Степаньянц лекции ч1 (1074368)
Текст из файла
Степаньянц Ю. Р.Термические процессы в электроникеконспект лекции для студентов 3-го курса специальности МТ-112006 г.Раздел IОбщие положения, понятия и классификация§1. Особенности термических операций и оборудования в производстве изделий вэлектронной техникеНесмотря на разнообразие изделий электронной техники и технологий изготовления каждого конкретного прибора, можно выделить этапы, общие для производства изделий того илииного класса, то есть можно говорить о типовых технологических процессах.Этапы типового технологического процесса изготовления электровакуумных (ЭВ) приборов: изготовление металлических, стеклянных, керамических, слюдяных изделий; физикохимическая обработка деталей и узлов; сборка внутренней арматуры; сборка прибора в целом;термовакуумная обработка (ТВО), цоколевка, тренировка, испытание.Этапы типового технологического процесса изготовления полупроводниковых (ПП) приборов и интегральных микросхем: изготовление ПП пластин; изготовление структур с p-n переходами; разделение пластин на кристаллы; сборка прибора и его испытание.На каждом этапе используются различные, характерные для него, методы технологического воздействия, которые в совокупности охватывают большинство применяемых в техникепроцессов: металлургические, химические, электрофизические, термические, механообработку,лазерную и элионную обработку, прецизионную сборку, пайку и т.д.Отличительной чертой производства ЭВ и ПП приборов является наличие термическихопераций на каждом их этапов технологического процесса.Термическими будем называть операции, для выполнения которых необходимо наличиеповышенных или высоких температур.Для термических операций в производстве изделий электронной техники можно выделитьряд особенностей, из которых вытекают специфические требования к нагревательным устройствам (НУ).Особенности термических операцийТребования к НУ1.
Большой объем и разнохарактерность тер- 1.Многообразие конструктивных схем НУ: помических операций: ЭВП-варка стекла и фор- размерам и формам камер; способу передачимирование стеклодеталий; отжиг, обжиг, очи- тепла, типу нагревателей, виду теплоизоляциистка, сушка; спаи стекла с металлом, заварка;и т.д.ТВО; ППП-очистка ПП материалов, выращивание монокристалла, получение p-n переходов диффузией, сплавлением, эпитаксией; напыление тонких пленок.2.
Существенное влияние температурных режимов на качество изделия.Пример: при получение p-n переходов диффузией точность поддержания температуры подлине камер ±0,25°С при 900-1300°С.С изменением температуры изменяется коэффициент диффузии, и глубина легированногослоя.2. Прецизионность тепловых режимов.3. Стерильность процессов нагрева, т.
е. су- 3.Обеспечение требуемого состава газовойщественное влияние технологической среды среды при обработке в газах и требуемогона качество изделий.спектра остаточных газов и степени разряжения при обработке в вакууме.4. Длительность термических операций4.Максимальная производительность и надеж(диффузия – 10-15 часов, ТВО электронноность функционирования термического обооптических преобразователей – 24-30 часов)рудования.§2.
Типовое термическое оборудование в ПП и ЭВ производстве. Элементнаябаза НУ1. Установки выращивания монокристаллов полупроводников (рис.1 а, б, в)132456Рис. 1а12345678-Рис.1бзатравка;нагреватель;монокристалл;графитовый тигель;подставка;колпак;токоввод;экраны.1- затравка;2- индуктор;3- монокристалл;4- графитовый тигель;5- подставка;6- кварцевая труба.Рис.
1в1234-затравка;монокристалл;графитовый тигель;токоввод.Способы нагрева графитового тигеля:1а – излучением1б – индукционный1в – прямой сопротивлением (резистивный)Теплоизоляция: экранная с водяным охлаждением, футеровка.Технологическая среда: вакуум или атмосфера аргона, гелия, азота, водорода.Температура плавления: Ge ~ 958°СSi ~ 1420°С2.Нагревательное устройство (электропечь) диффузионной установки (рис.2 а,б).Метод открытой трубы.ПГСРис.2а1- кварцевая труба (реактор);2- керамическая труба3- нагреватель (спираль изхромоалюминиевого сплава);4- термопара;5- теплоизоляция (керамическое волокно);6- металлический кожух;7- токоввод.водаРис.
2б1- кварцевая труба;2- металлический кожух;3- нагреватель (галогенная лампа накаливания ГЛН);4- токоввод.ПГСводаСпособ нагрева:2а - электрический (излучением);2б - электрический инфракрасный (ИК), λ = 0,8 – 2,7 мкм.Теплоизоляция: 2а – футеровка;2б-водяное охлаждение.Технологическая среда: ПГС (парогазовая смесь) - пары диффузанта в газе –носителе(Ar,N2),поток влажного или сухого O2.Температура: Ge ~ 650-700°СSi ~ 1000-1300°С.Точность поддержания температуры по длине печи (450-600 мм)3. Оборудование отжига стеклооболочек ЭВП (рис.3а, б)±(0,25…0,5)°СРис.3а (колпаковая печь отжигастеклооболочек малогабаритных ЭВП)1- горелки;2- теплоизоляция (футеровка);3- заслонки;4- оболочка ЭВП.Рис.3б (ЛЕР отжига экранов ЦЭЛТ)12345678-нагреватели (ТЭН);теплоизоляция;кожух;экраны ЦЭЛТ;конвейер;перфорированное основание;вентилятор;внутренняя камера.Способ нагрева: 3а – пламенный; 3б – электрический конвективный.Теплоизоляция: 3а, б - футеровка (вата стеклянная коалинового состава).Максимальная температура нагрева: 450 – 480 °С.4.
Печь предварительного разогрева и отжига при заварке электронно-оптической системы (ЭОС) в оболочки ЦЭЛТ (рис. 4).Рис. 412345-оболочка ЦЭЛТ;спиральный нагреватель;теплоизоляция;кожух;ЭОС.Способ нагрева: электрический (излучением и естественной конвекцией).Теплоизоляция: футеровка.Максимальная температура нагрева: 450°С.5. Печи оборудования для ТВО ЦЭЛТ (рис.5).Рис. 5Вакуумнаясистема1- оболочка ЦЭЛТ;2- взрывозащитный кожух;3- нагреватель (ТЭН);4- теплоизоляция (вата коалиновогосостава);5- кожух;6- индуктор;7- печь электроотпая;8- откачное гнездо;9- вентилятор;10- термопара;11- штенгель.Способ нагрева стеклооболочки: электрический конвективныйТеплоизоляция: футеровкаТемпература нагрева оболочки: T max = 380 – 400°СВЫВОДЫ:1.
Элементная база:- нагреватели (горелки; нагреватели сопротивления: спиральные, ТЭНы, галогенные лампы, индукторы)- теплоизоляция (футеровка, экранная, водяное охлаждение)- термопары2. Используются практически все известные способы нагрева.3. Компоновка и конструктивное исполнение многообразны.§3. Классификация термического оборудованияТермическое оборудование можно разбить на три класса (по терминологии):1.Печи – устройства с нагревательной камерой, образующей замкнутое пространство, вкотором обеспечивается требуемый тепловой режим.2.Нагревательные устройства – устройства без нагревательной камеры.3.Термические агрегаты – совокупность печей, НУ с другими устройствами (транспортными, вакуумными системами и др.), обеспечивающие проведение комплексного технологического процесса.Классифицируют по способу нагрева:- пламенные;- электрические (наиболее распространенные);Электрические (ЭНУ) классифицируются по способу превращения электрической энергиив тепловую:1.
Сопротивления – выделение теплоты в телах при протекании по ним тока (з-н Джоуля).2. Индукционные – электрическая энергия превращается в энергию переменного магнитного поля, а затем в тепловую в помещенных в это поле телах (вихревые токи). Нагреваютсятолько проводники электрического тока.3. Диэлектрические – с выделением теплоты в диэлектриках и полупроводниках, помещенных в переменное электрическое поле за счет перемещения электрических зарядов приэлектрической поляризации.4. Дуговые – с выделением теплоты в электрической дуге.5. Элионные: электронно-лучевые, ионные, лазерные.В свою очередь ЭНУ сопротивления подразделяют на:1. Прямого нагрева – тепло выделяется в самом нагреваемом теле, непосредственно включенном в электрическую цепь.2.
Косвенного нагрева – тепло выделяется в нагревателях и передается нагреваемому телупо законам теплопередачи.В свою очередь ЭНУ косвенного нагрева разделяют по способу передачи тепла к изделиюна:- преимущественно теплопроводностью;- преимущественно конвекцией;- преимущественно излучением;- сложным теплообменом.Из излучательных ЭНУ выделяют ИК НУ, основанные на сопоставлении спектра излучения с оптическими свойствами материала.Термическоеоборудованиеи устроиства.Пламенные*прямогонагревапрямогонагреваэлектрическиекосвенногонагревасопротивления*косвенногонагрева*индукционные**дуговыедиэлектрическиеэлионныеэлектронно-лучевыеионныепередача теплатеплопроводностьюпередача теплапреимущественноконвекциейлазерныепередача тепла иконвекцией, и излучениемнизкотемпературные печи*Tmax ≥ 650 °Cпередача теплапреимущественноизлучениемсреднетемпературные печи*650 < Тmax ≤ 1200 °Cпередача теплатолькоизлучениемвысокотемпературные печи*Тmax >1200 °CИК печи и устройства**-Вакуумные печи*Классификация печей по составу технологической среды:с окислительной средой (пары воды, кислород);с восстановительной средой (водород);с инертной газовой средой;вакуум.Классификация печей по принципу действия и конструктивному исполнению:1.
Печи периодического действияа) камернаяб)колпаковаяг) шахтные (смотри рис в, размер L велик)д) элеваторные (камера неподвижна, а подпечи поднимается и опускается с изделием)в)муфельнаяНа всех схемах: 1 - изделие; 2 - нагреватель; 3 - теплоизоляция; 4 - дверь (крышка);5 - колпак; 6 - под печи; 7 - муфель.2. Печи непрерывного действияа) конвейерная печьб) толкательная печьНа схемах а, б, в:1234567-в) протяжная печьизделие;теплоизоляция;нагреватель;конвейер;неподвижный стол;толкатель;муфель.г) карусельная печь1- карусель с изделиями;2- туннельная печь.§4. Последовательность расчетно-конструкторских работ при проектированийэлектрических нагревательных устройств (ЭНУ)Этапы проектирования:1.
Техническое заданиеСоставляется на основе технологических требований. Оно должно содержать:- теплофизические и геометрические параметры изделия, условия его размещения в рабочем пространстве;- режимы термообработки;Режим в общем случае задается кривой tизд = f(τ):вначохлконконвыгДолжны быть заданы всегда: tизд , tизд .max , t изд .min , tизд ,τв .Кроме того, те или иные из следующих параметров: τн; τохл; Δtн; Δtохл; [Vн]; [Vох] - максимальные допустимые скорости нагрева и охлаждения;- требуемая технологическая среда;- требуемая производительность Q треб.2.
Выбор типа и предворительная компоновка печи (ТП + эскизный проект)- выбор типа печи (периодического, непрерывного действия) исходя из Q треб;- выбор способа нагрева и типа нагревателей исходя из υн .max и распределения температуры по поверхности изделия;- выбор типа теплоизоляции для обеспечения минимума тепловых потерь и температурына внешней стенке менее 70 °С;- определение наиболее рациональных внутренних размеров камеры с учетом: размеровизделия; удобства размещения и ремонта нагревателей и удобства загрузки и перемещения изделий.Предварительная компоновка выполняется путем упрощенного прочерчивания и сравнения различных конструктивных вариантов.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
