Общая характеристика технологического процесса производства полупроводниковых интегральных схем. Особенности технологии. Типы структур. Технологические ограничения к плотности упаковки и степени интеграции микросхем. Требования к кремниевым пластинам. Схема технологического процесса изготовления полупроводниковых микросхем эпитаксиально-планарной структуры со скрытым слоем: формирование диэлектрических покрытий (термическое окисление кремния, осаждение пленок, электрическая изоляция элементов ИС), фотолитография, перспективные методы литографии: рентгено- и электронолитография, диффузия (физические основы процесса, особенности технологии и оборудования), металлизация поверхности кремниевых структур, технология сборки и монтажа ИС, сборка микросхем на ленточных носителях, герметизация микросхем.
Основные технологические методы, применяемые при производстве тонкопленочных и толстопленочных гибридных интегральных схем (ГИС), их классификация.
Технология изготовления тонкопленочных ГИС. Схема технологического процесса их изготовления. Подложки для тонкопленочных ГИС и основные методы их подготовки. Методы нанесения тонких пленок, применяемое оборудование и его характеристика. Методы формирования рисунка пленочных элементов на подложке: совмещенное и раздельное нанесение пленки и формирование рисунка. Применяемое оборудование, сравнительная характеристика различных способов.
Технология изготовления толстопленочных ГИС. Схема технологического процесса их изготовления. Подложки для толстопленочных ГИС и основные методы их подготовки. Методы получения толстых пленок: трафаретная и контактная печать. Материалы для толстопленочных ГИС. Толстопленочные элементы. Технологическое оборудование для изготовления толстопленочных ГИС.
Выбор оптимального варианта технологического процесса изготовления пленочных ГИС.
Отклонение и подгонка параметров пленочных элементов. Отклонения электрофизических свойств пленок, их толщины и габаритных размеров. Систематические групповые, систематические локальные и случайные погрешности.
Способы активного контроля и корректировки технологических процессов изготовления элементов пленочных ГИС.
Технология сборки и монтажа ГИС. Контроль параметров подложек пленочных ИС. Методы обеспечения контактных соединений при монтаже навесных элементов на подложке и сборке в корпус ГИС и БГИС. Методы сварки: термокомпрессионная, контактная точечная, лазерная, электронно-лучевая. Особенности и методы пайки. Получение электрического соединения склеиванием:
проводящим и непроводящим клеем. Герметизация корпусов, контроль герметичности. Методы технологического контроля при сборке и монтаже ГИС и БГИС.
Сравнительная характеристика различных технологических методов изготовления ГИС. Выбор технологического метода изготовления ГИС и БГИС, обеспечивающих заданную точность, на основе технико-экономических критериев.
Проблемы в области обеспечения качества ИС. Физика отказов ИС. Деградационные процессы и механизмы отказов.
Тестовые схемы как инструмент получения информации о качестве конструкции и технологии ИС. Измерение, контроль и испытание ИС. Основные понятия и определения.
Автоматическое оборудование контроля ИС: система функционального контроля и контроля технологических параметров БИС ЗУ и микропроцессоров "ЭЛЕКОН - СФ", установка контроля аналоговых ИС.
9. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ (18 часов) [4], c.54...135; [9], c.3...29, 202...Общие сведения. Терминология. Области применения печатных плат (ПП) в ЭВМ. Требования к печатным платам. Материалы оснований.
Способы получения рисунка и создания проводников печатных плат. Сущность фотографического и сеткографического способов нанесения рисунка.
Технология изготовления фотошаблонов и сетчатых трафаретов. Сущность электрохимического, химического и комбинированных (позитивного и негативного) способов создания проводящих покрытий.
Механическая обработка печатных плат.
Технология многослойных печатных плат (МПП). Терминология. Конструктивно-технологические особенности МПП. Методы изготовления МПП (попарного прессования, металлизации сквозных отверстий, открытых площадок, послойного наращивания, выступающих выводов). Сущность каждого метода, технологические возможности и ограничения, область применения.
Комбинированные печатно-проводные платы. Область применения. Технологические основы стежкового монтажа. Принципы автоматизации процесса.
Гибкие печатные платы (ГПП) и гибкие печатные кабели (ГПК). Назначение. Конструктивно-технологические особенности. Материалы для ГПП и ГПК.
Основные этапы технологического процесса.
Контроль и испытание ПП, МПП, ГПП и ГПК. Диагностика и прогнозирование надежности. Автоматизированное оборудование для контроля. Применение микропроцессорной и вычислительной техники для повышения эффективности процессов контроля ПП.
10. ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОНТАЖА И СОЕДИНЕНИЙ (16 часов) [4], с. 137...145, 150...165, 218...Классификация методов контактирования и сравнительная характеристика электрических соединений. Показатели качества электрических соединений.
Влияние технологических процессов создания электрических соединений на их надежность.
Подготовка электрорадиоэлементов и микросхем к монтажу. Обрезка, формовка и лужение выводов. Применяемое автоматическое и полуавтоматическое оборудование.
Подготовка монтажных проводов. Типы проводов и основные способы их разделки. Оборудование и оснастка для подготовки монтажных проводов. Установка электрорадиоэлементов и ИС на плату. Ручные, автоматизированные и полуавтоматизированные способы установки элементов.
Технология пайки. Физико-химические основы процесса пайки. Припои и флюсы. Способы пайки: ручная пайка паяльником, групповые методы пайки (волной припоя, погружением). Особенности и методы пайки элементов и микросхем с планарными выводами. Область применения в ЭВМ.
Технология сварки. Физическая сущность. Характеристика методов сварки и их технологические возможности. Оборудование, технологическая оснастка, инструмент. Область применения в ЭВМ.
Технология накрутки. Требования к конструкции соединения накруткой. Характеристика соединений накруткой в отношении надежности, производительности и экономичности. Оборудование и инструмент для накрутки. Автоматизация накрутки на оборудовании с программным управлением.
Жгутовой монтаж. Требования к монтажу. Технологический процесс изготовления жгутов. Способы, оснастка и оборудование для раскладки жгутов.
Раскладка жгутов на установках с программным управлением. Способы и оснастка для вязки жгутов. Маркировка проводов в жгутах. Контроль жгутов.
Технология намоточных работ. Типы моточных изделий и виды обмоток, применяемых в ЭВМ. Требования к обмоткам. Краткая характеристика открытых, кольцевых, пазовых и специальных обмоток. Типовой технологический процесс изготовления обмоток.
Монтаж матрицы ОЗУ на основе ферритовых сердечников. Способы прошивки сердечников. Заливка. Контроль и испытание матриц. Монтаж матриц ОЗУ на цилиндрических магнитных пленках. Структура плетеных матриц. Автоматизация процессов плетения.
Монтаж ПЗУ на магнитных сердечниках. Механизация и автоматизация процессов прошивки.
Технология механических соединений. Область применения в ЭВМ. Требования к соединениям. Виды соединений: разъемные (резьбовые, шплинтовые, байонетные) и неразъемные (клеенные, развальцованные, запрессованные, с применением отбортовки). Влияние технологии на механические свойства соединений.
11. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭВМ (18 часов) [6], с. 5...24, 249...261; [10], с. 168...Понятие об автоматизированных системах проектирования технологических процессов (АСПТП). Классификация и общая характеристика АСПТП. Современное состояние в области разработки, внедрения и эксплуатации АСПТП на предприятиях-изготовителях ЭВМ. Иерархия АСТПП, их взаимосвязь (совместимость) с АСТПП, АСУТП, АСУП, АСУК. Основная терминология (понятия и определения), установленная государственными и отраслевыми стандартами, применяемая при АПТП ЭВМ. Цели и задачи, решаемые АСПТП. Принципы АСПТП.
Эффективность применения АСПТП производства ЭВМ. Составляющие экономической эффективности (стоимостная, натуральная, качественная).
Типовые математические модели автоматизированного технологического проектирования. Классификация моделей. Математические модели структуры, конструкторско-технологических свойств и параметров изделия. Модели обеспечения показателей качества и назначения изделий. Математические модели принятия оптимальных решений при синтезе технологических систем.
Структура АСПТП производства ЭВМ, ее состав, функциональная и обеспечивающая подсистемы. Структура функциональной подсистемы АСТП. Блоки:
анализа исходной информации; кодирования и ввода информации; информационно-поисковый; проектирования ТП; нормирования ТП; формирования текстовой и графической документации; управления; стыковки с другими автоматизированными системами, их назначение и краткая характеристика. Структура обеспечивающей подсистемы. Типы обеспечения: математическое, программное, информационное, лингвистическое, организационно-методическое, техническое, их назначение и краткая характеристика. Требования, предъявляемые к каждому из типов обеспечения.
Алгоритмы автоматизированного проектирования технологических процессов производства ЭВМ. Алгоритмы проектирования единичных оптимальных технологических процессов изготовления деталей ЭВМ, сборки и монтажа, настроечно-регулировочных и контрольно-испытательных ТПП ЭВМ.
Основные тенденции развития АПТП и АСПТП производства ЭВМ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ (2 часа) [1], c.308; [3], c.289; [6], c.249...Перспективы развития конструирования и технологии ЭВМ: конструкторскотехнологическая и схемная унификация элементов и БНК, использование новых физических эффектов в технологии изготовления элементной базы, нетрадиционные способы повышения плотности монтажа и обеспечения работоспособности ЭВМ, повышение уровня автоматизации.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (4 часа) 1. Реализация программ монтажно- 2 часа коммутационного проектирования в САПР 2. Нормализация теплового режима и оптими- 2 часа зация надежности ЭВМ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (8 часов) 1. Анализ точности технологических процессов 2 часа ЭВМ с помощью САПР 2. Реализация программ автоматизации в САПР 2 часа 3. Разработка топологии пленочной микросхемы 2 часа с расчетом точности теплового режима и стабильности 4. Разработка конструкторской и технологиче- 2 часа ской документации гибридно-интегральной схемы ЛИТЕРАТУРА Основная:
1. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем.: Учеб.
2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. школа, 1989.
2. Конструирование аппаратуры на БИС и СБИС / Под ред. Б.Ф.Высоцкого и В.Н.Сретенского. - М.: Радио и связь, 1989.
3. Яншин А.А. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВА.: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1983.
4. Технология ЭВА, оборудование и автоматизация: Учеб. пособие для вузов/ В.Г. Алексеев, В.Н. Гриднев, Ю.И. Нестеров и др. - М.: Высш. школа, 1984.
5. Парфенов О.Д. Технология микросхем. - Высш. школа, 1986.
6. Автоматизация проектирования и производства микросборок и электронных модулей / Под ред. Н.Н. Меткина. - М.: Радио и связь, 1986.
Дополнительная:
7. Преснухин А.Н., Шахов В.А. Конструирование ЭВМ и систем. - М.: Высш.
школа, 1986.
8. Сквозное автоматизированное проектирование микроэлектронной аппаратуры / З.Ю. Готре, В.В. Григорьев, Л.М. Смеркло, В.М. Эндельнант. - М.: Радио и связь, 1989.
9. Технология многослойных печатных плат / А.А. Федулова, Ю.А. Устинов, Е.И. Котов и др. - М.: Радио и связь, 1990.
10. Вальков В.М. Микроэлектронные управляющие вычислительные комплексы: Системное проектирование и конструирование. - Л.: Машиностроение, 1990.
11. Сборник задач и упражнений по технологии РЭА. - М.: Высш. школа, 1982.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ (для заочников 40 часов) 1. Введение: цель, задачи, основные этапы конструирования 2 часа и технологии ЭВМ. Классификация 2. Общая характеристика конструкций ЭВМ. Методология и 2 часа структура процесса конструирования 3. Типовые конструкции ЭВМ. Надежность ЭВМ. Количест- 6 часов венные показатели. Оценка надежности типовых конструкций 4. Основы конструирования цифровых и аналоговых уст- 4 часа ройств микроэлектронной аппаратуры высокой интеграции 5. Анализ теплового режима конструкций. Конструкции сис- 4 часа тем локального и общего охлаждения 6. Электромагнитная совместимость 2 часа 7. Автоматизация конструкторского проектирования ЭВМ 4 часа 8. Технологичность конструкций ЭВМ. основы теории и тех- 4 часа нологической подготовки производства ЭВМ 9. Технология печатных плат, электрического монтажа и со- 6 часов единений 10. Технология интегральных схем 4 часа 11. Диагностика и прогнозирование отказов ЭВМ. Основные 2 часа направления и перспективы автоматизации проектирования ЭВМ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ КУРСА Вопросы конструирования и производства, рассматриваемые в данном курсе, относятся к заключительному этапу создания новых изделий – к этапу материализации подготовленных на предыдущих этапах описаний, моделей, схем. Следует отчетливо понимать, что эффективность этого процесса – от замысла до его реализации – и соответственно качество создаваемых изделий полностью определяется тем, насколько в нем учтены ограничения и возможности существующего материального производства, насколько эффективно использованы достижения современной техники и технологии. Поэтому настоящий курс занимает важное место в подготовке инженера. Учебным планом по курсу предусматриваются лабораторные работы, практические занятия, выполнение двух контрольных работ и зачеты.
Основная форма изучения курса – самостоятельная систематическая работа студента над учебным материалом по приведенной основной и дополнительной литературе. Лекции, которые читаются студентам – заочникам, направлены на то, чтобы осветить наиболее трудные вопросы и представить весь материал курса наиболее компактно, и так, как он используется в практической инженерной деятельности.
По согласованию с преподавателем лабораторные работы могут выполняться по месту работы студента.
При изучении курса можно использовать учебные фильмы, имеющиеся в видео классе кафедры конструирования и производства радиоэлектронной аппаратуры (ауд.302, ул. Миллионная, 6).
ВВЕДЕНИЕ [1], c. 5…6; [2], c. 6…22; [4], c. 5; [5], c. 5…16; [8], c. 5…Необходимо уяснить роль конструкторско-технологического этапа создания новых ЭВМ, развития САD/САМ. Особое внимание следует обратить на историю развития микроэлектроники и ее роль в создании ЭВМ.
Вопросы для самопроверки 1. Определите предмет и цели изучаемой дисциплины: дайте характеристику мировоззренческого аспекта и социальной функции конструирования и технологии ЭВМ.
2. Какие актуальные проблемы научно-технического прогресса решаются с помощью конструкторско-технологических дисциплин 3. Дайте характеристику развития САПР и ГПС предприятия, где Вы работаете.
4. Какова роль микроэлектроники в научно-техническом прогрессе 5. Решение каких научных инженерных проблем лежит в основе дальнейшего развития микроэлектроники 1. СИСТЕМНЫЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУКТОРСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ЭВМ [3], C. 34…43; [4], C. 5…16; [10], C. 5…45; 100…Системный подход представляет совокупность методологических принципов, позволяющих рационализировать поведение в такой сложной и многогранной области человеческой деятельности, как проектирование и производство.
Студенты должны усвоить основные понятия системного подхода: системы и ее свойств, принцип системности, иерархичности, интегративности, формализации.
Основные понятия, связанные с проектной деятельностью, вводятся в соответствии с ГОСТ 22487-77 с целью единообразного применения терминов, для которых в технической литературе существует большое количество синонимов.
Для рассматриваемых сложных систем характерным является многослойность структуры или множественность структур, отражающих многогранные аспекты их строения и функционирования. Эту особенность следует в полной мере отнести и к конструкционной системе ЭВМ.
Декомпозиция процесса и объекта проектирования, осуществляемая в соответствии с принципами системного подхода открывает пути для поиска рациональных структур их организации в практической деятельности. Обычно выделяют 4 основных этапа проектирования ЭВМ:
- системотехническое проектирование (формирование целей и структуры);
