книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

6. Основы проектирования ТП в производстве ЗА

Рис. 6.15. Припуск на обработку детапи Д

бы удалить дефектный слой # , но после предварительной обработки появ­ ляется новый дефектный слой, только меньшего размера. Если этот дефект­ ный слой нас устраивает, на этом обработка заканчивается, если нет, — сле­ дует применять более точные методы обработки и технологические режи­ мы, обеспечивающие необходимое качество поверхности и получаемого размера. Общий припуск Д равен сумме промежуточных припусков.

Определение качества поверхностного слоя основывается на измере­ нии микротвердости и толщины наклепанного слоя. Микротвердость опре­ деляют по Бринеллю путем вдавливания шарика в поверхностный слой или по Викерсу путем вдавливания алмазной пирамиды. Глубина наклепанного слоя определяется по шлифу, косому срезу поверхностного слоя.

6.6. П р ои звод и тел ьн ость труд а и н орм а ш тучн ого врем ен и

Производительность труда Q, шт./ч — количество продукции, вы­ пущенной в единицу времени Т (за 1 ч, за одну смену и т. п.):

Если, например, одна ПЭВМ выпускается за 30 мин, то за 1 ч будет

выпущено (2 = “ j шт./ч.

Единицу времени Т в ТП относят к одной операции. Это время трудо­ емкости выполнения операции и называется нормой штучного времени Тип. Технически обоснованная норма штучного времени определяется по фор­ муле

71 = / „+ * . +/ ,орг ^тех ^пер >

212

6.6. Производительность труда и норма штучного времени

где ta — время основное, время, затрачиваемое непосредственно на формо­ образование детали (деформирование, удаление стружки, нанесение мате­ риала, сборку, монтаж); /в — время вспомогательное, время, затрачиваемое на установку, закрепление и раскрепление заготовки и деталей при обработ­ ке и сборке, время на подвод и отвод инструмента (инструментов) и т. п.; /орг — время организационного обслуживания рабочего места; затрачивае­

мое на снабжение рабочего места заготовками, комплектующими, инстру­ ментом; на удаление готовой продукции и т. п.; tnx — время технического обслуживания рабочего места; затрачиваемое на подготовку рабочего места к работе: включение аппаратуры, прогрев, установление «О» на приборах; выключение оборудования и его уборку и т. п.; / — время перерывов в

работе, применительно к поточно-конвейерному производству.

Время, затрачиваемое на выполнение операции, называется операци­ онным временем

- К + *в Время на обслуживание рабочего места

Более точные значения составляющих Тт приводятся в справочной

литературе по нормированию работ в приборостроении.

Расчёт основного времени поясним на примере определения t0 при

213

6. Основы проектирования ТП в производстве ЭА

скорости резания V = 50 м/мин составит

Если рассматривается операция пайки, то следует по справочнику оп­ ределить, какое время задается для принятого припоя на пайку. Например, для припоя ПОС-61, при пайке выводов 0 0 ,5 ...0,8 мм, время пайки состав­ ляет 5... 10 с. Принимаем на прогрев соединения 3 с и на оплавление 5 с, время пайки составит 8 с. В расчетах (0 = 8 с.

При штамповке, формовке и других операциях, где в прессе рабочий ползун совершает возвратно-поступательное движение, расчет to проводит­

ся, исходя из выбранных двойных ходов в минуту.

Например, при пробивке базовых отверстий на печатной плате по ха­

рактеристикам пресса выбираем п = 100 дв.х/мин, тогда с.

Для серийного производства характерной является переналадка обо­ рудования и смена оснастки на изготовление новой партии изделий. Время, затрачиваемое на эти цели, называется подготовительно-заключительным и обозначается Тпэ. При этом штучное калькуляционное время определится как

Тшт к = Тшт +

N

где ТШ1С — время штучное калькуляционное; N — количество изделий в партии.

Для автоматического оборудования время одной операции определя­ ется по формуле

где Ти — время цикла автомата на одну операцию; /рх — время на выпол­ нение рабочих ходов, аналог t0, tyy — время на выполнение холостых хо­ дов, аналог tb.

Производительность автомата составит

Обычно производительность автоматов и другого оборудования вы­ бирают из технических характеристик, указываемых в справочниках или

214

6.6. Производительность труда и норма штучного времени

Гшгг.к —tо +1в +1орг +1тех

Если бы TmK=t0, это было бы идеальное производство. В нем нет не­

производительных затрат.

Для уменьшения t0 применяют параллельную обработку. Например, многошпиндельное сверление печатных плат, одновременное сверление не одной, а нескольких плат в пакете (рис. 6.17).

При пайке погружением печатных плат сразу все соединения подвер­ гаются пайке.

Для уменьшения tB используют быстрозажимные устройства, много­ местную обработку, когда в одном приспособлении закрепляются несколько заготовок, применяют механизированные приводы вместо ручных и др.

Чтобы уменьшить , следует использовать программируемые ком­

плектовщики, обеспечивающие быстрое снабжение рабочих мест комплек­ тующими изделиями, инструментом, заготовками.

Для уменьшения /тех оборудование должно быть надежным, обеспе­ чивающим устойчивое сохранение установленных технологических режи­ мов работы.

Время перерывов /пер устанавливается согласно санитарным нормам и

его произвольно не уменьшают.

Для уменьшения Гпз используют станки с программным управлением, для которых достаточно поменять программы, чтобы начать производство следующей партии изделий.

Особенно перспективными являются гибкие производственные ком­ плексы, состоящие из гибких производственных модулей, управление кото­ рыми проводится от централизованной АСУ ТП.

215

6. Основы проектирования ТП в производстве ЭА

Когда существующий ТП уже не дает роста производительности труда, следует его изменять. В противном случае производство станет не конкуренто­ способным, морально устаревшим. Как пример можно привести обработку от­ верстий в трудно обрабатываемых материалах. Обычными методами, со сняти­ ем стружки, это происходило за часы, обработка лазером занимает минуты. Контроль характеристик печатных узлов ручным способом (прозвонкой) зани­ мает много времени, в то же время использование тестового контроля аппара­ туры снижает время контрольных операций во много раз.

Можно резко повысить производительность производства и снизить трудоемкость выполнения операций, однако это может вызвать увеличение стоимости готовой продукции. Поэтому основным критерием является себе­ стоимость выполнения технологической операции.

6.7. Технологическая себестоимость

Технологическая себестоимость (затраты на изготовление продукции) рассчитывается по выражению

где А — текущие (переменные) затраты, руб; В — единовременные (посто­ янные) затраты, руб; N — программа выпуска изделий, шт.

где Сн — затраты на материал; С, — затраты на зарплату основных рабо­ чих; Сяр — накладные расходы на электроэнергию, воду, ремонт и т. п.;

CM= m q - m0q0,

где т — норма расхода материала на изделие (кг, м, дм2); q — стоимость единицы материала; т0 — утилизованный остаток материала, руб; q0 —

стоимость единицы утилизованного остатка материала;

где Т ш — норма штучного времени на операцию, мин; /, — тарифная ставка рабочего в единицу времени; Снр — накладные расходы — ориенти­ ровочно берется от зарплаты основных рабочих и составляет 70.. .300 %;

216

6.8. Выбор наиболее экономичного варианта ТП по себестоимости

где СИ— зарплата наладчиков оборудования, руб; С0 — стоимость запус­

каемого оборудования (оснастки) для производства новой серии (партии) изделий, руб;

где Тя — время наладки оборудования, мин; /н — тарифная ставка наладчи­

ка в единицу времени.

6.8. Выбор наиболее экономичного варианта ТП по себестоимости

Разработка ТП — задача многовариантная. Например, операция пайки может выполняться паяльником, окунанием в расплавленный припой, пай­ кой волной, а может быть заменена на механическое соединение накруткой. Основным критерием выбора варианта являются затраты, т. е. себестои­ мость данного ТП.

На рис. 6.18 приведены кривые себестоимости в зависимости от про­ граммы (объема) выпуска изделий двух вариантов ТП.

Себестоимость первого варианта

Себестоимость второго варианта

Решая это равенство относи­ тельно N, получим

Рис. 6.18. Графики выбора наиболее экономичного ТП по себестоимости

217

6. Основы проектирования ТП в производстве ЭА

Обозначим N как NKp. Тогда при программе N < NKp выгоден 1-й ва­ риант, а при N > NKр — 2-й вариант.

Первый вариант имеет дешевую оснастку (50, но менее производи­ тельную, чем у второго варианта, у которого оснастка дороже (Вг), но и бо­ лее производительная.

При малой программе дорогая оснастка разложится на себестоимость изделия и резко ее повысит, поэтому ее более выгодно использовать при большей программе выпуска. Однако во втором случае возможно придется больше платить рабочему, так как оснастка сложнее и требуется рабочий с более высоким разрядом, но производительность, т. е. трудоемкость, будет меньше, чем в первом случае.

Чтобы снизить технологическую себестоимость, необходимо умень­ шать входящие в нее составляющие: уменьшать отходы за счет правильного раскроя материала, покупать менее дорогие материалы, применять роботыманипуляторы вместо рабочих, применять энергосберегающие ТП и др.

Контрольные вопросы

1. Что называется изделием?

2.Перечислите типы производств, чем они характеризуются?

3.Перечислите основные этапы разработки ТП.

4.Что является исходными данными для разработки ТП?

5.Что такое типовой ТП?

6. Перечислите основные этапы разработки маршрутного и операционного ТП. 7. Напишите условия получения заданной точности.

8. Чем определяется качество поверхностного слоя?

9.Перечислите классы шероховатости.

218

7. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОСХЕМ

7.1. Общие сведения о микросхемах и технологии их изготовления

Тактико-технические, конструктивно-технологические, эксплуатаци­ онные и экономические характеристики ЭА определяют примененные в ней микросхемы (МС), выполняющие функции преобразования, хранения, обра­ ботки, передачи и приема информации.

Микросхемой (интегральной микросхемой — ИМС) называют функционально законченный электронный узел (модуль), элементы и соеди­ нения в котором конструктивно неразделимы и изготовлены одновременно в едином ТП в общем кристалле-основании.

Теория, методы расчета и изготовления микросхем составляют основу микроэлектроники — современной наукоемкой отрасли техники.

По конструктивно-технологическому исполнению МС делятся на по­ лупроводниковые и гибридно-пленочные. Полупроводниковые МС имеют в своей основе монокристалл полупроводникового материала (обычно крем­ ния), в поверхностном слое которого методами литографии и избиратель­ ного легирования создаются транзисторы, диоды, резисторы и (иногда) кон­ денсаторы, а соединения между ними формируются по поверхности кри­ сталла тонкопленочной технологией. Полупроводниковые МС бывают

однокристальные (монолитные) и многокристальные (микросборки). Одно­ кристальная МС может иметь индивидуальный герметизированный корпус с внешними выводами для монтажа на коммутационной (печатной) плате, или быть бескорпусной и входить в состав микросборки.

Многокристальная микросборка представляет собой совокупность бескорпусных МС, смонтированных на общей коммутащонной плате. В качестве компонентов в микросборке могут присутствовать бескорпусные согласующие резисторы и развязывающие конденсаторы. Вследствие высокой насыщенности связей коммутационная плата выполняется многоуровневой и, таким образом,

219

7. Технология изготовления микросхем

Рис. 7.1. Укрупненная схема ТП изготовления полупроводниковых (монолитных) ИМС

является миниатюрным аналогом многослойной ПП. При изготовлении коммутационной платы используют как тонкопленочную, так и толстопле­ ночную технологии

Гибридно-пленочные МС состоят из пленочных пассивных элементов (резисторов и конденсаторов), коммутационных проводников, нанесенных не­ посредственно на подложку из изоляционного материала, и бескорпусных по­ лупроводниковых кристаллов (транзисторов, диодов, диодных матриц, неслож­ ных ИМС), монтируемых на той же подложке. Пассивные элементы и провод­ ники выполняются по тонкопленочной или толстопленочной технологии.

В качестве активных элементов в полупроводниковых микросхемах используются униполярные (полевые) транзисторы со структурой «металл — диэлектрик (оксид) — полупроводник» (МДПили МОП-транзисторы) и биполярные транзисторы. В соответствии с этим все полупроводниковые ИМС делятся на три группы: биполярные, униполярные (МДП или МОП) и

биполярно-полевые.

Число элементов в ИМС характеризует ее степень интеграции. По этому параметру все микросхемы условно делят на малые (МИС — до 102 элементов на кристалл), средние (СИС — до 103), большие (БИС — до 104),

220

7.2. Изготовление монокристалла полупроводникового материала

Рис. 7.2. Укрупненная схема ТП изготовления гибридно-пленочных МС

сверхбольшие (СБИС — до 106), ультрабольшиё (УБИС — до 109) и гигабольшие (ГБИС — более 109элементов на кристалл).

Наиболее высокой степенью интеграции обладают цифровые ИМС с регулярной структурой: схемы динамической и статической памяти, посто­ янные и перепрограммируемые ЗУ. Это связано с тем, что в таких схемах доля участков поверхности ИМС, приходящаяся на межсоединения, суще­ ственно меньше, чем в схемах с нерегулярной структурой.

Укрупненные схемы ТП изготовления полупроводниковых (монолит­ ных) и гибридно-пленочных микросхем приведены соответственно на рис. 7.1 и 7.2. В последующих разделах главы приведено описание характерных особенностей выполнения отдельных технологических операций, опреде­ ляющих основные параметры ИМС.

7.2. Изготовление монокристалла полупроводникового материала

Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий во всем объеме единую кристаллическую решетку и зависимость физических свойств от направления (анизотропия). Электрические, магнитные, оптиче­ ские, акустические, механические и другие свойства монокристалла связаны между собой и обусловлены кристаллической структурой, силами связи ме­ жду атомами и энергетическим спектром электронов.

Монокристаллы для полупроводниковой промышленности (кремний, германий, рубин, гранаты, фосфид и арсенид галлия, ниобат лития и др.) изготавливаются, как правило, методом Чохральского путем вытягивания из

221