КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ МОДУЛЯ
Радиоэлектроника является областью науки и техники, решающей задачи передачи информации посредством электромагнитных волн и ее хранения, преобразования и распределения. Электроника – наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов. В результате дифференциации электроники выделился ряд ее направлений, важнейшими из которых являются полупроводниковая электроника и микроэлектроника.
Применение транзисторов и позволило в значительной мере изменить габариты радиоэлектронной аппаратуры. Одновременно снизилось потребление мощности радиоэлектронными устройствами. Качественным скачком в развитии радиоэлектроники явилось появление миниатюрных узлов электронной аппаратуры, получивших название интегральных микросхем. В настоящее время они являются основной элементной базой радиоэлектронной аппаратуры. Радиоэлектронная промышленность выпускает различные интегральные микросхемы.
В процессе самостоятельного изучения студентами экономических специальностей темы необходимо рассмотреть сущность и назначение электроники и микроэлектроники в промышленном производстве, современные технологии изготовления интегральных микросхем и печатных плат, технико-экономические преимущества и недостатки печатного монтажа в сравнении с обычным монтажом.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
1.Технология изготовления интегральных микросхем.
2.Технология изготовления печатных плат.
1. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Под интегральной схемой понимается устройство, имеющее высокую плотность компоновки электрической схемы, в котором все или часть элементов сформированы и электрически соединены между собой на одном полупроводниковом кристалле или диэлектрической подложке.
Интегральная схема представляет собой многокомпонентное тело из слоевых композиций на поверхности или в приповерхностном слое твердого тела (полупроводника). Вопросы разработки и производства интегральной схемы рассматриваются в новой отрасли науки и техники – микроэлектронике, изучающей технологические, физические, конструктивные особенности электро- и радиоэлементов с размерами не более 1 мкм.
В зависимости от способа создания композиций микросхемы делятся на два класса – гибридные интегральные схемы и полупроводниковые интегральные схемы.
Гибридная интегральная схема – микроминиатюрное электронное устройство, элементы которого нераздельно связаны конструктивно, технологически и электрически на поверхности диэлектрической (стеклянной, керамической) подложки. В технологии гибридных интегральных схем пассивные элементы (конденсаторы, проводники, изоляционные слои) изготовляют в одном технологическом цикле в виде металлических и диэлектрических пленок на поверхности подложки. Активные компоненты (диоды, транзисторы) монтируются на поверхности и соединяются с другими элементами. В зависимости от технологического процесса формирования пассивных элементов гибридные схемы подразделяются на тонкопленочные и толстопленочные.
Тонкопленочная технология – последовательное нанесение на общее основание таких (менее 1-2 мкм) пленочных проводников, контактов, резисторов с формирование их соединений.
Толстостенная технология – последовательное нанесение через сетчатые трансформаторы и вжигание в керамические подложки паст резистивного, поводящего и диэлектрического назначения. Поводящие и резистивные пасты представляют собой смесь мелкодисперсного металлического порошка и органических жидкостей, обеспечивающих вязкость смеси, металл обеспечивает образование поводящих (серебро, золото, платина) или резистивных дорожек.
Полупроводниковые интегральные схемы получают путем целенаправленного локального изменения свойств материала полупроводниковой подложки, легированной примесью. Добавлением примесей в строго определенных местах и количествах можно изменять проводящие характеристики в материале подложки из полупроводников кремния и германия от проводника до изолятора.
Технологию полупроводниковых интегральных схем применяют для изготовления изделий массового производства – схем ЭВМ, микропроцессоров, счетных машин, электронных часов.
Получение элементов с малыми геометрическими размерами и высокой точностью связано с применением процессов фотолитографии.
Фотолитография – это совокупность фотохимических процессов, основанных на использовании светочувствительных полимеров, изменяющих свои первоначальные свойства под действием излучения (ультрафиолетового, рентгеновского). Ее цель – создать в слое фоторезиста формы для доступа травителя к расположенной под этим слоем полупроводниковой или диэлектрической подложке. В зависимости от характера изменения свойств при облучении фоторезисты делятся на позитивные и негативные.
Позитивные фоторезисты - полимеры, которые в обычном состоянии стойки к действию растворителей, а под действием излучения разрушаются и легко смываются растворителями.
Негативные фоторезисты в обычном состоянии легко растворяются, но под действием излучения становятся нерастворимыми стойкими к действию травителей.
В процессах фотолитографии используют фотошаблон – трафарет, через который производят облучение фоторезиста. Фотошаблоны, выполненные на фотопластинках, называют жесткими, а на фотопленках – гибкими.
В микроэлектронике широко используются тонкие пленки металлов, полупроводников и диэлектриков. Тонкие пленки можно получать химическим и гальваническим способами, разбрызгиванием расплавленного металла, вакуумным способом. В микроэлектронике используется в основном напыление в вакууме и термическое осождение из газовой среды. Напыление в вакууме основано на нагреве в вакууме исходного материала или композиции материалов до температуры, при которой средняя кинетическая энергия атомов и молекул вещества становится достаточной для их отрыва от поверхности и распространения в окружающем пространстве.
Методы испарения различных материалов в вакууме различаются по способам нагрева испаряемого материала. Наиболее простым является термическое испарение, когда испаряемый материал помещается на ленту из вольфрама, молибдена или другого тугоплавкого материала и через нее пропускают электрический ток силой в сотни ампер. В результате лента разогревается, материал испаряется.
Осаждение из газовой фазы происходит в результате химических реакций, происходящих в газовой фазе вблизи поверхностного слоя подложки. Процесс осуществляется в замкнутой системе с помощью паров йода:
— полимеризация пленки из паров мономера под действием ультрафиолетового излучения;
— использование осаждаемых металлов заключается в пропускании под нагретой подложкой водорода, водяного пара или полупроводника.
2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Миниатюризация электронной аппаратуры, повышение ее надежности, необходимость автоматизации производства привели к широкомасштабному производству печатных плат.
Электрические проводники печатной платы представляют собой металлические полоски, прочно прикрепленные к поверхности гибкого или жесткого изоляционного основания, которые служат для электрического соединения деталей и сборочных единиц, размещенных на изоляционной плате.
Печатный монтаж в сравнении с обычным монтажом имеет следующие преимущества:
- объединение электро - радиоэлементов и электромонтажа в единую конструктивную единицу;
- возможность автоматизировать процессы монтажа элементов печатных плат;
- сокращение времени изготовления и экономия материала;
- повышение надежности и стабильности сборочных единиц.
Недостатки печатных плат:
- трудность внесения изменений;
- трудоемкость изготовления макетов;
- ограниченная ремонтопригодность.
Экономика производства изделий электронной техники требует разделения блоков на небольшие отдельно изготовляемые сборочные единицы. Наиболее распространенной конструкцией сборочных единиц является сменная ячейка – типовой элемент замены.
Несмотря на многообразие технологических процессов в изготовлении печатных плат их можно разделить на две группы: субстрактивные и аддитивные.
К субстрактивным относятся все технологические процессы, с помощью которых структура электромонтажа изготавливается на предварительно металлизированных диэлектрических основаниях путем стравливания ненужных участков металлического перекрытия.
Аддитивные и полуаддитивные процессы базируются на наращивании на определенных участках диэлектрического основания металлического покрытия.
Для печатных плат, изготовляемых субстрактивными методами используют различные диэлектрики с наклеенной медной фольгой. Фольгированные диэлектрики должны удовлетворять всем требованиям эксплуатации электронной аппаратуры:
- длительную эксплуатацию;
- клеевой слой не должен нарушаться при трехкратном воздействии расплавленного припоя;
- химическая устойчивость в процессе создания печатных плат и их эксплуатации;
- высокая механическая устойчивость при незначительной толщине;
- минимальная диэлектрическая проницаемость.
В зависимости от типа применяемого наполнителя материалы для производства печатных плат подразделяются на три группы: фольгированные гетинаксы, фольгированные стеклопластики, фольгированные диэлектрики на основе синтетических тканей.
Фольгированные гетинаксы используются при изготовлении бытовой аппаратуры при работе в режиме -60º+100ºС. Он не предназначен для эксплуатации в условиях повышенной влажности, т.к. обладает значительным влагапоглощением,
Фольгированные стеклопластики имеют по сравнению с гетинаксом более высокие эксплуатационные характеристики, однако, значительно дороже его.
Тонкие фольгированные диэлектрики используются для гибких и многослойных плат.
Наиболее прогрессивными методами изготовления печатных плат являются: комбинированный негативный для простых плат; комбинированный позитивный с предварительным сверление отверстий и полуаддитивный.
В производстве электронной аппаратуры увеличивается применение многослойных печатных плат. Они представляют собой склеенный пакет из односторонних или двусторонних печатных плат, разделенных между собой изоляционной прокладкой из стеклоткани. Применение многослойных печатных плат позволяет увеличить плотность монтажа оборудования. Недостаток – малая ремонтопригодность.
СПИСОК ОСНОВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технология важнейших отраслей промышленности. Под ред. А.М. Гинберга и Б.А. Хохлова. Учебник. М.: Высшая школа, 1985.
2. Колядов А.А. Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров
и микросборок. Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1989.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Аваев Н.И. Основы микроэлектроники. Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1991.
2. Ворсин Н.Н. Основы радиоэлектроники. Учебное пособие для вузов. Мн.: Высшая школа, 1992.
ТЕСТЫ
1.Интегральная схема представляет собой:
1) диэлектрическое устройство радио-теле аппаратуры;
2) прибор с последовательных соединением активных компонентов на подложке;
3) многокомпонентное тело из слоевых композиций на поверхностном или в приповерхностном слое твердого тела
(полупроводника)
2. Тонкопленочная технология это:
1) технология создания гибридной интегральной схемы, элементы которой связаны на поверхности диэлектрической подложки;
2) последовательное нанесение на общее основание тонких (менее 1-ч мкм) пленочных проводников, контактов, резисторов с формированием их соединений;
3) размещение на подложке пассивных элементов (конденсаторов, проводников, изоляционных слоев) в одном технологическом цикле.
3.Толстопленочная технология это:
1) последовательное нанесение через сетчатые трафареты и вжигание в керамические подложки паст резистивного, проводящего и диэлектрического назначения;
2) последовательное нанесение металлического порошка и органических жидкостей на диэлектрические подложки;
3) получение путем целенаправленного локального изменения свойств полупроводниковых материалов толстопленочных интегральных схем.
4. Печатная плата представляет собой:
1) тонкие пленки металлов, полупроводников и диэлектриков;
2) напыление в вакууме и термическое осаждение из газовой среды;
3) металлические полоски, прочно прикрепленные к поверхности гибкого или жесткого изоляционного основания.
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
1. Цель и назначение технологии полупроводниковых интегральных схем.
2. Назначение фотолитографии и ее виды.
3. Способы получения тонких пленок напылением в вакууме и термическим осаждением из газовой среды.
4. Преимущества печатного монтажа перед обычным монтажом.
5. Технология изготовления печатных плат субстрактивным и аддитивным методами.
6. Группы материалов для производства печатных плат.