Пояснювальна записка до дипломного проекту містить сторінок,9 таблиць, рисунків, додатки, 12 джерел



Сторінка1/6
Дата конвертації16.03.2018
Розмір0.69 Mb.
ТипПояснювальна записка
  1   2   3   4   5   6


Курсова робота

Дослідження процесу напилення металевого контакту методом магнетроного розпилення
Реферат
Пояснювальна записка до дипломного проекту містить сторінок ,9 таблиць, 6 рисунків, 2 додатки, 12 джерел.

Об’єкт проектування – діод ДЛ553-2000.

Метод проектування – технологічно-розрахунковий.

Дипломний проект складається з чотирьох розділів.

У загальному розділі описані загальні відомості про прилад ДЛ 553-2000, літературний огляд з теми дипломного проекту та призначення операції напилення при використанні в напівпровідниковому виробництві.

Технологічний розділ містить розрахунок параметрів напівпровідникової структури, визначення послідовності операцій, розробку комплекту технологічної документації з використанням ЕОМ, методику та результати експерименту, характеристики обладнання, що використовується на дільниці, вимоги вакуумної гігієни на дільниці напилення.

У розділі організації та економіки виробництва проведено розрахунок трудомісткості виготовлення приладу на операції напилення, кількості робочих місць, чисельності робітників дільниці, річного фонду оплати праці, в останньому підрозділі наведено техніко-економічні показники дільниці.

Розділ четвертий-це розробка питань з охорони праці, техніки безпеки, безпеки життєдіяльності, протипожежних заходів та вирішення питань екології на дільниці напилення.7


ДІОД, ОМІЧНИЙ КОНТАКТ, НАПИЛЕННЯ, ВАКУУМ, МАТЕРІАЛИ, УСТАТКУВАННЯ, ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС
Зміст
Вступ.......................................................................................................................

1 Загальний розділ.................................................................................................

1.1 Короткі відомості про прилад ДЛ553-2000..................................................

1.2 Створення омічного контакту методом напилення в вакуумі.....................

1.2.1 Нанесення плівок у вакуумі.........................................................................

1.2.2 Значення вакууму в процесі напилення.....................................................

1.3 Призначення операції напилення...................................................................

2 Технологічо-розрахунковий розділ...................................................................

2.1 Розрахунок напівпровідникової структури приладу ДЛ553-2000..............

2.1.1 Загальні положення......................................................................................

2.1.2 Розрахунок питомого опору вихідного кремнію.......................................

2.1.3 Розрахунок параметрів p+-n-n+ структури..................................................

2.1.4 Розрахунок діаметра випрямляючого елемента та вибір корпусу

діода...................................................................................................................................

2.2 Технологічна схема виготовлення приладу ДЛ553-2000............................

2.3 Визначення послідовності операцій технологічного процесу

напилення.........................................................................................................................

2.4 Розробка комплекту технологічної документації процесу напилення......

2.5 Експеримент за темою „Дослідження процесу створення металевих контактів на структурах приладу ДЛ553-2000”............................................................

2.6 Обладнання дільниці напилення...................................................................

2.7 Вакуумна гігієна дільниці напилення..........................................................

3 Організація та економіка виробництва...........................................................

3.1 Розрахунок трудомісткості і кількості робочих місць.................................

3.2 Розрахунок чисельності працівників дільниці.............................................

3.3 Розрахунок фонду оплати праці....................................................................

3.4 Розрахунок виробничої собівартості виробу................................................

3.5 Техніко-економічні показники роботи дільниці...........................................

4 Охорона праці на виробництві..........................................................................

4.1 Охорона праці та ТБ на дільниці...................................................................

4.1.1 Техніка безпеки при роботі з лугами, кислотами та органічними

розчинниками...................................................................................................................

4.1.2 Техніка безпеки при роботі з електроустановками до 1000 В.................

4.1.2 Техніка безпеки при роботі з магістральними газами..............................

4.1.3 Вимоги безпеки перед роботою..................................................................

4.1.4 Вимоги безпеки під час роботи...................................................................

4.1.5 Вимоги безпеки після закінчення роботи..................................................

4.2 Протипожежні заходи.....................................................................................

4.3 Рішення питань екології на дільниці.............................................................

4.4 Безпека життєдіяльності.................................................................................

Висновки................................................................................................................

Список літератури.................................................................................................

Додаток А Організація та економіка виробництва.............................................

Додаток Б Комплект технологічної документації технологічного

процесу напилення приладу ДЛ553-2000......................................................................

Вступ
В сучасний час напівпровідникові прилади отримали широке застосування в радіоелектроніці. Вони використовуються в засобах зв’язку, навігаційній та радіолокаційній апаратурі, пристроях автоматики. За допомоги напівпро-відникових приладів можна вирішувати цілий ряд завдань сучасної техніки, отримувати малогабаритні, надійні та довговічні обладнання. Таке велике значення напівпровідникових приладів обумовлено наявністю у них цілого ряду переваг, таких як :

-відсутність старіння матеріалу при електронному механізмі електропровід-ності;

-малі габарити та маса приладів;

-простота та надійність конструкції.

Якість напівпровідникових приладів в дуже великому степені залежить від властивостей напівпровідникового елемента, який використовується при їх виготовленні.

Освоєння та вивчення напівпровідників потребувало спільної праці фізиків, хіміків, технологів на протязі декілька десятиліть. Досягти сучасного рівня напівпровідникової електроніки стало можливим на основі високого розвитку таких наук як фізика твердого тіла, хімія, кристалографія, а також радіоелектроніка.

Силові напівпровідникові прилади виділились в особливу групу напівпро-відникових приладів зі своїми завданнями та проблемами.

Силові напівпровідникові прилади займають провідне місце в електро-технічній промисловості та активно впливають на інші галузі промисловості: ма-шинобудування, залізничний транспорт, енергетика, визначають науково-технічний та соціальний прогрес нашої держави.


1. Загальний розділ

1.1 Короткі відомості про прилад ДЛ553
Напівпровідниковим діодом називається прилад з двома виводами, принцип дії якого засновано на використанні властивостей електронно-діркового переходу або поверхневого потенційного бар’єру кристалу напівпровідника.

Напівпровідниковий діод лавинного типу – це діод, призначений для розсіювання протягом обмеженого проміжку часу імпульсу потужності в області пробою зворотньої ВАХ (рис. 1).

Рисунок 1- Зворотня характеристика
Лавинний пробій виникає в результаті ударної іонізації нейтральних атомів кремнію швидкими носіями заряду при напруженостях поля, недостатніх для розриву ковалентного зв’язку.

Лавинні діоди виготовляються, як правило, на основі кремнію більш високої якості, ніж звичайні виправляючи діоди. Основним достоїнством лавинних діодів є те, що вони дозволяють суттєво спростити елементи захисту від перенавантаження в схемах перетворювачів, особливо у випадках великої кількості послідовного з’єднання діодів. Лавинні діоди з контролюючим пробоєм використовуються в якості активних елементів в стабілізаторах напруги, а також і в якості елементів захисту різних схем від імпульсних перенапруг.

Загальний вигляд діоду типу ДЛ553 представлено на рисунку 2.

Відстань по повітрю між анодом та катодом не менш – 19мм.

Довжина шляху для струму між електродами не менш – 30мм.

Маса діода не більш – 620г.


Рисунок 2- Діод ДЛ553



Основні електричні параметри діоду ДЛ553 представлені в таблицях 1-3.
Таблиця 1-Характеристика приладу ДЛ553


Найменування параметра

 

 

ДЛ553-2000

 

 

 

 

 

 

 

 

Пробивна напруга, В, при імпульсному струмі

1890 - 3150

100 мА, не менш

 

 

 

 







Повторюючийся імпульсний зворотній струм

50




мА, не більш

 

 

 

 







Ударна зворотня розсіювана потужність, кВт,







при тривалості імпульса 100мкс, при t перехода

16




160 С.

 

 

 

 

 







Ударний прямий струм, кА

 

 

33




Тепловий опір перехід-корпус, С/Вт

 

0,02




Струм термодинамічної стійкості корпуса, кА, при

75




тпривалості імпульса 5,8 мс.

 

 







Захистний показник термодинамічної стійкості кор-

13,0 * 10

пуса, А с.

 

 

 

 







Температура переходу (min;max) С.



-60

160



 

 

 

 







Рекомендуємий охолоджувач 0153 по ТУ16-729.377







-max допустимий середній прямий струм діода

390




з охолоджувачем та температурі навколишнього







середовища 40 С, А







 







-тепловий опір контакта діод-охолоджувач, С/Вт.

0,005




 

 

 

 

 

 






Таблиця 2- Параметри приладу ДЛ553




Найменування параметра

Значення параметра

Позначення

 




 













Максимально допустимий

1600










середній прямий струм







2000




при температурі корпуса

2000










850 С, А

 













 




 













Клас діода по імпульсу

1600




16




зворотньой напруги, В не менш

1700




17




 




 

1800




18




 




 

1900




19




 




 

2000




20




 




 

2200




22




 




 

2400




24




 




 

2600




26




 

 

 

2800




28




 




 













* Імпульсна пряма напруга,













не більш (для класа) або













група по параметрам ВАХ

-----




1,80 (16 - 28)

в прямому напрямку













 




 













Кліматичне виконання та













категорія розміщення

УХЛ2, Т3

УХЛ2, Т3

 

 

 













Таблиця 3- Таблиця груп




Найменування

Група

UFA(B) при IF(A)

Межа

 

параметра

 

 

1250

2000

6280

значення

 




 

 

 

 

 

 

 

Значення парамет-

А

0,85

0,92

1,16

min




рів прямої ВАХ при




0,86

0,94

1,2

max




температурі струк-тури 1050 С

В

0,86

0,94

1,2

min







 




0,87

0,96

1,24

max




 




 

С

0,88

0,95

1,24

min




 




 




0,89

0,97

1,28

max




 




 

Е

0,9

0,98

1,28

min




 




 




0,91

1

1,32

max




 




 

Н

0,92

1

1,32

min




 

 

 




0,93

1,02

1,36

max




1.2 Фізичні основи вакуумного напилення


Процес нанесення тонких плівок у вакуумі складається з утворення потоку часток, які направлені у бік підложки, та подальшої їх конденсації з утворенням тонко-плівкових шарів на поверхні, що покривається.

Таким чином, при нанесенні тонких плівок одночасно виконуються три осовних процеси: генерація направленого потоку часток осаджуємої речовини; проліт часток у вакуумному просторі від їх джерела до обробляємої поверхні; осадження (конденсація) часток на поверхні з утворенням тонко плівкових шарів.

У відповідності з цим, вакуумні установки для нанесення тонких плівок складаються з таких основних елементів: джерела генерації часток осаджуємого матеріалу, вакуумної системи, яка забезпечує потрібні умови для проведення технологічного процесу; транспортнопозиціонуючих пристроїв, які забезпечують введення підложок в зону нанесення плівок та орієнтування обробляємих поверхонь відносно потоку часток наносимого матеріалу.

Процес нанесення тонких плівок в вакуумі складається з наступних основних операції:

-установки та закріплення підлягаючих обробці підложок на підложкотримачі при піднятому ковпаку;

-зачиненні робочої камери і відкачки її до потрібного вакууму;

-ввімкнення джерела, яке утворює молекулярний потік осаджуємої речовини;

-нанесення шару визначеної товщини при постійно працюючих джерелі потоку часток і вакуумній системі;

-вимкнення джерела потоку часток, охолодження підложок і напуску повітря в робочу камеру до атмосферного тиску;

-підйомі ковпака і зніманні оброблених підложок з підложкотримача.

При нанесенні тонких плівок використовують два метода генерації потоку часток у вакуумі: термічне випаровування та іонне розпилення.

Метод термічного випаровування заснован на нагріві речовин в спеціальних випалювачах до температури, при котрій починається замітний процес випаро-

вування, і наступній конденсації парів речовини у вигляді тонких плівок на обробляючих поверхнях. Важливим фактором, який визначає експлуатаційні особливості і конструкцію устаткування термічного випаровування, є спосіб нагріву випаровуючих матеріалів: резестивний та електронно-променевий.

Метод іонного розпилення заснован на бомбордуюванні мішені, яка виго-товлена із осаджуємого матеріалу, швидкими частками. Вибиті із мішені частки утворюють потік наносимого матеріалу, котрий осаджується у вигляді тонкого шару на підложках.

Важливим фактором, який визначає експлуатаційні особливості і кон-струкцію устаткування іонного розпилення, є спосіб генерації іонів, які бомбардують мішень. У відповідності з цим устаткування іонного розпилення оснащується простою двохелектродною або магнетронною системою.

Технологія нанесення тонких плівок і створення вакууму в робочих камерах устаткування базується на молекулярно-кінетичній теорії будови речовини.

Речовини в природі складаються з дрібних часток – молекул, що можуть існувати самостійно і володіти усіма властивостями даної речовини. Молекули складаються з декілька дрібних часток – атомів, а можуть бути і одноатомними (молекули інертних газів).

Спостереження за поведінкою будь-якої речовини показують, що його мо-лекули (атоми) знаходяться постійному русі незалежно від того, в твердому, рідкому чи газоподібному стані воно знаходиться. Цей рух обумовлен вну-трішньою кінетичною енергією речовини, яка зв’язана з його температурою. Тому безпорядковий рух називається тепловим.

Молекули речовини, які знаходяться у безперервному хаотичному русі, зв’язані між собою силами зчеплення, від значення якого залежить рідкий, твердий чи газоподібний стан речовини.

Тепловий рух часток твердого тіла носить коливальний характер: вони коливаються біля середнього положення з різними амплітудами та різних площинах. Коливальний характер теплового руху часток твердого тіла обумовлено


тим, що між ними присутні міцні зв’язки, які дозволяють йому зберігати об’єм та форму.

Якщо тверде тіло піддати нагріву, то при деякій температурі воно почне

роз-м’якшуватись і перетворюватись у рідину. Тепловий рух молекул рідини носить в основному поступальний характер з різними швидкостями та в різних напрямках. Це пояснюється меншою, ніж у твердому тілі, міцністю зв’язків між молекулами рідини: вона здатна зберегти тільки об’єм, но не форму.

При подальшому нагріві рідина починає випаровуватись. Тепловий рух молекул газоподібної речовини має тільки поступальний характер з дуже малою взаємодією між ними, особливо при низькому тику. Завдяки тепловому руху при наявності лише слабкого зв’язку між молекулами газоподібна речовина не здатна самостійно зберігати ні форму, ні об’єм, завжди займає увесь наданний об’єм.

Щоб визначити вид зіткнень молекул газа, необхідно визначити відношення між середньою довжиною вільного пробігу молекул та характерним розміром – діаметрів судини циліндричної форми і довжиною, яка менша сторони судин прямокутної форми ( квадратна камера ). Це відношення є критерієм розділення вакууму на низький, середній та високий.

При низькому вакуумі середня довжина вільного пробігу значно менша характерного розміру посудини. Молекули при цьому випробують переважно постійні зіткнення один з одним.

Середній вакуум характеризується тим, що середня довжина вільного пробігу молекул приблизно рівна характерному розміру судини. Причому можливі траєкторії руху молекул, частково властиві умовам низького, а частково високого вакууму.

Високий вакуум характеризується тим, що середня довжина вільного пробігу молекул значно більша характерного розміру посудини.

Процеси, які відбуваються при нанесенні тонких плівок, багато в чому

визначаються ступінню вакууму в робочих камерах, який характеризуєється

середньою довжиною вільного пробігу часток осаджуємої речовини.
Характер руху часток речовини, що наноситься в умовах середнього та ви-сокого вакууму можна пояснити наступним дослідом (рис. 3 а,б). У нижню частину скляної камери 1, в якій підтримується вакуум, розміщують джерело потоку часток речовини 7, а у верхню частину встановлюють підложку 4.

Рисунок 3- Рух часток носимої речовини в умовах середнього (а) та високого (б) вакууму: 1- скляна камера; 2,9- частки, які осадженні на стінах камери; 3- частка, осадженна на зворотню сторону підлоки; 4- під ложка; 5,10-час-тки, осадженні на лицьову сторону підложки без зіткнень; 6- частка, які осаджені на лицьову сторону підложки після зіткнення; 7- джерело потоку часток.


При нанесенні плівки в середньому вакуумі (рис. 3, а) частки осаджуємої речовини мають різний характер руху. Частина з них при русі до підложки потерпають велику кількість зіткнень з молекулами газу, і траєкторія їх руху має вид ламаної смуги. При цьому щільністю порушується початкове орієнтування руху часток. У результаті деякі частки 6 після ряду зіткнень потрапляють на підложку. Частина часток 5 потрапляє на неї без зіткнень. Деякі частки 2 не потрапляють на підложку, а конденсуються на стінках камери 1, утворюючи рівномірне плівкове покриття. Зіткнення окремих часток 3 може призвести навіть до осадження плівки на зворотню сторону підложки.

При нанесенні плівки у високому вакуумі ( рис.3, б ) частки осаджуємої речовини летять незалежно один від одного по прямолінійним траєкторіям без взаємних зіткнень і зіткнень з молекулами газу, не змінюючи напрям, та конденсуються (частки 9 та 10) на стінках камери 1 та поверхні підложки 4.

1.3 Призначення операції напилення
За допомогою напилення алюмінієм створюються контакти на елементах напівпровідникових діодів таблеткової конструкції. З катодного боку кремнієвої структури, який сплавлений з молібденовим термокомпенсатором, напилюється шар алюмінію товщиною 15 – 18 мкм. Цей шар повинен мати дуже малий перехідний контактний опір, гарну адгезію до кремнію, а також стабільність під час експлуатації приладу. Для зменшення перехідного контактного опора і збільшення адгезії, після напилення роблять впалювання напиленого шару при температурі 450 – 4700 С протягом півгодини у вакуумі. Напилення робиться у вакуумі не менше 10-5 мм. рт. ст. з використанням електронопроміневої гармати. Електронний промінь загибається магнітним полем під кутом 2700, падає на поверхню випаровуючого матеріалу ( Al ), атоми якого, випаровуючись, осаджуються на елементи напівпровідника. Для забезпечення правильної геометрії контакту, елементи напівпровідника розташовуються в ставках, розмір яких визначає діаметр катодного контакта діода.

2 Спеціальний розділ

2.1 Розрахунок напівпровідникової структури приладу ДЛ553-2000

2.1.1 Загальні положення


Розрахунок силових напівпровідникових діодів проводиться виходячи з вимог заказника, який задає один, два або декілька параметрів силових діодів. Ду-же часто заказники пред’являють вимоги, які можуть в принципі не сумісними один з одними, наприклад не можна сумістити проходження великих струмів скрізь діод з значним зменшенням його розмірів, тому при розрахунку діодів та конструкцій повинні бути знайдені оптимальні рішення всіх питань.

Звичайно для розрахунку діодів зі сторони заказника повинні бути задані та-кі величини:

1. Максимальне значення зворотньої імпульсної напруги, яке повторюється;

2. Максимальне значення струму, яке проходить в прямому напрямку при заданій температурі корпуса;

3. Максимальне значення температури корпуса.

Вихідні данні для розрахунку діоду зведені в таблиці 4.

Розрахунок силового лавинного діоду проводиться в такій послідовності:


  • розрахунок питомого опору вихідного кремнію;

  • розрахунок параметрів p+-n-n+ структури;

- розрахунок діаметру випрямляючого елементу та вибір конструкції кор-

пусу діода.


2.1.2 Розрахунок питомого опору вихідного кремнію

Виконується для того, щоб на заводі-виробнику можна було заказати крем-ній з заданими електрофізичними властивостями. Величина питомого опору вихід-ного кремнію впливає на величину напруги лавинного пробою та інші показники. Розрахунок проводиться в наступній послідовності:

Таблиця 4 – Вихідні дані для розрахунку силового діоду



Найменування величини та плзначення

Величина

Одиниця виміру

1. Коефіцієнт запасу по напруги , K u


0,75




2. Поверхнева концентрація алюмінію, NsАl


5 * 106

см-3

3. Глибина залягання p-n переходу, Xjp


100

мкм

4. Глибина залягання n+-n переходу, Xjn


33

мкм

5. Кут фаски, φ

30

0(градус)

6. Концентрація власних носіїв заряду при 1900 С, ni

1014

см-3

7. Концентрація власних носіїв заряду в

кремнії, nisi




1,38 * 1010

см-3

8. Імпульсна напруга, що повторюється, URRM

1800

В

9. Середній прямий струм, IFAV

2000

А

10. Максимально припустима температура переходу, Tjm

175

0С

11. Максимально припустима температура корпусу, Tc


125

0С

Розрахунок величини напруги лавинного пробою UBR, В

UBR = URRM / Ku , (1)
UBR = 1800 / 0,75 = 2400
Розрахунок концентрації донорів Nd, см-3
Nd = A1 * U-1BR * [ln(B1 * UBR)]-2 , (2)
де A1 = 9 * 1018 В/см3

B1 = 1,2 1/В


Nd = 9 * 1018 * 2400-1 * [ln(1,2 * 2400)]-2 = 5,6 * 1013
Розрахунок градієнту домішок в p-n переході а, см-4
a = (2 * Nd / Xjp * 10-4) ln(Nsa1 / Nd) , (3)
a = (2 * 5,6 * 1013/ 100 * 10-4) ln(5 * 106/5,6 * 1013) = 7,6 * 1016
По залежності напруги лавинного пробою від величини питомого опору ви-хідного кремнію для розрахованого градієнту визначається потрібний питомий опір кремнію.

Враховуючи, що реальний кремнії може мати дефекти, котрі приводять до зменшення величини напруги лавинного пробою, звичайно приймають питомий опір кремнію на 10 – 15 % більше розрахункового.


ρ = 80 Ом*см

2.1.3 Розрахунок параметрів p+-n-n+ структури


Метою розрахунку є визначення товщини кремнієвої пластини та деяких до-даткових фізичних параметрів. Хід розрахунку наступний:
Розрахунок орієнтованої площини збідненої n-бази Wзn , мкм
Wзn = 0,52 * √ρn * UBR , (4)
Wзn = 0,52 * √80 * 2400 = 227,8
Для лавинних силових діодів основною являється вимога більшого однорідного лавинного пробою по всій площині структури. Для задовольняння цієї вимоги необхідно, щоб товщина n-бази перевищувала товщину області об’ємного заряда p-n переходу в цій базі не менш ніж на 50-100 мкм.
Wn ≈ Wзn + 60 (5)
Wn ≈ 227,8 + 60 = 287,6
Розрахунок загальної товщини кремнієвої пластини Wsi , мкм
Wsi = Xjp + Xjn + Wn , (6)
Wsi = 100 + 33 + 287,8 = 420,8
Важливим фізичним параметром є час життя дірок в n-бази. Для забезпечен-ня максимального значення прямого струму при прямій мінімальній напрузі, час життя дірок повинен бути великим. Час життя дірок τр, мкс

τр ≥ (Wsi – 50 / 80)2 , (7)


τр ≥ (420,8 – 50 / 80)2 = 21,5
2.1.4 Розрахунок діаметра випрямляючого елемента та вибір корпусу діода
Правильність даного розрахунку забезпечує роботу діода при завданих значеннях прямого струму без перегріву. В процесі роботи діода, випрямляючий елемент нагрівається і за рахунок цього виділяється теплова енергія. Виділена енергія повинна бути передана на корпус та розсіяна в оточуюче середовище, то єсть для нормальної роботи діода повинно бути витримано визначене співвідношення між цими двома потужностями. Потужність втрат залежить від щільності струму, який проходить скрізь діод в прямому напрямі. Для визначення цієї потужності виконуються наступні розрахунки:
Розрахунок середньої потужності прямих втрат виконується в наступній послідовності:

1. Розраховуємо радіальний розмір фаски діода lф, мм


lф = 0,5 + Wsi ctgφ , (8)
lф = 0,5 + 0,42 * 1,54 = 1,15

2. Розраховуємо активну площу структури Saкт, см2


Saкт = π/4 (dв.е – 2lф)2 , (9)
Saкт = π/4 (32 – 2 * 1,15)2 = 6,92

3. Задаємо декілька значень діаметра випрямляючого елементу із стандартного ряду, розраховуємо таку ж кількість значень Saкт , після чого знаходи-мо для кожного значення Saкт щільність струму по JF , A/cм2


JF= 2,5IFAV / Sакт , (10)
JF = 2,5 * 2000 / 6,92 = 722,5
4. Далі по графіку залежності (рисунок 4) для струму JF визначаємо UF (2,5 IFAV) та визначаємо РFAV. Після цього будуємо графік залежності середньої потуж-ності від діаметру випрямляючого елементу.
Розрахунок середньої потужності прямих втрат РFAV, Вт
РFAV = IFAV * UF, (11)
де UF – пряма напруга діоду в відкритому стані
РFAV = 2000 * 2,2 = 4400
Поряд із графіком залежності РFAV = f(dв.e) також будується графік залежності потужності (рисунок 5), що розсіюється від випрямляючого елементу Рроз = f (dв.е). Для побудування цього графіка повинно бути попередньо вирішене питання о конструкції корпусу випрямляючого елементу. Це пов’язано з тим, що для подальших розрахунків потрібно знати величину теплового опору. Ця величина показує, на скільки градусів змінюється температура, при зміні потужності на 1 Вт.

Розрахунок потужності Рроз , Вт розсіювання проводиться за формулою:


Рроз = (Tjm – Tc) / Rt , (12)

де Rt – тепловий опір, С0 / Вт;


Рроз = (175-125) / 0,055 = 909
По побудованим графікам залежності обирається мінімальне значення діа-метру випрямляючого елементу, виходячи з умов Рроз = РFAV , або Рроз> РFAV .

2.2 Технологічна схема виготовлення приладу ДЛ553-2000


Технологічний процес виготовлення структури приладу ДЛ553 базується на використанні таких операцій як дифузія, сплавлення з молібденом, травлення фас-ки, напилення. Для створення двохшарової структури типу p-n використовується дифузія акцепторної домішки. Сплавлення структури з термокомпенсатором відбу-вається шляхом термічного впливу в водневій пічці. Створення омічного контакту відбувається шляхом магнетронного напилення алюмінію з наступним впалюванням.

Технологічна схема виготовлення структури приладу ДЛ553 показана в таблиці 5.


Таблиця 5 – Технологічна схема виготовлення структури приладу ДЛ553


Структура

Операції

Матеріали




p

n




Підготовка поверхні.

Дифузія Al

Т = 12500 С; t = 22


C2 H5OH – 100 мл

Н2 О – 4 мл

Al (NO3)3 – 18 гр




Сплавлення з

молібденом



Молібден ВЧ

Продовження таблиці 5


Структура

Операції

Матеріали




Зняття першої

фаски


Фтористоводнева

кислота, азотна

кислота з додаван-

ням води






Напилення алюмінію

(15 – 22 мкм) на анод-

ну сторону структури


Алюміній марки

А999





Зняття другої

фаски


Азотна кислота,

оцтова кислота,

фтористоводнева

кислота






Захист p – n

переходу


Компаунд

КЛТ – 3





Збірка в корпус,

вакуумізація, гарме-тизація, маркіровка,

випробування


Прижимні контак-ти: мідь 0,2 , срібло, родій

2.3 Визначення послідовності операцій технологічного процесу напилення


Першою операцією процесу напилення є підготовка елементу напівпровідни-кового шляхом травлення в фтористоводневій кислоті – проводиться в поліетілено-вії ємності. Протравити касету з елементами напівпровідниковими протягом 60 сек.

при кімнатній температурі. Після чого достати касету з елементами із ємності з фтористоводневою кислотою. Промити цю касету під діонізованою водою до нейт-ральної реакції РН=7. Потім просушити.

Другою операцією є безпосередньо напилення з метою створення омічного контакту при значенні вакууму 2 – 3 * 10-3 мм рт ст. Товщина напиленого шару по-винна бути 15 – 22 мкм.

Контроль поверхні напиленого шару – візуальний. Плівка повинна бути су-цільною та однакової товщини по всій поверхні.

Наступною операцією є впалювання алюмінію в напівпровідниковий елемент з метою підвищення якості плівки та міцності пластини. Операція здійснюється при режимах вакууму 3,5 * 10-3 мм рт ст., температура вплавлення 2500 С.

Контроль поверхні впаленого шару – за допомогою мікроскопа.

На рисунку 6 зображена технологічна схема процесу напилення приладу ДЛ553-2000.
2.4 Розробка комплекту технологічної документації процесу напилення
Комплект технологічної документації необхідний для організації вироб-ництва напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем. Він повинен містити:

-маршрутну карту;

-операційні карти;

-карти контролю;

-карти ескізів;


Підготовка елементу напівпровідникового до напилення




Напилення алюмінію




Контроль поверхні напиленого шару




Впалювання алюмінію в напівпровідниковий елемент




Контроль поверхні напиленого шару

Рисунок 6 – Технологічна схема процесу напилення приладу ДЛ553-2000

-відомість матеріалів;

-відомості обладнання, оснастки, тари;

-технологічну специфікацію;

-технологічні інструкції.

Маршрутна карта встановлює послідовність виконання технологічних, конт-рольних та транспортних операцій при виготовленні конкретних деталей, складан-ня виробу, цого упаковці. Крім найменування операції і короткого викладення її змісту в маршрутній карті вказується номер технологічного документу, де дається ретельне описання кожної операції з вказанням цаху і дільниці, де вона виконуєть-ся, перелічуються деталі, основні і допоміжні матеріали, норма їх витрат, облад-нання, а також виробничі розряди працівників, норми часу виготовлення тисячі ви-робів і їх розцінки.

Операційна карта містить описання операції виготовлення напівпровід-никових приладів та ІМС з вказанням переходів, прийомів, режимів обробки, техно-логічного оснащення, а також вимоги техніки безпеки і технологічної гігієни. Крім того, в операційній карті вказується порядок отримання заготовок і матеріалів, здачі обробленних деталей, зберігання невикористаних матеріалів, підготовки та прид-бання робочих місць. Операційна карта є основним технологічним документом і по-винна знаходитись на робочому місці.

Карти ескізів містять схеми виконуємих операцій, ескізи, таблиці та описання прийомів безпечного використання робіт, а також правильної організацій праці. Вони є додатком до операційних карт.

Відомість операцій і маршрутно-контрольна карта містять переліки і опи-сання операцій технологічного контролю, виконуємих при виготовленні кон-кретних виробів або їх деталей, зі вказанням засобів, їх методів контролю, і вимог до контролюємих параметрів. Відомість операцій звичайно доповнюється контроль-ними картами, в яких приводяться методики контролю і описання застосовуємих засобів.

Комплект технологічної документації зведено в додаток В.
2.5 Дослідження процесу створення металевих контактів на структурах приладу ДЛ553-2000

Метою експерименту є уточнення факторів або параметрів технологічного процесу, які забезпечують відтворюєме отримання алюмінієвої металізації. Цими факторами є :

1) відстань від тигля електронопроміневої гармати з розплавом алюмінію до напиляємого напівпровідникового елемента;

2) температура нагріву елемента перед напиленням;

3) струм променя та час напилення, а також обробка елемента перед напи-ленням;

4) температура впалювання напиленого шару.

Із-за обмеженої потужності електронопроменевої ґармати та часу її роботи, потрібну товщину металізації досягають за декілька процесів напилення без роз-герметизації. Як відомо, товщина напиленого шару тим більша, чим менша відста-нь тигля до напиляємой поверхні. Но, з іншого боку, при розташуванні декількох елементів на куполоподібний носій, із-за складного розподілу розпиляємого мета-лу по куті, при дуже близькому розташуванні купола відносно тигля, товщина металізації на бічних елементах виявляється суттєво нижче ніж на центральних. Тому доводиться свідомо піднімати у верх купол, понижуючи швидкість напилен-ня і, відповідно, збільшувати час напилення.

Відомо також, що при напилені металу на холодну пластину, товщина мета-лізації значно більша ніж при напилені на прогріту пластину, тому що відбиття металу від підложки підвищується з ростом температури. Но, з іншого боку, при напиленні на прогріту підложку, адгезія металу буде вище і кристалічна структура напиленого шару покращується.

Таким чином, з точки зору вище зазначеного, метою експерименту є оптимі-зація кожного з вище приведених факторів технологічного процесу для стійкого та оптимального процесу напилення.

Значення конкретних параметрів змінюється на малих партіях приладів в розиірі одного завантаження. Товщина напиленого шару визначається методом зва-ження на прецизійних вагах (ВЛА-200) з точністю зваження 0,1 мг.

Величина напруги замірялась на кожному з елементів після впалювання алю-мінію по стандартній методиці. Температура нагріву підложки визначалась непря-мим заміром за допомоги термопари ТХК. Відповідність показань термопари істи-нним значенням температури на під ложці досягалось зміною положення термопа-ри в просторі з перевіркою по контрольним точкам. Контрольними точками були точки 1830 (температура плавлення припою пос-61) та 2310 (температура плавлен-ня олова). Зразки розплавляємих металів мали вигляд правильного трикутника зі стороною 8 – 10 мм. та товщиною 100 мкм. (0,1 мм). Точність відповідності визна-чали по підплавленню їх кутів.

Приведені в таблиці 6 результати показують, що найбільш технологічним та відтворним є варіант технології напилення, при котрому напилення проводиться одночасно на 18 напівпровідникових елементів, завантажених на тримач купольно-го типу. Напилення відбувається за два етапи роботи електронопроміневої гармати тривалістю 8 та 6 хвилин. Таким чином, зберігається час безпечної роботи гармати (8 хвилин) без перегріву, і загальний час напилення достатньо для напилення мета-лізації алюмінію товщиною 20 мкм. Висота купола над тиглем електронопроміне-вій гармати 300 ± 5 мм в середній частині. Незважаючи на те, що при зниженні ви-соти купола над тиглем до 260 мм, швидкість осадження алюмінію збільшується,

також збільшується величина розкид між крайніми та центральними елементами. Такий варіант доступний тільки в тому випадку, коли напиляємих елементів не пе-ревищує шести, і вони розположенні по центру.

Оптимальна температура нагріву перед напиленням складає 2500 С. При великій температурі різко падає вакуум, а при меншій температурі – збільшується значення прямого падіння напруги.

Після напилення структури виймались з гнізд купола та провірялись на зов-нішній вигляд. Напилений шар алюмінію повинен бути рівний, білого кольору.

Досліджено вплив технологічних факторів на процес напилення алюмінієм на елементи напівпровідникові. З застосуванням отриманих результатів виго-товлена партія елементів без технологічних браків. Під час напилення не яких збоїв в роботі вакуумної установки не було. Виготовлені прилади показали висо-кий вихід придатного.

Після усіх необхідних дії та перевірок партія елементів напівпровідникових відправлена на впалювання.

Таблиця 6 – Аналіз результатів



№ партії
Назва параметру




1

2

3

4

5

Висота купола над тиглем, мм


260

260

300

300

320

Температура нагріву, Т0 С

200

250

200

250

250

Режим напилення

Квт/хвл.


10
7+6

8
8+8

10
8+6

10
8+6

10
8+8

Кількість одночас-но напиляємих елементів напівпровід-никових, шт.

18

18

18

18

18

Товщина напиленого алюмінію, h мкм


19,8±6,3

19,5±6

21±3,9

20,2±3,5

18,9±3,6

Напруга в провід-ному стані, Uf B

1,48±0,36

1,41±0,31

1,4±0,2

1,31±0,08

1,42±0,1

2.6 Обладнання дільниці напилення

Високовакуумна установка напилення типу В90.1 є сучасною та універсаль-нозастосованим устаткуванням для самих різних задач вакуумної техніки напи-лення. За допомогою цієї установки можливе проведення якісного напилення декількох елементів напівпровідникових одночасно. Ця універсальність устатку-вання досягається простотою основної конструкції, яку можна укомплектовувати на вибір богатим асортиментом допоміжних обладнань.

Установка складається з :

1) Вакуумної камери. Вона розташована вертикально і має діаметр на світлі, рівний 900мм. Передня чверть камери представляє собою дверцу, яка виготовлена із нержавіючої спеціальної сталі. На зовнішній стороні камери розташована система мідних труб для обігріву та охолодження по засобам води. Два змонтованих вікна з Ду 150 забезпечують в з’єднанні з освітленням камери добрий огляд вакуумної ка-мери в любий час. Для встроєння допоміжних обладнань та стандартних вводів є 18 фланцевих отворів та 4 фланцевих штуцера.

2) Несучої рами. Вона представляє собою стійку для вакуумної камери. На несучій рамі знаходиться підвід струму для випаровування на опорах. На цій рамі також знаходяться 4 розетки на 220 В ~ , та одна на 24 В ~ . Ці розетки потрібні для підключення додаткових керуючих та вимірюючих приладів.

3) Насосного агрегату.

Він оснащений такими насосами :

- пластичний насос : S = 150 м3 год-1 ;

- насос Рута : S = 1800 м3 год-1 ;

- насос маслодифузійний : S = 8000 л сек.-1 .

Усі вентилі обслуговуються за допомоги манометрів або магнітів. К насос-ному агрегату можна підключити другий маслодифузійний насос такої ж продук-тивності та низькотемпературну ловушку для рідкого азоту.

Процес відкачки виконується від розподільчої шафи. Керування ними відбу-вається в залежності від тиску і є повністю автоматичним.

4) Випарювача.У вакуумну камеру можна влаштувати декілька випарювачів, та експлуатувати їх як один за одним, так і одночасно. Два типа випарювачів з різним принципом дії стоять до услуг, випарювачі з нагрівом за рахунок опорів у формі однократного та багатократних випарювачів, а також електронопроміневі випарюючі обладнання різної потужності.

5) Розподільча шафа. Вона оснащена змінними блоками, в яких розташовані усі керуючи та вимірюючі елементи, а також елементи обслуговування, які необхідні для експлуатації установки. Встроєний витяжний вентилятор служить для відводу тепла.

Керування устаткуванням може здійснюватись на вибір, вручну або автома-тично в залежності від тиску.

Залежно від тиску, автоматичне керування включає в себе такі програми :

Пуск 1. програма запуску устаткування ;

Пуск 2. відкачення до встановлення готовності до напилення ;

Пуск 3. програма відключення установки.

6. Запобіжні заходи та блокування.

Схема устаткування зроблена та блокована таким чином, що помилкові дії неможливі. Вакуумна камера та несуча рама оснащені комутаційними контактами для відключення високої напруги та струму при відчиненні вакуумної камери.

Маслодифузійний насос та насос Рута запобігаються за допомоги контактних інструментів, з’єднаних з вакуумом, відносно їх тиску ввімкнення або моментів відчинення відповідних вентилів.
2.7 Вакуумна гігієна дільниці напилення
Ділянка напилення відноситься до першої категорії по виробничій чистоті.

Вимоги до повітря та характеру підтримання чистоти зведені в таблицях 8 та 9.

Таблиця 7 – Вимоги до повітря.


Найменування параметру

Значення

Клас чистоти повітря

Максимальна кількість частинок в 1л повітря розміром

0,5 мкм


3

7500


Клас температури повітря

Температура повітря в приміщенні



2

22 ± 6


Клас вологості

Відносна вологість повітря в приміщенні



1

50 ± 10 %



Клас чистоти в робочій зоні

Максимальна кількість частинок пилу в 1л повітря

розміром 0,5 мкм


1

2800

Таблиця 8 – Характер та періодичність прибирання


Найменування параметру

Значення

Вологе протирання полу

Кожний день за 30 хвилин до початку зміни

Вологе протирання полу

Кожен день в обідню

перерву


Внутрішня чистка трубопроводів та

повітреводів



1 раз на рік

Прибирання технічних поверхів

1 раз на місяць

Чистка магістральних трубопроводів

1 раз в 2 місяці

Миття стекол, дверей, світильників

1 раз на місяць

3 Організація та економіка виробництва

3.1 Розрахунок трудомісткості виготовлення і кількості робочих місць

Визначаємо програму запуску виробів Nзап; шт.


Nзап. = Nвип. /Кв.г. , (13)
де Nвип – річна програма випуску виробів; шт.

Кв.г. – коефіцієнт виходу придатних.

Nзап. = 3000 / 0,92 = 3261
Визначаємо трудоємність річного обсягу виготовлення за операціями Тзап :
Тзап = (tшт * Nзап ) / 100, (14)
де tшт – норма часу на виготовлення 1 виробу, год.
Тзап = (0,45 * 3261) / 100 = 14,7
Результати розрахунку наведені у додатку А (Таблиця А1).

Обчислюємо загальну трудоємність річного обсягу виготовлення за операція-ми Тзаг.


Тзаг. = Тдов. + Тзап , (15)

де Т дов. – трудоємність довантаження операції до нормативного коефіцієнту, яка визначається за формулою:


Т дов = (Fеф – Тзап) * К, (16)
де К – коефіцієнт довантаження (0,8 – 0,95);

Fеф – ефективний фонд часу роботи обладнання, який визначається за формулою:


Fеф = [(Дк-Дв-Дсв) * tзм-tп.св] * Крем * h, (17)
де Дк-Дв-Дсв – дні календарні, вихідні, святкові;

tзм – тривалість зміни, 8 годин;

tп.св – кількість годин поперед святкових скорочень робочого дня, год;

Крем – коефіцієнт ремонту обладнання (0,88 – 0,96);

h – кількість змін на добу.
Fеф = [(365 – 105 – 9) * 8 – 4] * 0,9 * 1 = 1804
Тдов = (1804 – 14,7) * 0,8 = 1431
Тзаг = 1431 + 14,7 = 1446,7
Визначаємо розрахункову кількість робочих місць Вроз , шт.
Вроз =Тзаг / (Fеф * КВН) , (18)
Вроз = 1446 / (1804 * 1) = 0,8
Обчислюємо коефіцієнт завантаження обладнання
Кз =Вроз /Вприйн (19)

де Вприйн – прийнята кількість робочих місць за операцією, шт.


Кз = 0,8/1 = 0,8

Трудоємність, кількість робочих місць, коефіцієнт завантаження обладнання надано в таблиці А2 додаток А.


3.2 Розрахунок чисельності працівників дільниці
Потреба в кадрах планується з програми випуску на даному підприємстві. Розрахунки проводяться за категоріями працюючих (робітники, керівники, спеціалісти службовці), а по кожній з них – за професіями, спеціальностями, розрядами.

Чисельність основних робітників визначають за формулою:


Чор = Тзаг. оп / (Фд * КВН) , (20)
де Чор – розрахункова чисельність основних робітників даної професії та роз-ряду, чол.;

Фд – дійсний фонд часу роботи одного середньоспискового робітника, год;

КВН – середній коефіцієнт виконання норм.
Дійсний фонд часу роботи одного робітника визначається за формулою:
Фд = [(Дк-Дв-Дсв) * tзм-t] * КВК , (21)
де КВК – коефіцієнт корисного використання робочого часу, враховує витрати робочого часу з поважних причин, визначається за балансом робочого часу середньоспискового робітника. Приймаємо КВК = 0,86 – 0,88
Фд = [(365-105-9) * 8 – 4] * 0,87 = 1743,5
Чор = 1446 / (1743,5 * 1) = 0,83
Розрахунок чисельності основних робітників надано в таблиці А3 додаток А

Середній розряд робітників визначаємо за формулою:

Рсер = (1 * Ч1 + 2 * Ч2 + ... + 6 * Чn) / Чор , (22)
де Рсер – середній розряд основних робітників;

Ч1, Ч2 – чисельність робітників даного розряду;

Рсер = (3 * 1 + 4 * 1 + 3 * 1 + 3 * 1 + 4 * 1) / 5 = 3,4
Чисельність допоміжних робітників приймаємо в розмірі 20 % від чисельності основних робітників:

Чдр = 0,2 * Чор , (23)


Чдр = 0,2 * 5 = 1
Чисельність керівників та спеціалістів приймаємо в розмірі 10% від загальної кількості основних та допоміжних робітників:
Чкер = 0,1 * (Чор + Чдр ), (24)
Чкер = 0,1 * (5 + 1) = 0,6
Приймаємо одного виробничого майстра, який буде довантажений роботою на інших дільницях.

Результати усіх попередніх розрахунків наведено у таблиці А4 додаток А.

3.3 Розрахунок фонду оплати праці
До складу фонду оплати праці включається основна та додаткова заробітна плата.

Основна заробітна плата розраховується за виконаний обсяг робіт або за від-працьований час на основі діючих норм і розцінків, тарифних ставок і посадових окладів.

Додаткова зарплата включає доплати, надбавки, гарантійні та компенсаційні виплати, передбачені діючим законодавством, премії за виконання виробничих завдань і функцій та інші заохочувальні та компенсаційні виплати.

Фонд зарплати визначається по кожній категорії промислово-виробничого персоналу.

Форма оплати праці основних робітників – відрядно-преміальна. Згідно з завданням обсяг роботи складається з основного виробу та довантаження. Тому розрахунок фонду зарплати слід виконати таким чином: по основній деталі та по довантаженню.

Розцінок на операцію розраховується за формулою:


Р = Сг * Т, (25)
де Сг – годинна тарифна ставка відповідного розряду, грн.
Р = 2,54 * 0,45 = 1,14
Прямий фонд зарплати по операції:
Фпр = Р * Nзап / 100, (26)
де Р – розцінок на операцію, грн. / 1 шт;

Nзап - програма запуску виробів, шт.


Фпр = (1,14 * 3261) / 100 = 37,2

Всього прямий фонд зарплати основних робочих дільниці


Фпр.вс = Фпр1 + Фпр2 + … + Фпр.n ,
де Фпр – прямий фонд по данній операціі
Фпр.вс = 37,2 + 80,1 + 21 + 43,3 + 21 = 202,2 (27)


: data -> file doc
data -> Характеристика твердого стану речовини
data -> Мова в житті людини
data -> Теорії походження біосфери та
data -> "Вклади культури І мистецтва XX століття у світову цивілізацію"
data -> Реферат на тему: Господарство країн
data -> Концепція необоротності й термодинаміка
data -> Масаж при травмах І захворювання нервової системи
data -> Вроджені ортопедичні деформації опорно-рухового апарату
file doc -> Охорона здоров’я Німеччини
file doc -> Молодіжна політика в Польщі


Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6


База даних захищена авторським правом ©referatu.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка