на ионизации паров испаряемого вещества электронами катода. Скорость испарения из­меряют путем определения ионного тока па­ров этого вещества специальным манометром, установленным над испарителем. Ионизаци­онный метод является универсальным, имеет широкие пределы измерения с точностью до 1 % и может быть использован для стабилизации процесса напы­ления.

Рис. 15.12. Гребен­чатый конденсатор

Емкостный метод. Его применяют для измерения скорости осаждения только диэлектрических пленок. В основу метода по­ложено измерение малых приращений емкости плоского гребенча­того конденсатора (рис. 15.12) при осаждении на него пленки ди­электрика. Гребенчатый плоский конденсатор представляет собой чередующиеся проводящие полоски 1, нанесенные на изолирующую подложку и соединенные с контактами. При напылении сверху ди­электрической пленки 2 и заполнении ее каналов между обкладками емкость С возрастает вследствие изменения диэлектрической проницаемости. При малых толщинах диэлектрических пленок из­менение емкости ΔС от толщины диэлектрика практически имеет линейный характер. Приращения емкости измеряют с помощью из­мерительного моста.

Для измерения остаточного давления в вакуумных установках применяют в основном термоэлектрические и ионизационные при­боры.

В термоэлектрических приборах в качестве задаю­щей величины используется зависимость теплопроводности от дав­ления, а в ионизационных приборах — ионный ток. На­иболее совершенным методом исследования тонких пленок явля­ется растровая электронная микроскопия.

15.5. Основные этапы технологического процесса

изготовления тонкопленочных интегральных микросхем

Основными этапами технологического процесса изготовления тонкопленочных микросхем являются составление топологии схе­мы, изготовление оригинала интегральной микросхемы, фотошаб­лона и масок, напыление элементов схемы.

Составление топологии схемы. Этап заключается в определе­нии конфигурации, геометрических размеров и рационального раз­мещения на подложке пленочных и навесных элементов, а также порядка их соединения.

Рис. 15.13. Последовательность разработки тополо­гии тонкопленочной

интегральной микросхемы

При разработке топологии необходимо иметь принципиальную электрическую схему с перечнем элементов и их параметров. То­пология для самостоятельных функциональных схем разрабаты­вается в такой последовательности:

1. разрабатывается коммутационная схема взаимного размеще­ния элементов;

2. выбирается форма и рассчитываются размеры пленочных элементов;

3. размещаются пленочные элементы на подложке;

4. соединяются пленочные и навесные элементы;

5. определяются размеры подложки.

Заданная электрическая схема (рис. 15.13, а) должна быть упо­рядочена в соответствии с особенностями пленочной технологии. Количество пересечений проводников сводится к минимуму (рис. 15.13, б). Топология микросхемы показана на рис. 15.13, в. Кон­тактные площадки 1 - 7 входов и выходов должны быть максимально удалены друг от друга и расположены по периметру платы.

Отношение максимального и минимального значений номина­лов резисторов в схеме не должно превышать 50.

В общем случае топологическая задача допускает весьма боль­шое количество решений. Однако при этом можно выделить общие положения, которые необходимо учитывать при проектировании. Пленочные элементы располагают на расстоянии не менее 0,6... 1,0 мм от края подложки; расстояние до края подложки берут не менее 0,3 ...0,5 мм; минимальное расстояние между двумя соседни­ми элементами одного слоя составляет 0,3 мм; расстояние от на­весного элемента до контактной площадки должно быть не более 3 мм и не менее 0,5 мм; минимальные размеры тонкопленочных резисторов принимают по ширине 0,2 мм, по длине 0,4 мм. Для осуществления надежного контакта минимальное перекрытие токопроводящих полосок должно составлять 0,3 мм. Ширину соеди­нительных проводников выбирают по возможности максимальными (не менее 30 мкм). Элементы соединяют по кратчайшему пути, что определяет конфигурацию проводников.

Распределение пленочных элементов в плоскости должно быть равномерным. Элементы контуров располагают на одних линиях (вертикальных или горизонтальных), а зазоры между элементами делают одинаковыми. После компоновки микросхемы определяют коэффициент заполнения подложки К_s, представляющий собой от­ношение используемой части подложки к общей площади. В сред­нем К_s = 0,45... 0,55. Зная К_s, можно определить площадь под­ложки.

Снижение трудоемкости при составлении топологии достига­ется применением ЭВМ, при помощи которой решают задачу оп­тимального размещения элементов микросхемы и проводников на подложке.

Оригинал интегральной микросхемы. Он представляет собой чертеж конфигурации топологического слоя тонкопленочной микро­схемы, предназначенного для получения фотошаблона. Размеры тонкопленочных микросхем обычно не превышают 50 мм. При увеличении 30^х оригинал будет иметь размеры 1,5 X 1,5 м, которые являются максимально допустимыми при фотокопирова­нии.

Оригиналы схемы получают вычерчиванием на жестком полу­прозрачном пластике или методом клейкой ленты. Применение прецизионной резательной машины дает возможность обеспечить точность по ширине ±0,025 мм. Более высокую точность можно получить применяя металлические ленты.

Изготовление оригинала интегральной микросхемы и фотошаб­лона. Фотошаблон представляет собой фотокопию оригинала ин­тегральной микросхемы, выполненной на прозрачном материале в масштабе 1:1 по отношению к размерам микросхемы.

Изготовление масок. Маски служат для получения требуемого рисунка схемы. Различают свободные и контактные маски. Сво­бодные маски выполняют в виде пластин (трафаретов) из бериллиевой бронзы, нержавеющей стали и других материалов с отвер­стиями требуемой конфигурации. С помощью маски производится экранирование отдельных участков подложки от потока осаждае­мого материала при его напылении в вакууме. При ионном распылении металлические маски не применяют, так как они иска­жают электрическое поле между анодом и катодом, а маски из диэлектрических материалов не находят широкого применения в связи со сложностью их изготов­ления. Свободные маски изготов­ляют механической обработкой или фототравлением.

Напыления элементов схемы. Вакуумное напыление через сво­бодную маску в общем случае обеспечивает повторение конфигу­рации маски с точностью ±25 мкм, а в некоторых случаях до ±10 мкм. Получаемая точность зависит от зазора между маской и подложкой, а зазор в свою очередь - от плоскостности маски и подложки.

Особую проблему представляет коробление маски, которая вследствие малой толщины имеет недостаточную жесткость. Решением задачи получения жесткой маски при малой ее толщине является применение биметаллической маски (рис. 15.14). Ее вы­полняют из достаточно толстой (150 мкм) фольги 2 с нанесением на ее поверхность тонким (10... 15 мкм) слоем другого металла 1,

который несколько выступает за вырезы в фольге. Этот слой вли­яет на рассеивание атомов осаждаемого вещества на подложку.

В практике применяют однооперационный и многооперацион­ный методы получения тонкопленочных элементов.

Рис. 15.14. Биметаллическая маска: 1- тонкий слой никеля; 2 – основание маски(бериллиевая бронза)

Рис. 15.15. Установка многооперационного типа для напыления в вакууме: 1 – подложки; 2 - диск с масками; 3 - экран; 4 - резистивиый испари­тель; 5 - карусель с подложками; 6 - нагреватель.

При однооперационном методе одновременно на ряд подложек осаждается один слой (например, только диэлект­рик или нижние обкладки конденсаторов). Затем подложки вынимают и меняют маски, через которые осаждают следующий слой. Осаждение каждого слоя требует разгерметизации рабочего объ­ема установки. Достоинством метода является высокая точность получения конфигурации элементов схемы, так как совмещение масок с подложками производится на воздухе. Однако при этом возможно загрязнение нанесенных слоев и увеличение продолжи­тельности выполнения операции, так как для получения рабочего вакуума порядка 10^-4 Па затрачивается 1,5...2 ч.

При многооперационном методе используют установ­ки (рис. 15.15), в которых смонтированы испаритель и соответст­вующая маска. Каждая позиция защищена экраном. Подложки расположены на карусельном устройстве и могут перемещаться из одной позиции в другие, совмещаясь с неподвижными масками. Напыление осуществляется одновременно на всех позициях и за один технологический цикл откачки можно изготовить пассивную часть тонкопленочной микросхемы. В этом случае полностью ис­ключается воздействие атмосферного воздуха. Однако многоопера­ционный метод требует применения сложной и дорогостоящей тех­нологической оснастки, работа которой в условиях высокого ва­куума и высоких температур может быть не всегда надежна.

Перед нанесением пленок производится вакуумная очистка под­ложек. Эта операция осуществляется при помощи специального электрода, к которому подводится положительное напряжение тлеющего разряда.

В начале напыления желательно применять заслонку между источником, и подложкой, на которую осаждается первоначальная пленка, содержащая летучие элементы.

Контактные маски образуются непосредственно на поверхно­сти подложки и предназначаются для однократного использова­ния. В качестве материала контактной маски применяют фоторе­зист или другой материал, стойкий к химическим воздействиям (хром, медь и др.). Наиболее широко такие маски применяют для получения микросхем со сложным рисунком и из материалов, труд­но поддающихся травлению.

Получение тонкопленочных структур с помощью контактной маски производят методом прямой или обратной (взрывной) фо­толитографии.

При методе прямой фотолитографии (рис. 15.1, 6) на подложку 2 наносят сплошную пленку 1 материала будущего элемента схемы (рис. 15.16, а) и покрывают слоем фоторезиста 4 (рис. 15.16, 6). После экспонирования с фотошаблона 3 и проявле­ния на поверхности подложки образуется фоторезистивная мас­ка 5 (рис. 15.16, б), через окна в которой производится травление (рис. 15.16, г). Контактная маска удаляется в растворителе и по­лучается требуемая схема 6 (рис. 15.16, д).

При методе обратной («взрывной») фотолито­графии (рис. 15.17) на подложку 3 наносят слой фоторезиста 2, толщина которого больше толщины будущего элемента, и экспо­нируют с фотошаблона 1 (рис. 15.17, а). После проявления на по­верхности подложки создается контактная фоторезистивная мас­ка 4, представляющая негативное изображение схемы (рис. 15.17, 6). На открытые и закрытые участки подложки наносят плен­ку 5 из материала будущего элемента схемы (рис. 15.17, в) и под­ложку помещают в слабый травитель, не оказывающий действия на материал элемента схемы. Фоторезистивная маска под дейст­вием растворителя отрывается от подложки, увлекая за собой часть пленки, расположенной на маске. В результате образуется требуемая схема 6 (рис. 15.17, г).

Рис. 15.16. Схема прямой Фотолитографии

Рис. 15.17. Схема обратной («взрывной») Фотолитографии

Недостатками фоторезистнвной маски являются трудности, свя­занные с очисткой подложки через отверстия в фоторезисте, и температурные ограничения, связанные с необходимостью сохра­нения маски. Эти недостатки устраняет металлическая контакт­ная маска. В качестве материала для таких масок при­меняют медь, хром и другие материалы. Они выдерживают высокую температуру при напылении и не требуют сильных травителей.

На рис. 15.18 представлены основные этапы типового техно­логического процесса изготовления резистивной матрицы методом селективного травления, которое применяется для получения слож­ного рисунка схемы с высокой точностью. На ситалловую подложку (рис. 15.18, а) напыляют четыре сплошных слоя: сплав МЛТ хром, золото и фоторезист. После экспонирования фоторезиста че­рез фотошаблон (рис. 15.18, б) и проявления на поверхности зо­лотой пленки образуется фоторезистивная маска (рис. 15.18, в). Затем производят селективное локальное травление пленки золота в смеси азотной и соляной кислоты (царская водка). Этот травитель не действует на слой хрома (рис. 15.18, г). Резистивную маску удаляют (15.18, д) и травят пленку хрома в соляной кислоте, ко­торая не действует на золо­то и сплав МЛТ (рис. 15.18, е). Для получения нужной схемы вторично наносят слой фоторезиста (15.18, ж) и после экспонирования (15.18, з) и проявления (рис. 15.18, и) производится трав­ление сплава МЛТ (рис. 15.18, к). Фоторезистивную маску удаляют и получают требуемую схему резистивной матрицы (рис. 15.18, л).

При изготовлении тонко­пленочных структур приме­няют танталовую и элек­тронно-лучевую техноло­гии.

Рис. 15.18. Последовательность изготов­ления тонкопленочной резистивной

мат­рицы методом селективного травления:

1 - фоторезист; 2 - пленка золота; 3 - плен­ка хрома; 4 - сплав МЛТ; 5 - подложка

Танталовая технология позволяет использовать один материал для получения проводниковых, резистивных и диэлектрических пле­нок. Пленки тантала полу­чают катодным распылени­ем. Для получения резистивных пленок с большим диапазоном удельного сопротивления применяют катодное реак­тивное распыление, а диэлектрические слои получают анодированием пленок тантала.

Электронно-лучевая технология наиболее целесообразна для изготовления микросхем, содержащих только пленочные резисто­ры и проводники. При этом на подложку напыляют сплошные резистивный и проводящий слои.

Для получения требуемой конфигурации элементов производит­ся обработка при помощи электронного луча по заданной про­грамме.

ГЛАВА 17

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

17.1. Элементы полупроводниковых микросхем

Полупроводниковыми интегральными микросхемами называют такие, у которых все элементы и межэлементные соединения вы­полнены в объеме и (или) на поверхности полупроводникового материала. Они могут быть построены на различных материалах. Однако наибольшее применение находит кремний вследствие ши­рокого интервала рабочих температур и возможности получения на его поверхности стойкой пленки диоксида кремния SiO₂. Эта пленка служит защитным покрытием при проведении ряда техно­логических операций, предохраняет схему от внешних воздействий и применяется для изоляции отдельных элементов.

Перспективным материалом является арсенид галлия. Он об­ладает высокой подвижностью электронов, прозрачен в инфра­красной области, имеет высокую теплопроводность и электроопти­ческие свойства. Схемы, построенные на арсениде галлия, обладают по сравнению с кремниевым в 5 раз большим быстродействием, меньшей мощностью рассеяния и более значительной радиационной стойкостью. Арсенид галлия применяют в оптоэлектронных и других устройствах, где используются его специфические свойства. Широкое использование его ограничивается трудностями получения монокристаллов больших размеров и создания изолирующих слоев. Преодоление этих трудностей может сделать этот материал основным при изготовлении полупроводниковых интегральных схем.

Э лементами полупроводниковых микросхем являются транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы. Транзисторы и диоды — основные элементы. Они имеют те же характеристики, что и в дискретном исполнении.

Транзисторы. В интегральных микросхемах используют биполярные и униполярные (полевые) транзисторы.

Биполярные транзисторы разделяются на планарные и планарно-эпитаксиальные (рис. 17.1).

Планарный транзистор (рис. 17.1, а) отличается тем, что все слои, соответствующие эмиттеру (Э), базе (Б) и коллектору (К), выходят на одну поверхность. Коллекторные токи при этом проходят протяженный горизонтальный участок под базой, прежде чем достигнут контакта. Повышенное сопротивление коллектора снижает быстродействие транзистора.

Планарно-эпитаксиальный транзистор имеет высоколегированный захороненный слой N+-типа с малым омическим сопротивлением (рис. 17.1,6), который уменьшает сопротивление коллектора. Транзисторы имеют форму прямоугольника шириной'50... 200 мкм и длиной 75...300 мкм. Глубина эмиттерной области составляет несколько микрометров, Большинство биполяр­ных транзисторов изготовляют со структурой N-Р-N, что обеспечивает более высокое быстродействие по сравнению со структурой Р-Н-Р, так как подвижность электронов в 2...3 раза превышает подвижность дырок.

На рис. 17.1, в показана структура планарно-эпитаксиального транзистора с барьером Шотки. Она представляет собой транзистор N-P-N+-типа, в котором металлический, контакт базы расширен на коллекторную область. Такой контакт обладает выпрямляющими свойствами и работает как диод. Транзисторы с барьером Шотки характеризуются высоким быстродействием и большим коэффициентом усиления. Изготовление таких транзисторов не требует дополнительных операций, а площадь незначительно превышает площадь обычного транзистора.

Униполярный (полевой) транзистор имеет структуру “металл—оксид—полупроводник” (МОП) и может быть выполнен с индуцированным или встроенным каналом (рис. 17.2), который создается технологическим путем.

МОП-транзистор с индуцированным каналом (рис. 17.2, а) представляет собой конденсатор, верхней обкладкой которого является металлический затвор (3), нижней — полупроводник (кремний Р-типа), а диэлектриком — слой SiO₂. Когда к затвору приложено положительное напряжение, на поверхности кремния между диффузионными областями N-типа индуцируется (наводится) канал проводимости N-типа от истока (И) к стоку (С).

С помощью напряжения на затворе можно менять в широких Пределах ток от истока к стоку (от 10 ^-9 до 10 ^-2 А).

Максимальное напряжение на затворе (10 В) ограничивается электрической прочностью изолятора. Малое расстояние между диффузионными областями (10 мкм) и тонкий оксидный слой (0,2 мкм) обеспечивают максимальное изменение проводимости от Истока к стоку.

Важнейшим свойством МОП-транзисторов является высокое годное сопротивление, что объясняется хорошей изоляцией забора слоем диоксида кремния. МОП-транзисторы имеют простую Структуру и малую по сравнению с обычными транзисторами паразитную емкость. Площадь МОП-транзистора примерно в 10 раз чаще, чем планарного

Диод. Диод образуется путем создания P-N -перехода между диффузионным слоем и монокристаллом полупроводника (рис. 17.3). Технология изготовления таких диодов идентична технологии изготовления транзисторов. На практике в качестве диодов используют транзисторные структуры, что значительно упрощает процесс их изготовления. Для получения диодов на основе транзисторных структур используют различные схемы диодного включения транзисторов.

Резисторы. По значимости они занимают следующее место после полупроводниковых приборов. Резисторы применяют двух типов: полупроводниковые и тонкопленочные.

Полупроводниковые резисторы получают методом диффузии (рис. 17.4, а). Они имеют малые размеры с номинальными значениями от 25 Ом до 25 кОм.

Такие резисторы отделяют от остальной части методом изолирующей

диффузии. Значение сопротивления зависит от размеров резистивного слоя.

Сопротивление диффузионной области может быть выражено в единицах поверхностного сопротивления материала ρ_к:

R = ρ_кL/b (17.1)

где L—длина резистора; b—ширина резистора.

Контактные площадки, расположенные на концах диффузионного резистора, вносят дополнительное сопротивление, которое учитывают поправочным коэффициентом. При R=4 кОм и ρ_к=200 Ом/?

L/b = R/ρ_к= 4000/20=20/1.

Из технологических соображений ширина резистора L принимается равной 25 мкм; следовательно, L = 500 мкм. Точность диффузионных резисторов составляет ± (10...20) %. Она зависит от равномерности распределения примесей и точности выполнения конфигурации резистивного слоя.

Максимальная допустимая мощность, рассеиваемая диффузионными резисторами, достаточно велика и определяется главным образом возможностями осуществления теплоотвода. Абсолютные значения сопротивлений имеют сравнительно большой разброс в разных образцах, но обеспечивают достаточно хорошее согласование сопротивлений в одной схеме.

Тонкопленочные резисторы (рис. 17.4, б) представляют собой пленку материала с большим сопротивлением, расположенную на пленке диоксида кремния. Наибольшее применение имеют резисторы из нихрома. Наличие хрома в составе резистора обеспечивает хорошее сцепление пленки со слоем диоксида кремния.

Типичные тонкопленочные резисторы имеют сопротивление от 15 до 800 Ом/□, а температурный коэффициент 5∙10^-4 1/°С.

Преимущества тонкопленочных резисторов заключаются в возможности размещения их на меньшей площади и лучшей изоляции. Значение паразитных емкостей у них значительно меньше, чем у диффузионных. Такие резисторы можно выполнять с точностью до ±1%. Однако использование тонкопленочных резисторов требует введения дополнительных операций технологического Процесса, которые приводят к удорожанию схемы. Тонкопленочные резисторы обычно применяют в тех случаях, когда требуются стабильные и точные сопротивления больших номиналов.

Конденсаторы полупроводниковых микросхем. Они имеют следующие разновидности (рис. 17.5): диффузионные, металл-оксидно-полупроводниковые (МОП-конденсаторы) и тонкопленочные.

Диффузионные конденсаторы (рис. 17.5, а) образуется смещенным в обратном направлении p-N- переходом. Для данного материала емкость является функцией площади перехода, концентрации примесей и приложенного напряжения. Емкость p-N-перехода имеет линейную зависимость от напряжения. Точность диффузионных конденсаторов составляет ±20%. При использовании кремния можно получить конденсаторы емкостью до 1000 мФ и пробивным напряжением в 7 ... 10 В.

МОП-конденсаторы (рис. 17.5,6) обладают лучшими характеристиками. Они создаются непосредственно на полупроводниковой пластине. Диэлектриком здесь является слой диоксида кремния, образованный на полупроводнике. Одним из электродов является область кремния N+-типа, лежащая под оксидом, а другим — проводящая пленка алюминия, нанесенная на слой оксида. Такой конденсатор обладает хорошей линейностью, высоким пробивным напряжением (до 50 В), низким температурным коэффициентом. Удельная емкость МОП-конденсаторов составляет до 10⁴ пФ/см². Практически это значение ограничивается пределами 300... 1000 пФ. МОП-конденсаторы обладают высокой стабильностью, их емкость не зависит от напряжения. Температурный коэффициент может быть получен меньше 0,03%. Основным недостатком МОП-конденсаторов является большая паразитная емкость относительно подложки.

Тонкопленочные конденсаторы (рис. 17.5, в) получаются путем осаждения пленки диэлектрика между двумя проводящими пленками из алюминия, образующими пластины конденсатора. Одна из них наносится на слой диоксида кремния. В качестве диэлектрика применяют диоксид кремния SiO₂ или оксид тантала Ta₂O₅. Благодаря хорошей изоляции от подложки слоем SiO₂ конденсатор имеет высокое напряжение пробоя, достигающее сотен вольт. Емкость тонкопленочного конденсатора может достигать 900 пФ/мм², когда в качестве диэлектрика применяется SiO₂, и до 3500 пФ/мм², .если диэлектриком является Ta₂O₅. Точность конденсатора составляет ±(5...10)%.

Г Л А В А 22

СБОРКА И КОНТРОЛЬ ЭВМ

22.1. Виды изделий и схемы сборки

Технологическим процессом сборки называется совокупность операций, в результате которых детали соединяются в сборочные единицы, а сборочные единицы — в изделие. Изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Изделия основного производства предназначены для поставки, а вспомогательного прризводства — только для собственных нужд.

Виды изделий. Установлены следующие виды изделий: детали, сборочные единицы, комплексы и комплекты.

Деталь — изделие, изготовляемое из однородного по наимено­ванию и марке материала, без применения сборочных операций (например, валик из одного куска металла, печатная плата, отрезок провода заданной длины). К этому виду изделий относятся также детали, подвергнутые покрытиям (защитным и декоратив­ным) независимо от вида, толщины и назначения покрытия или изготовленные с применением местной сварки, пайки, склейки, сшивки и т. п. (например, хромированный винт, трубка, сваренная из одного куска листового материала).

Сборочная единица — изделие, составные части которого подле­жат соединению между собой на предприятии-изготовителе по­мощью сборочных операций (свинчиванием, клепкой, сваркой и т. п.), например микромодуль, маховичок из пластмассы с ме­таллической арматурой.

Комплекс — это два изделия и более, не соединенных на пред­приятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначен­ных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. Каждое из изделий, входящих в комплекс, выполняет одну или не­сколько основных функций, установленных для всего комплекса, например поточная линия станков, изделие, состоящее из метеоро­логической ракеты, пусковой установки и средств управления. В комплекс могут входить детали, сборочные единицы и комплек­ты, предназначенные для выполнения вспомогательных функций, например для монтажа комплекса на месте его эксплуатации, комплект запасных частей и др.

Комплект состоит из двух изделий и более, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляю­щих собой набор изделий, имеющих общее эксплуатационное на­значение вспомогательного характера, например комплект измери­тельной аппаратуры, комплект запасных частей.

Изделия агрегатной системы средств вычислительной техники на основе микроэлектронных схем, предназначенные для построе­ния и эксплуатации вычислительных комплексов, изготовляются следующих видов (ГОСТ 20397—82): субкомплексы, устройства, агрегатные модули, блоки элементов и др.

С убкомплекс — часть комплекса, выделенная функционально, территориально или конструктивно.

Устройство — функционально законченное изделие, выполняю­щее определенную функцию получения, передачи, преобразования информации, не имеющие самостоятельного эксплуатационного назначения.

Агрегатный модуль предназначен для компоновки устройств, субкомплексов и комплексов. Он состоит из приборов, блоков и элементов, но представляет собой неделимое изделие для потреби­теля.

Блок элементов — первичная функциональная конструкторская единица, не имеющая самостоятельного эксплуатационного назна­чения и используемая для построения приборов.

Расчленение изделий на сборочные элементы производится пу­тем построения схемы сборочного состава. схема сборки. Схема сборки (ГОСТ 23887—79) представляет собой графическое изображение в виде условных обозначений по­следовательности сборки изделия или

его составной части. Каж­дый элемент (деталь, сборочная единица) изображается на схеме прямоугольником, разделенным на три части, где указываются наименование элемента, индекс и число, входящее в данное сое­динение. Схемы сборки стро­ятся с максимальным рас членением изделия на сборочные единицы независим от программы выпуска. Технологические схемы сборка облегчают разработку тех­нологического процесса бла­годаря своей наглядности В практике используют схе­мы сборки с базовой де­талью и «веерного» типа.

Схема сборки с ба­зовой деталью (рис. 22.1) отражает последова­тельность процесса сборки. Базовой деталью является плата, панель или другая деталь, с которой начинает­ся сборка. Направления дви­жения деталей и узлов по­казаны стрелками.

Схема сборки «ве­ерного» типа (рис. 22.2) показывает, из каких дета­лей образуется сборка. До­стоинством такой схемы яв­ляется ее простота и нагляд­ность, но она не отражает последовательность сборки.

Схемами сборки пользуются при разработке технологического процесса наряду со сборочным чертежом и техническими усло­виями.

Различают стационарную и подвижную сборку.

Стационарная сборка выполняется на одном рабочем месте, к которому подаются все необходимые детали и' сборочные единицы. Она является наиболее распространенным видом сборки в условиях единичного и серийного производства.

Стационарная сборка может строиться по принципу концентра­ции и дифференциации. При концентрации весь сборочный процесс выполняется одним сборщиком, а при дифференциации разделяется на предварительную и окончательную. Предварительная сборка производится несколькими отдельными бригадами параллельно, а общая сборка — специальной бригадой или одним рабочим. Это обеспечивает специализацию рабочих и сокращает длительность сборки.

Стационарная сборка по принципу дифференциации целесооб­разна при

значительной трудоемкости сборочного процесса или большой программе по отдельным видам изделия.

Подвижная сборка выполняется при перемещении соби­раемого изделия от одного сборочного места к другому. На каж­дом рабочем месте выполняется одна повторяющаяся операция.

Эта форма сборки применяется в условиях поточного произ­водства. Она может осуществляться двумя способами:

а) со свободным движением собираемых объектов, перемещае­мых от одного рабочего места к другому вручную или при помощи механического транспортера;

б) с принудительным движением собираемых объектов, кото­рые перемещаются посредством конвейера при строго рассчитан­ном такте.

Процесс сборки осуществляется непосредственно на конвейере. Поточная сборка является основной формой, применяемой в серий­ном и массовом производстве. Переход на поточные методы повы­шает производительность труда за счет технических и организаци­онных мероприятий, а также сокращает длительность производ­ственного цикла и размер незавершенного производства.

Различия в организационных формах поточного производства сводятся к различиям в поточных линиях (по степени специализа­ции, степени ритмичности, способу поддержания ритма работы, оснащенности транспортными устройствами и др.).

22.2. Технологические процессы, применяемые при общей сборке ЭВМ

Основным видом соединений при общей сборке ЭВМ является монтаж с помощью проводов. Большинство монтажных проводов изготовляют из отдельных тонких проволок из чистой электротех­нической меди, скручиваемых в жилу. Широко применяют провода с волокнистой, пленочной, полихлорвиниловой и волокнисто-хлор­виниловой изоляциями

В бортовой аппаратуре используют провода с изоляцией из по­лиэтилена и фторопласта-4. Изоляция из полиэтилена сохраняет свои свойства при низких (до —60 °С) и высоких температурах, а также в условиях глубокого вакуума. Недостатком такой изоля­ции является недопустимость даже кратковременных токовых пе­регрузок.

Фторопласт-4 обладает высокой теплостойкостью и допускает нагрев до 250 °С Однако он обладает токсичностью при высокой температуре и большой стоимостью вследствие сложности изготов­ления.

Технологический процесс монтажа электрических соединений при помощи монтажных проводов состоит из следующих этапов: подготовки провода к монтажу, механического закрепления мон­тажных проводов, пайки мест присоединений жил проводов, про­верки правильности монтажа.

Подготовка к монтажу заключается в резке провода необходимой длины, зачистке концов, закреплении изоляции на конце.

Наиболее простая конструкция приспособления для резки мон­тажных проводов состоит из подвижного и неподвижного дисков, имеющих ряд отверстий, рассчитанных на резку проводов разного диаметра. Провод отрезается при повороте подвижного диска.

Более высокая производительность получается при резке на автоматизированных приспособлениях (рис. 22.3). Бухта 5 (или катушка) провода устанавливается на оси 8. Конец провода через поводок 7 и ролики 4, 6 подается роликами 3, 9 в направляющую втулку 2. Провод необходимой длины отрезается ножом 1. Снятие изоляции на длине от 7 до 50 мм осуществляется механическим путем (надрезкой) или обжигом.

Волокнистую изоляцию, не имеющую в своем составе асбеста и стекловолокна, удаляют обжигом.

В
практике достаточно широкое применение получили электро­ножи типа клещей. Они представляют собой две петли из нихромовой проволоки, закрепленные в контактодержателях. Для уда­ления изоляции провод помещают в нагретые нихромовые петли и при их сближении изоляция обжигается по периметру. При этом обжигаются края оставшейся изоляции, что является недостатком метода.

С тонких многожильных проводов вначале снимают оболочку, а покрытые эмалью тонкие жилы провода нагревают 4 ... 6 с в верх­ней области спиртовой горелки, а затем опускают в раствор 10 %-ного нашатырного спир­та. После снятия изо­ляции жилы провода за­чищают ножом или на специальном приспособ­лении до металлического блеска.

'Разлохмаченные концы изоляции нуждаются в заделке. Она производится проклеиванием концов нитроклеем, надеванием на них полихлорвиниловых и других трубок, наложением ниточного бандажа, опрессовкой концов в пластмассовые наконечники. Кон­цы многожильных проводов должны быть скручены. Для этого применяют плоскогубцы со шлифованными губками или специаль­ные приспособления.

В число обязательных операций электрического монтажа вхо­дит маркировка проводников в соответствии с принципиальной и монтажной схемой. Маркировка значительно упрощает проверку схемы и ускоряет нахождение неисправностей.

Провода маркируют при помощи липких лент или бирок, кото­рые надевают на их концы. Бирки представляют изоляционные трубки из полихлорвинила с нанесенными на них номерами или другими обозначениями. Резка бирок производится на автомати­зированных приспособлениях (рис. 22.4). Трубка 2 из бухты 1 че­рез направляющие втулки 3 и 6 роликами 4 подается в зону резки и обрезается ножом 5. Длина бирок регулируется за счет изменения скорости подачи трубки. Производительность автомата состав­ляет 10... 150 шт/мин. Точность резки при длине трубки до 25 мм составляет ±1 мм.

При надевании бирок с зазором их закрепляют на проводах клеем. Для маркировки проводов диаметром до 1 мм следует при­менять цветные бирки. Маркировку можно заменить применением монтажного провода с цветной изоляцией. На электромонтажных схемах в этом случае указывается цвет монтажных проводов со­кращенными обозначениями или цифровыми шифрами.

П
ри монтаже вычислительных устройств применяют жгуты из проводов, связанных и уложенных в определенном порядке.

Раскладка жгутов производится на специальных шаблонах (плоских и пространственных). На рис. 22.5 показан жгут, изготов­ленный на плоском шаблоне. Последний представляет собой доску, на которой шпильками показано направление проводов. Конец провода заводят в отверстие шаблона и закрепляют шпилькой. Около каждой шпильки ставят номер провода. После этого про­вод прокладывают по контуру шаблона, загибая на угловых шпиль­ках. Раскладка проводов заканчивается закреплением другого кон­ца на конечной шпильке, имеющей тот же номер, что и начальная.

Провода, идущие по одной трассе, вяжут провощенными льня­ными нитками через каждые 15 ... 20 мм. Для предохранения жгу­тов от механических повреждений их обматывают лентами или заключают в шланги. При раскладке на обычном шаблоне много времени затрачивается на отыскание соединений в таблице и соответствующих шпилек на шаблоне, что снижает производительность труда и утомляет рабочего. Для облегчения этой работы при­меняют электрифицированные шаблоны, в которых при закрепле­нии начала первого провода сигнальная лампочка гаснет и заго­рается сигнальная лампочка зажима, в котором надо закрепить конец первого провода. После этого загорается лампочка у третье­го зажима для закрепления следующего провода и т. д.

Применение электрифицированных шаблонов гарантирует пра­вильность укладки и исключает необходимость контроля.

Снизить трудоемкость монтажных работ и повысить надежность соединения по сравнению со жгутовым монтажом позволяет ис­пользование гибких печатных кабелей и ленточных проводов (спрессованных, плетеных, тканых). Плоские ленточные провода поступают на сборку в рулонах, которые разрезают на мерные отрезки и удаляют с обоих концов изоляционный слой.

Механическое крепление провода является основным видом за­делки монтажных проводов с токоведущей деталью (лепестком, монтажной стойкой и др.) с последующей пайкой. Механическое крепление обеспечивает прочность соединения, а пайка — хорошую электропроводность. Соединение монтажных проводов сваркой обеспечивает более высокую по сравнению с пайкой прочность сое­динения, термическую стойкость и меньшую трудоемкость.

Несмотря на ряд преимуществ сварных соединений, пайка оста­ется основным способом соединения монтажных проводов. Для электрического монтажа функциональных модулей второго и более высоких уровней наряду с пайкой используется накрутка. Монтаж накруткой заключается в соединении одножильного провода со штыревым выводом схемы путем накрутки с натягом определенного числа витков провода вокруг вывода, имеющего два острых края и более (рис. 22.6). Острые края вывода образуют точки высокого давления, которые приводят к появлению выемок как на проводе, так и на выводе. Соединение двух металлов с большим механическим натягом обеспечивает электрическую непрерыв­ность и механическую стабильность.

Натяжение провода при накрутке достаточно велико для того, чтобы разрушить оксидную пленку на выводе и на навиваемом проводе, а также вдавить провод в грань вывода, на котором при этом образуются газонепроницаемые контактные поверхности.

Важным параметром, характеризующим качество соединения накруткой, является усилие стягивания, т. е. усилие, необ­ходимое для снятия полного соединения вдоль оси вывода. Про­вода большого сечения обеспечивают большие усилия. Например, при диаметре провода 1,02 мм усилие стягивания составляет 48 Н, для провода 0,32 мм — всего около 20 -Н.

Монтаж накруткой имеет три вида соединений: обычное, моди­фицированное и бандажное (рис. 22.6, б, в, г).

О
бычное соединение получают путем навивки на вывод неизо­лированного участка одножильного провода.

Модифицированное соединение имеет 1 ... 2 витка изолированно­го провода. Изоляция снижает вероятность поломки первого витка неизолированного провода при механических воздействиях за счет уменьшения концентрации напряжения в точках контакта.

Бандажное соединение состоит из нескольких витков неизоли­рованного провода, навитых на вывод навесного элемента, кото­рый должен прилегать к широкой поверхности вывода. Число вит­ков при накрутке составляет 5 ... 8, а при бандажном соединении — не менее 8.

Для всех видов соединения накруткой необходимо плотное при­легание витков друг к другу. Накрутку выполняют с помощью спе­циального инструмента (рис. 22.7), который представляет собой валик /, имеющий два отверстия. Центральное отверстие служит для размещения присоединительного штифта 3, а боковое 4 — для монтажного провода 2. На торце валика выполнены канавка для провода и накручивающая кромка 4. С провода снимают изоля­цию и оголенный конец провода вставляют в отверстие валика и загибают. Затем насаживают накручивающий инструмент на при­соединительный штифт. Процесс накрутки выполняют под легким давлением (до 30 Н) в осевом направлении.

Автоматизация электромонтажа методом накрутки осуществля­ется на установках с программным управлением. В процессе мон­тажа автоматически удаляется изоляция с определенного участка провода и производится его отрезка после получения соединения.

2
2.3. Сборка типовых элементов замены и общая сборка ЭВМ

Типовой элемент замены (ТЭЗ) является функциональным эле­ментом (модулем) второго уровня, осуществляющим операции ло­гического преобразования (рис. 22.8).Конструктивной основой ТЭЗ является двусторонняя или мно­гослойная печатная плата. Для осуществления внешних соедине­ний на плате предусматриваются ламели (рис. 22.8, а) или колод­ки соединителя (рис. 22.8, б). Печатные ламели под 48-контактный разъем выполняются преимущественно на двусторонней печатной плате, а ТЭЗ с гнездовой колодкой соединителя — на многослой­ной печатной плате.

На двусторонней печатной плате устанавливаются до 24 микро­схем, на многослойной — до 72 микросхем.

Установка микросхем на плату должна обеспечить надежное механическое крепление и электрическое соединение ее выводов с контактными площадками печатной платы. Микросхемы устанав­ливают с шагом, кратным основному шагу координатной сетки, с формовкой и без формовки выводов.

Формовку применяют для увеличения расстояния между выво­дами, совмещения их с отверстиями координатной сетки, фиксации расстояния от корпуса микросхемы до платы.

Расстояние от основания корпуса микросхемы до изгиба долж­но быть минимальным. Радиус гибки при этом не должен нару­шать форму сечения вывода и его покрытия.

И
нтегральные схемы со штыревыми выводами устанавливают только с одной стороны печатной платы на расстоянии 1 ... 1,5 мм от монтажной плоскости до корпуса платы (рис. 22.9). Этот зазор необходим для устранения перегрева микросхемы при пайке и для возможности нанесения защитного покрытия. Зазор может обеспе­чиваться за спет формовки или переменным сечением выводов. Для дополнительного механического крепления корпуса приклеивают к изоляционной прокладке. Интегральные схемы в корпусах с планарными выводами устанавливаются с одной или двух сторон пла­ты (рис. 22.10). Они могут приклеиваться к печатной плате эпоксидным клеем или иметь равномерный зазор 0,3 ... 0,6 мм, который обеспечивается формовкой выводов. Если под корпусом микросхе­мы проходят проводники, то его устанавливают на прокладку из стеклоткани толщиной 0,2 ... 0,3 мм.

Все микросхемы имеют визуальные ключи, исключающие воз­можность неправильной установки. Они располагаются в зоне пер­вого вывода с учетом воз­можности их осмотра после установки микросхемы на печатную плату. Конструк­тивное выполнение ключей не регламентируется. При необходимости предусматри­ваются установочные ключи в виде штыря, выступа на корпусе, несимметричного расположения выводов и т. п.

О сновными этапами тех­нологического процесса мон­тажа микросхем на печатной плате являются входной кон­троль печатных плат и мик­росхем, формовка, обрезка и лужение выводов, установка микросхем на печатные платы, пайка выводов микросхем к кон­тактным площадкам печатной платы, контроль электрических па­раметров, покрытие лаком, окончательный контроль (табл. 22.1). Входной контроль микросхем заключается в визуальном осмотре при помощи лупы.

В случаях, предусмотренных техническими условиями, проверяются электрические параметры интегральных схем. Логические

интегральные схемы проверяют в статическом и динамическом ре­жимах.

Печатную плату проверяют на отсутствие механических по­вреждений (сколов, трещин, отслаивания проводников и др.), а также оксидов и загрязнении на проводниках, подлежащих пайке. Формовка и обрезка выводов выполняются в различных приспособлениях.Н
а рис. 22.11, а показана рабочая часть штампа для формовки и обрезки планарных выводов. Микросхема помещается в углубле­ние формовочной матрицы 1. При опускании верхней плиты при­жим 2 закрепляет выводы, а пуансон 3 производит их формовку. Обрезание выводов производится внешней кромкой пуансона, ко­торая сопрягается с матрицей. Пружина возвращает пуансон в ис­ходное положение при подъеме верхней части штампа. При выпол­нении формовки выводы подвергаются растягивающему усилию. Если оно будет большим, то в месте их заделки могут возникать трещины, приводящие к нарушению герметичности

корпуса. Соз­дание независимых усилий (рис. 22.11, б) прижатия Р₂ формов­ки Р₃ и обрезки Р₄ обеспечивает оптимальное растягивающее уси­лие Р₁, не приводящее к нарушению гальванического покрытия выводов и герметичности корпуса. Во всех случаях формовку сле­дует производить с радиусом не менее двух толщин выводов.

Рис. 22.11. Рабочая часть штампа для формовки и обрезки планарных выводов

Рис. 22.12. Приспособление для обрезки и формовки выводов в корпусах второго типа

Приспособление для формовки выводов у микросхем с корпуса­ми 2-го типа показано на рис. 22.12.

Н ижняя часть приспособления закрепляется на столе пресса, а верхняя — при помощи хвостовика 13 в ползуне пресса. Центри­рование верхней и нижней частей приспособления осуществляется направляющими колонками 3. Микросхема помещается в матри­цу 6, которая закреплена на планке 8 Последняя может переме­щаться в пазу платы 7. При опускании ползуна пресса микросхема закрепляется в матрице прижимом 5, установлен­ным на направляющих винтах 12. Необходимое уси­лие прижима создают пружины 11.

Формовка выводов осуществляется роликами 10 при дальнейшем опускании ползуна. Ролики уста­новлены в рамках 2 на осях 9. Рамки шарнирно свя­заны с верхней плитой 1 и прижимаются к матрице плоскими пружинами 4. Шарнирное закрепление рамок позволяет производить формовку на угол, меньший 90°, т. е. с учетом последующего упругого пружинения выводов.

Микросхемы могут устанавливаться без формов­ки выводов. В этом случае они нуждаются только в обрезке, которая осуществляется в специальных приспособлениях. Эти же приспособления применя­ют в тех случаях, когда обрезка выводов произво­ дится "независимо от формовки. Лужение выводов элементов обеспечивает высокое качество паяного соединения.

На рис. 22.13 показана схема горячего лужения штырьковых выводов микросхем с обеспечением за­данного расстояния между зеркалом расплавленного припоя и кор­пусом микросхемы /. Последняя устанавливается в подвижной ча­сти установки 2, которая перемещается до погружения выводов в расплавленный припой. Глубина погружения определяет­ся контактом 3 датчика с зеркалом припоя 4, находяще­гося в ванне 5.

Микросхемы устанавливают в металлизированные и облуженные отверстия печатных плат с ориентировкой по ключу и закреп­ляют при помощи приспособлений.

Приспособление для закрепления печатной платы при ручном монтаже электроэлементов на печатной плате показано на рис. 22 14.

На основании 1 установлены стойки 2 с осями 3. Печатную пла­ту закрепляют на раме 5 прижимами 4. Ее положение определяет­ся штифтами 6. Требуемое положение платы фиксируется делитель­ным диском 7 и штифтом 8.

В мелкосерийном производстве целесообразно применять светомонтажные столы, обеспечивающие программирование ручной сборки элементов на печатной плате. Светомонтажный стол представляет собой сложное устройство, в котором могут применяться различные принципы подачи электрорадиоэлементов интегральных схем и указания места их размещения на печатной плате Места установки элементов обеспечиваются проецированием
посадочного места с кинопленки, подсветкой отверстий в печатных
платах снизу и другими способами. При пользовании светомонтажных столов производительность монтажника повышается на 20 % и более.

Рис. 22 14 Приспособление для закрепления печатной платы при монтаже

В условиях серийного и массового производства применяют сборочные автоматы. Они могут быть узкоспециализиро­ванными, рассчитанными на установку одного элемента, или уни­версальными, позволяющими устанавливать разнообразные эле­менты. Сборочные головки автоматов выполняют следующие опе­рации, извлечение элементов из накопителей; формовку выводов; перенос элементов и установку их на печатной плате.

Высокое качество монтажной пайки обеспечивается правильным выбором режимов пайки. Групповые методы пайки обеспечивают автоматическое поддержание режимов. При пайке паяльником на рабочем месте устанавливают прибор универсальный монтажника (ПУМ), предназначенный для подключения паяльника, электро­ножа для снятия изоляции и п робника. В приборе предусмотрена термопара для измерения температуры жала паяльника. Она со­стоит из двух металлов: хромеля и коиеля. Прикосновение к тер­мопаре нагретого жала паяльника вызывает в спае двух материа­лов ЭДС, пропорциональную температуре нагрева.

Проверка монтажа заключается в контроле прочности механи­ческого соединения деталей и узлов, прочности пайки (сварки), электрической прочности изоляции и отсутствия замыканий. Прочность механических соединений и пайки (сварки) проверя­ют путем покачивания проводников около места соединения пин­цетом, отверткой или на вибрационных стендах. Проверенные места пайки и сварки рекомендуется закрашивать цветным прозрач­ным лаком, что исключает возможность повторных осмотров.

Для функционального контроля ТЭЗ используют автоматизиро­ванные системы контроля (АСК). Принцип работы АС К основан на тестовом методе проверки схем, который заключается в подаче на входы проверяемого ТЭЗ последовательности входных и анали­зе выходных сигналов. По результатам анализа делается заключе­ние об их исправности. Автоматизированная система контроля по­зволяет выявить неисправные ТЭЗ с указанием выходных контак­тов, на которых сигналы отличаются от требуемых. Поиск конкрет­ных мест неисправности осуществляют с помощью системы диагно­стики. Она позволяет получить значения логических сигналов на выводах всех микросхем для каждого набора контролирующих те­стов, а также перечень адресов по схеме ТЭЗ и последовательность их проверки в случае неправильного логического сигнала на выхо­де любой микросхемы.

Структурная схема АСК. представлена на рис. 22.15.

Сигналы управления и информации из ЭВМ подаются на пре­образователь (Пр), где устанавливаются по амплитуде и уровню и поступают в регистр абонента и дешифратор. Регистр абонента (РгА) обеспечивает выборку подрегистров и используется для хра­нения управляющего слова во время операции обмена. Дешифра­тор осуществляет расшифровку состояния регистра абонента и вы­борку сигналов управления (установка «О», запись, считывание).

Регистр Рг1 используется для хранения информации, поступаю­щей из ЭВМ на проверяемые ТЭЗ и из них в ЭВМ, регистр Рг2 является буферным между Рг1 и проверяемыми ТЭЗ. Регистр РгЗ программно делит контакты проверяемого ТЭЗ на входные и вы­ходные. Каждый регистр имеет 132 разряда и состоит из четырех подрегистров.

Переключающие элементы позволяют распознавать входные и выходные сигналы для проверяемых ТЭЗ. В зависимости от состоя­ния соответствующего разряда регистра РгЗ сигнал переключающего элемента (ПЭ) является выходным с проверяемого ТЭЗ и поступает на вход Рг1 или, наоборот, является входным для про­веряемого ТЭЗ. Сдвигатель предназначен для согласования по раз­рядности ЭВМ и проверяемого ТЭЗ. Время проверки одного ТЭЗ составляет примерно 2 мин при числе проверяющих наборов конт­ролирующего теста не более 100.

В настоящее время интенсивно развиваются методы поверхност­ного монтажа, которые обеспечивают повышение плотности мон­тажа и производительности оборудования. При этом предусматри­вается использование миниатюрных плоских компонентов, для монтажа которых не требуется наличия в печатных платах метал­лизированных отверстий. Плоские компоненты приклеиваются к печатной плате со стороны монтажа, а затем припаиваются. Ис­пользование плоских компонентов не исключает применения обыч­ных, которые устанавливаются на противоположной стороне платы.

При общей сборке ЭВМ ТЭЗ монтируются в более крупные сборочные единицы, из которых образуются стойки. На рис. 22.16 показана установка ТЭЗ в панель, которая является промежуточ­ным элементом конструкции между ТЭЗ и стойкой. Основными конструктивными частями панели являются основание, каркас, на­правляющие, ответные части разъемов, элементы коммутации па­нели.

Надежность разъемного соединения определяется материалом контактной пары и удельным давлением в месте контакта. В качестве материала для контактов обычно используют латунь, фосфо­ристую или бериллиевую бронзу. Для повышения износоустойчи­вости и получения низкого переходного сопротивления контакты покрывают серебром, золотом, палладием. Контактное усилие дол­жно обеспечивать надежный контакт. Большие усилия приводят к быстрому износу контактной пары, а малые — повышают пере­ходное сопротивление и приводит к стабильности контакта.

Для получения разъемного соединения на каждую пару выво­дов устанавливается пружинящий элемент, обеспечивающий необ­ходимое контактное усилие в паре. При необходимости место кон­такта подвергают пайке. Такие соединения позволяют производить многократную замену элементов в блоке. Стойка (шкаф) является типовым конструктивным элементом ЭВМ (рис. 22.17). В отличие от шкафа (рис. 22.17, а) стойка не имеет передних дверей (рис. 22.17, б), которые заменяют лице­вые панели блоков. Конструкция шкафа предусматривает механи­ческий замок для удержания дверей в закрытом состоянии. Основ­ными конструктивными элементами шкафа является подвижная и неподвижная рамы. Неподвижная рама жестко связана с карка­сом стойки, а подвижная установлена на шарнирных петлях и мо­жет поворачиваться, чем обеспечивается доступ ко всем элементам и электрическим соединениям.

Нижняя часть шкафа (стойки) служит для размещения блоков питания, вентиляционной установки и дополнительных панелей. Электрический монтаж стойки осуществляется с помощью прово­дов или жгутов. Монтаж, осуществляемый при помощи проводов, должен обеспечить минимальную длину связей и надежный кон­такт (электрический и механический). Проводники прокладывают по кратчайшему расстоянию между соединяемыми точками. При таком монтаже будет наименьшее взаимное влияние электрических цепей.

Примерные схемы укладки жгутов изображены на рис. 22.18. Основной жгут имеет гибкие петлеобразные отводы на каждый из блоков. Это позволяет выдвигать, поворачивать и регулировать блоки в рабочем состоянии. Отводы представляют собой группы монтажных проводов, связанных прочными нитками.

Форма жгута в поперечном сечении может быть круглой или плоской. Ее выбирают в зависимости от вида деформации, которой он подвергается при выдвижении блока, и сечения жгута.

Большое взаимное влияние электрических цепей имеет место при организованном монтаже (жгутовом или струнном), когда провода укладываются в строго определенных направлениях и на заранее заданном расстоянии друг от друга.

При организованном струнном монтаже блоки, которые должны быть скоммутированы друг с другом, помещают в направляющие шасси. Монтажные провода соединяют соответствующие гнезда разъемов. Каждый проводник помещают в определенном отверстии монтажных колодок. Таким образом, провода на всем протяжении имеют опоры в виде монтажных колодок и не касаются друг дру­га. При этом монтажные провода, припаянные к контактам одного разъема, не должны проходить над контактами другого разъема. Длину провода берут без запаса на повторные пайки. Провод про­кладывают через отверстия монтажных колодок кратчайшим пу­тем, а изменение направления производится только под прямым углом. Провода не должны иметь натяжения, но и не допускается их провисание между контактными колодками. Применение для электрического монтажа гибких печатных кабелей (см. рис. 12.2, б) является более экономичным по сравнению с объемным жгутовым монтажом. При этом повышаются качество и надежность соединений, уменьшается трудоемкость за счет механизации и автоматиза­ции изготовления ГПК. Монтаж можно вести в трех плоскостях, чему способствует гибкость кабеля.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии /Пер, с англ.; Под ред. А. В. Шальнова. — М.: Мир. 1985.

2. Дспьдобренко Б. П., Малика А. С. Автоматизация конструирования РЭА.— М.: Высшая школа, 1980.

3. Гаврилов А. Н. Технология авиационного приборостроения. — М.: Маши­ностроение, 1981.

4. Ефимов И. Е., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И. Микроэлектроника. Физи-. ческие и технологические основы, надежность.— М.: Высшая школа, 1986.

5. Забора С. С., Савета Н. Н., Китнер А. Б. Внешние устройства ЭВМ.— Киев: Техника, 1985.

6. Заморин А. П., Мячев А. А., Селиванов Ю. П. Вычислительные машины, системы, комплексы. Справочник / Под ред. Б. Н. Наумова, В. В. Пржиялков-ского. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

7. Иванов А. А. Гибкие производственные системы в приборостроении.— М.: Машиностроение, 1988.

8. Интегральные схемы и микроэлектронные устройства на сверхпроводни­ках/В. Н. Алфеев, П. А. Бахтин, А. А. Васенков и др.; Под ред. В. Н. Алфее-ва.— М.: Радио и связь, 1985.

9. Красов В. Г., Петраускас Г. Б., Чернозубов Ю. С. Толстопленочиая тех­нология в СВЧ-микроэлектронике.— М.: Радио и связь, 1985.

10. Лунд П. К. Прецизионные печатные платы. Конструирование и произ­водство/Пер, с англ.; Под ред. //. Б. Айзенберга.— М.: Энергоатомиздат, 1983.

11. Малышева И. А. Технология производства микроэлектронных уст­ройств.— М.: Энергия, 1980.

12. Парфенов О. Д. Технология микросхем. — М.: Высшая школа, 1986.

13. Преснухин Л. Н., Шахнов В. А. Конструирование электронных вычисли­тельных машин и систем.— М.: Высшая школа, 1986.

14. Пронин Е. Г., Шохат Е. Г. Проектирование технических средств ЭВА.— М.: Радио и связь, 1986.

15. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной тех­нике. Справочник/Под ред. Б. И. Файзулаева, Б. В. Тарабина — М.: Радио и связь, 1986.

16. Технология ЭВА, оборудование и автоматизация / В. Г. Алексеев, В. Н. Гриднев, Ю. И. Нестеров и др. — М.: Высшая школа, 1984.

17. Толстопленочная микроэлектроника/3. Г. Гребенкина, В. С. Доброер и др.— Киев: Наукова Думка, 1983.

18. Тявловский М. Д., Хмыль А. А., Станишевский В. К. Технология деталей и периферийных устройств ЭВА.— Минск: Высшая школа, 1981.

19. Ушаков Н. Н. Оптимизация технологических процессов в приборострое­нии.— М.: Машиностроение, 1981.

20. Ушаков Н. Н. Технология и оборудование производства ЭВМ.— М.: Ма­шиностроение, 1979.

21. Ушаков Н. Н. Технология элементов вычислительных машин. — М.: Выс­шая школа, 1976.

22. Федулова А. А., Котов Е. П., Явич Э. Р. Сеточно-химическая технология изготовления печатных плат/Под ред. Е. П. Котова. — М.: Радио и связь, 1984.

23. Черняев В. Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА.— М.: Высшая школа, 1987,

24. Шпур Г., Краузе Ф. Л. Автоматизированное проектирование в машино­строении /Пер, с нем.; Под ред. Ю. М. Соломенцева, В. П. Диденко.— М.: Ма­шиностроение, 1988.

25. ЭВМ в проектировании и производстве. Вып. 2.—Л.: Машиностроение, 1985.

26. Электронно-лучевая технология в изготовлении микроэлектронных при­боров /Пер, с англ.; Под ред. Дж. Р. Брюэра.— М.: Радио и связь, 1984.

27. Яншин А. А Теоретические основы конструирования, технологии и на­дежности ЭВА.— М.: Радио и связь, 1983.