Корпусная микросборка с жесткими выводами

= =28000 ч.                                (3.2.2)

Стандартный пересчет часов  в годы дает результат T₀ = 32 года.

6. Определяем вероятность безотказной работы в процессе эксплуатации.

Результаты расчетов по формуле P(t)=exp(-t/T₀) представлены на рисунке:

Рис. 3.1. Вероятность безотказной  работы

Полученные результаты свидетельствуют, что требования технического задания по надежности микросборки выполнены.

 

3.3. Тепловой режим работы

Тепловой режим микросборки  характеризуется совокупностью  температур отдельных её точек, т.е. температурным полем в ⁰С (рис.3.1.).

Рис. 3.1. Темпера- турное поле

Для описания теплообмена в первом приближении используем соотношение: Q=k.S.(Tr – Toc),                 (3.3.1) где Q – тепловыделения всех резисторов и конденсаторов микросборки, Вт; k – коэффициент теплопередачи от пленочных элементов (резисторов и конденсаторов) в окружающую среду, Вт/(м2.0С); S=0,02х0,0135=0,0003 – пло-

щадь крышки корпуса  микросборки (см. сборочный чертеж), м²; Tос=30 – температура окружающей среды, ⁰С; Tr – температура пленочных элементов, ⁰С;

Тепловыделения резисторов и конденсаторов микросборки по техническому заданию [24,с.7, табл.1] с учетом рассчитанного ранее угла диэлектрических потерь (см. п.1.2.) составят   Q=3^.W+3^.W^.tg =3^.10^.10^-3+3^.10^.10^-3.0,004=0,009 Вт.

Коэффициент теплопередачи

k = = = 1,1 Вт/(м^2.0С),                           (3.3.2)

где =0,003 – толщина слоя воздуха между подложкой и крышкой корпуса микросборки (см. сборочный чертеж), м; =0,028 – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м^.0С); =2 – наиболее вероятное значение коэффициента теплоотдачи от крышки корпуса в окружающую среду в условиях свободной конвекции, Вт/(м^2.0С).

Уравнения (3.5.1) и (3.5.2) позволяют  рассчитать рабочую температуру пленочных элементов, главным образом резисторов, т.к. тепловыделения конденсаторов относительно невелики:

Tr = Toc + Q/(k^.S) = 30 + 0,009/(1,1^.0,0003) = 57 ⁰С.                 (3.3.3)

Полученное значение Tr лежит в области допустимых значений температур, поэтому при конструировании микросборки не предусматриваем специальных мер ее охлаждения (оребрения теплоотводящих поверхностей, принудительной вентиляции и т.п.).

 

4. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ  ПРОИЗВОДСТВА МИКРОСБОРКИ

4.1. Термическое испарение

Нанесение тонких слоев (пленок) металлов или их сплавов на поверхность изделий или полуфабрикатов из различных металлических или неметаллических материалов называют металлизацией [21, с.296]. Цель металлизации – изменение физических и механических свойств поверхностей изделий: их электропроводности, износостойкости, коррозионной стойкости, теплопроводности и т.д. Техническим заданием [24, с.7, табл.1, вариант 99] для изготовления элементов микросборки предусмотрено термическое испарение.

Для нанесения тонких пленок на подложку применяем типовой технологический процесс – метод вакуумного напыления, составной частью которого является термическое испарение материалов пленок.

Металлизация, т.е нанесение  на ситалловую подложку резистивных  пленок и обкладок конденсаторов  посредством термического испарения и конденсации в вакууме осуществляется в вакуумных напылительных установках при давлении 2^.10^-3 – 2^.10^-5 Па.

 

 

4.2. Вакуумная напылительная техника

Вакуумные напылительные  установки – это установки  и оборудование для управляемого нанесения пленочных покрытий в вакууме методом направленного осаждения частиц из потока испаряемого или распыляемого вещества. В соответствии с заданием проектируем использование вакуумной напылительной техники для формирования тонкопленочных элементов микросборки: токопроводящих слоев резисторов, металлизированных слоев – обкладок конденсаторов, а также коммутационных проводников и контактных площадок.

В технологии микроэлектроники для создания тонкопленочных элементов  применяются вакуумные напылительные установки, в состав которых входят рабочие и шлюзовые камеры с транспортными механизмами, подложкодержателями, испарителями и распылительными устройствами, нагревателями, очистителями поверхности подложек, датчиками параметров пленок. На свойства пленок в процессе их формирования значительное влияние оказывают частицы вещества, содержащиеся в атмосфере рабочей камеры вакуумной1 напылительной установки и оседающие на подложку вместе с частицами материала пленки. Чтобы уменьшить вредное влияние остаточной атмосферы на качество пленок, воздух из камеры откачивают до давления 2^.10^-3 – 2^.10^-7 Па с помощью вакуумной системы, включающей вакуумные насосы, ловушки, коммутационную аппаратуру, датчики контроля вакуума. В состав вакуумной напылительной установки входят также системы электропитания, контроля и управления, а также вспомогательные устройства.

По методу нанесения  пленки различают установки термического испарения, ионного распыления, комбинированного типа, в которых системы термического испарения и ионного распыления совмещаются в едином конструктивном исполнении.

В установках термического испарения используется либо тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через нагреватель, либо кинетическая энергия электронного пучка.

На рис.4.1. показана схема принятой в данном проекте установки периодического действия камерного типа с двумя электронно-лучевыми испарителями.

Рис. 4.1. Схема вакуумной  напылительной установки периодического действия:

1 – паромасляный насос; 2 – форвакуумная азотная ловушка; 3 – форвакуумный насос; 4 – каркас; 5 – высоковакуумная азотная ловушка; 6 – затвор; 7 – блок пылезащиты; 8 – рабочая камера; 9 – подложкодержатель; 10 – заслонка; 11 – электронно-лучевой испаритель.

По режиму работы различают  вакуумные напылительные установки периодического, полунепрерывного и непрерывного действия. Наибольшее распространение получили установки периодического действия, у которых рабочая камера открывается после каждого цикла напыления; они просты по исполнению, допускают быструю смену технологических процессов, удобны в обслуживании, имеют сравнительно невысокую стоимость при хорошем качестве изготовляемых пленок. Высокая производительность установок периодического действия обеспечивается одновременной обработкой большого числа подложек. Установки периодического действия бывают колпаковые и камерные. Колпаковые имеют стеклянный или металлический колпак, накрывающий рабочую зону во время нанесения пленок. В камерных установках рабочая камера заключена в цилиндрическую или коробчатую конструкцию с подвижными фланцами или дверцами. Как правило, колпаковые установки имеют объем рабочей камеры до 150 литров, у камерных установок – свыше 150 литров. Основной недостаток установок периодического действия - непроизводительная потеря времени на откачку воздуха из рабочей камеры перед каждым циклом.

 

4.3. Испаритель

Испаритель – теплообменное  устройство для получения газообразной или паровой фазы вещества, находящегося в жидком или твердом состоянии. В электронном приборостроении  применяется в технологии интегральных схем для создания тонких пленок и т.д.

Различают испарители резистивные (контактные и радиационного нагрева), индукционные, электронные, дуговые, лазерные.

В проектируемой вакуумной  напылительной установке периодического действия применены электронно-лучевые испарители.

Рис.4.2. Электронно-лучевой  испаритель:

1 – тигель с водяным  охлаждением; 2 – испаряемое вещество; 3 – зона испарения; 4 – электронный луч; 5 – электронный прожектор.

В электронно-лучевом  испарителе благодаря фокусировке электронов в узкий пучок – электронный луч – можно получить высокую концентрацию энергии (до 5^.10⁸ Вт/см²) на незначительном участке поверхности испаряемого вещества, в результате чего возникает локальная зона испарения, в то время как большая часть испаряемого вещества остается в твердом состоянии. Таким образом удается исключить соприкосновение расплавленного испаряемого вещества со стенками тигля, приводящее к загрязнению продуктов испарения.

 

 

4.4. Изготовление пленочных элементов

Типовой ТП — характеризуется единством содержания и последова-тельности большинства технологических операций и переходов для групп изделий с общими конструктивными признаками.

Изготовление основной сборочной единицы микросборки  – ситалловой платы методом термического испарения выполняется в следующей последовательности:

Установка ситалловой подложки в подложкодержатель

Помещение резистивного материала (NiCr) в тугоплавкий тигель

Размещение  между тигелем и подложкой  экрана-маски

Герметизация  и вакуумирование установки до остаточного  давления 10-3 Па

Прогрев подложки, с целью очистки ее поверхности  от посторонних примесей

Нагрев тигеля до температуры испарения резистивного материала

Переустановка подложки в установку для напыления  нижних обкладок конденсаторов

Установка ситалловой подложки в подложкодержатель

Помещение материала  обкладок конденсаторов (Al) в тугоплавкий тигель

Размещение  между тигелем и подложкой  экрана-маски для нижних обкладок

Герметизация  и вакуумирование установки до остаточного  давления 10-3 Па

Прогрев подложки, с целью очистки ее поверхности от посторонних примесей

Нагрев тигеля до температуры испарения алюминия

Переустановка ситалловой подложки в установку  для напыления контактных площадок

Установка ситалловой подложки в подложкодержатель

Помещение материала  контактных площадок (Cu) в тугоплавкий тигель

Размещение  между тигелем и подложкой  экрана-маски для контактных площадок

Герметизация  и вакуумирование установки до остаточного  давления 10-3 Па

Прогрев подложки, с целью очистки ее поверхности  от посторонних примесей

Нагрев тигеля до температуры испарения меди

Переустановка ситалловой подложки в установку  для напыления пленочных проводников

Установка ситалловой подложки в подложкодержатель

Помещение материала  пленочных проводников (Cu) в тугоплавкий тигель

Размещение  между тигелем и подложкой  экрана-маски для пленочных проводников