Физико-химические основы производства радиоэлектронной аппаратуры

Скачать DjVu (2,57 МБ)

Описание

Вопросы технологии основного производства радиоэлектронной аппаратуры рассмотрены в книге с позиций физико-химической природы технологического воздействия на исходные материалы и заготовки. Применена новая (в отличие от первого издания 1965 г.) систематизация специфических для отрасли физико-химических технологических процессов, объединяющая их в четыре класса: термические и термохимические, химические и электрохимические, вакуумные, печатные и покровные технологические процессы. Каждый класс рассмотрен иа базе обширного фактического материала.

В книге использованы патентные источники, материалы периодических изданий, стандарты.

ВВЕДЕНИЕ

Производство радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в настоящее время представляет собой крупную отрасль промышленности — радиоэлектронное приборостроение. РЭА входит в состав комплексов связи-и управления, навигационных и радиолокационных комплексов всех назначений (наземного, морского, самолетного и космического). Суммарные объемы производства значительны, они вносят существенный вклад в промышленный потенциал страны.

Конструкция РЭА как объект производства характеризуется многопредметностью, иерархическим членением на составные части, входящие одна в другую от низшего уровня к высшему. Каждая часть рассматривается как отдельный объект собственного-производства. Провода и кабели, элементная база, материалы (включая химикаты) и полуфабрикаты представляют собой покупную продукцию — поставки смежных отраслей.

Элементной базой называют стандартные комплектующие изделия общего применения, входящие в электрическую схему РЭА, изготовляемые на специализированных предприятиях и централизованно поставляемые на сборку и для ремонта. К ней относят электрорадиоэлементы (ЭРЭ), вакуумные и полупроводниковые приборы, микросхемы (МС), электромеханические устройства (реле, двигатели и др.), элементы коммутации (разъемы, переключатели, выключатели и др.), электроизмерительные приборы.

Перед радиоэлектронным приборостроением стоят две проблемы, вытекающие из Директив XXV съезда КПСС — снижение трудоемкости производства и повышение качества продукции. Проблема снижения трудоемкости производства возникла как следствие непрерывного расширения применяемости и усложнения РЭА. Предусмотрен и в будущем значительный рост объемов производства данного вида промышленной продукции. Как и в других отраслях, этот рост усложнен социологически — его необходимо обеспечить при практически неизменной численности занятых в отрасли рабочих, т. е. только за счет интенсификации производства, повышения его технического уровня, роста производительности труда. Интенсификация производства в радиоэлектронном приборостроении затруднена его мелкосерийностью и многономенклатурностью. Составные части РЭА различной функциональной сложности заказывают в производстве, как правило, малыми партиями при большом номенклатурном разнообразии. Почти всегда на заводе идет серийный выпуск одновременно нескольких изделий разных лет разработки и находятся в освоении новые изделия. Это налагает ограничения на выбор технологических методов, которые должны быть достаточно универсальны и мало чувствительны к относительно частой перестройке оборудования. Поэтому избегают включать в технологический цикл дорогое и сложное узкоспециализированное оборудование, загруженность которого будет незначительной, а переналадка и настройка трудоемкими.

В таких условиях существенно повысить технический уровень производства можно только при комплексном технолого-конструкторском подходе, обеспечивая применение прогрессивных интегрально-групповых технологических методов, основанных на использовании высокопроизводительного технологического оснащения.

Групповым называют метод промышленного изготовления, основанный на совместной технологической обработке разнородных деталей, объединяемых в группы на время обработки, интегральным — метод, при котором одновременно протекают процессы создания и соединения элементов электрической схемы друг с другом (процессы интегрированы).

Наиболее полно этим методам изготовления соответствуют печатные конструкции входящих в РЭА составных частей функционального назначения. Помимо конструктивных преимуществ по массе и габаритам, печатные конструкции позволяют существенно сократить объемы трудоемких видов производств. При отказе на этапе разработки сверхвысокочастотных (СВЧ) цепей, узлов и антенных решеток от металлических полых резонаторов и волноводов с переходом на печатные микрополосковые конструкции исключаются трудоемкие технологические процесы, основанные на использовании точного механообрабатывающего оборудования.

При замене линий задержки и фильтров, выполняемых на катушках индуктивности и конденсаторах или на массивных звуко-проводах, на пленочные микроузлы, построенные на использовании поверхностных акустических волн, происходит разгрузка намоточного, сборочного и механообрабатывающего участков. Печатные микроузлы со сложной электрической схемой принимают на себя основной массив элементной базы, включая бескорпусные микросхемы, поэтому в конструкции 1-го структурного уровня возможно сокращение числа слоев печатных плат (ПП) и переход от многослойных печатных плат к двухслойным. В результате повышается выход годных печатных плат, разгружаются химический и гальванический участки.

Повышение качества продукции является второй проблемой радиоэлектронного приборостроения. Дефект представляет собой любое отклонение от требований технических условий. Явные дефекты, возникающие на этапах производства, определяют выход годных изделий. Скрытые дефекты, проявляющиеся со временем, определяют качество изделий, включая надежность по трем составляющим (безотказность, долговечность, сохраняемость).

У потребителя и технолога РЭА разный подход к проблеме качества и надежности. Потребителя мало интересует физико-химическая природа дефектов и отказов, ему важно знать с максимальной достоверностью вероятность безотказности его РЭА. Технологу необходимо проследить причинный механизм развития отказа, для него важна физико-химическая природа дефектов. Отказ для технолога есть кинетическое явление, представляющее собой изменение физико-химического состояния системы вследствие химических реакций и фазовых превращений в объеме или на поверхности изделия, причем такое, которое вызывает уход параметров за допустимые пределы. Все технологически получаемые сочетания веществ и тел в принципе являются термодинамически неравновесными системами. Задача технолога при разработке технологического процесса сводится к организации микромасштабных образований в виде максимально устойчивых сочетаний материалов с минимальным присутствием временно введенных им (только на время технологических превращений) веществ.

Технологическое обеспечение высокого качества РЭА предусматривает высокую культуру производства, т. е. хорошо обученный и дисциплинированный персонал, состояние технологического оснащения на требуемом техническом уровне в пределах допустимого износа, точное соблюдение режимов при малой погрешности измерений их параметров, однородность поступающих материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий по установленным показателям, рациональная организация контроля на всех этапах производства, соблюдение гигиены производства. За эти вопросы отвечает технолог.

Промышленная продукция является результатом общественного совокупного труда, но дефекты в ней связаны с трудом отдельных исполнителей. Каждый конкретный дефект имеет конкретного автора, свою причину. Причинами могут быть прямые нарушения технологических режимов по вине исполнителей, внесение загрязнений из-за низкой культуры производства на данном участке, применение материалов иных марок, что предусмотрено документацией, использование недопустимых режимов работы технологического оборудования, изношенной оснастки, небрежность и т. д. Достаточно, например, промыть печатные платы после декапирования фольги в горячей воде вместо предусмотренной по технологии холодной, как резко возрастает процент брака на следующей операции металлизации. Технолог должен уметь выявить причинные связи дефектов с вызвавшими их факторами.

Решение перечисленных проблем и вопросов требует широкого круга специальных знаний, в котором важное место занимают физико-химические основы производства РЭА. Для целенаправленного рассмотрения физико-химических технологических процессов необходима систематизация, которая должна проводиться по преобладающему физико-химическому признаку, характеризующему природу процесса и принцип действия технологического оборудования. Тогда все многообразие технологических процессов, специфичных для радиоэлектронного приборостроения, объединяется в четыре класса (табл. 1):

1) термические и термохимические;

2) химические и электрохимические;

3) вакуумные;

4) покровные и печатные.

Термическими и термохимическими называют процессы, стимулированные нагревом (выше 100° С), протекающие при плавлении или при диффузии в твердой фазе и сопровождающиеся химическими реакциями: процессы пайки и сварки, лазерную обработку, вжигание композитной стеклоэмали с заданными электрофизическими свойствами, металлизацию спеканием, термохимическое осаждение пленок.

Химическими в радиоэлектронном приборостроении называют процессы обработки поверхности подложки, обусловленные химическими реакциями, протекающими при комнатной или близкой к ней температуре (до 100° С): химическая металлизация, химическое травление неорганических и органических материалов, химическая очистка поверхности.

Электрохимическими называют процессы обработки поверхности металлов под действием электролиза: гальваническое осаждение, анодирование, электрохимическое травление.

К вакуумным относят процессы обработки поверхности подложки в условиях вакуума: осаждение и оксидирование в газоразрядной плазме, осаждение пленок при вакуумном испарении.

Покровными называют процессы сплошного нанесения составов (жидких, пасто- или порошкообразных), твердеющих или оплавляемых после нанесения, в макро- и микрополости обрабатываемого изделия и на его поверхность с целью защиты от влаги и механических воздействий, повышения электрической изоляции, экранирования, придания товарного вида. К ним относят гидрофобизи-рующую лакировку, пропитку, заливку, обволакивание и др.

Печатными называют процессы, основанные на нанесении на подложку рисунка из органической или органосиликатной пленки с заданной точностью и разрешающей способностью: трафаретная печать, накатка и обработка сухой фотополимерной пленки, нанесение и обработка фоторезистного лака, включая фототехническую обработку.