Производство гибридной интегральной микросхемы генератора

качество пленки определяется визуально. Поверхность пленки должна быть зеркальной, без дефектов (точек, разводов, замутнений).

адгезия контролируется по силе отрыва, соскабливанием и нанесением царапин.

частотный метод - основан на зависимости частоты генерируемых сигналов от изменения массы кварцевого элемента.

6.5 Разделение подложек на платы

Разделение подложек на платы скрайбированием осуществляется в две стадии: вначале на поверхность подложки между готовыми микросхемами наносят в двух взаимно перпендикулярных направлениях неглубокие риски, а затем по этим рискам разламывают ее на платы. При сквозном разделении пластину прорезают режущим элементом насквозь.

Алмазное скрайбирование. Эта операция состоит в создании на пластине или подложке рисок или разделительных канавок механическим воздействием на нее алмазного резца, что приводит к образованию неглубоких направленных трещин. При приложении дополнительных усилий в процессе разламывания трещины распространяются на всю толщину пластины или подложки, в результате чего происходит разделение ее на отдельные кристаллы или платы. Основными достоинствами скрайбирования являются высокая производительность и малая ширина прорези (10..20 мкм), а, следовательно, отсутствие потерь материала пластины или подложки [6].

При лазерном скрайбировании разделительные риски между готовыми структурами создают испарением узкой полосы материала с поверхности подложки или платы во время перемещения ее относительно сфокусированного лазерного луча. Достоинством лазерного скрайбирования наряду с созданием глубокой (50..100 мкм) и узкой канавки (25..40 мкм) и высокой производительностью является отсутствие микротрещин и сколов на пластине или плате.

Разламывание пластин на кристаллы и подложек на платы после скрайбирования осуществляется механическим способом, прикладывая к ней изгибающий момент. Наиболее простым методом является разламывание валиком. При этом методе подложку или пластину помещают рабочей поверхностью на мягкую гибкую основу и прокатывают в двух взаимно перпендикулярных направлениях стальным или резиновым валиком. При этом процесс разламывания происходит в две стадии: сначала происходит ломка на полоски, а после смены направления движения валика - на отдельные кристаллы и платы. Валик должен двигаться параллельно направлению скрайбирования, иначе ломка будет происходить не по рискам. Брак возможен и в том случае, если полоски или отдельные кристаллы и платы смещаются относительно друг друга при ломке. Поэтому перед ломкой пластины и подложки наклеивают на тонкую эластичную полиэтиленовую пленку [6].

При разламывании на сферической опоре пластину, расположенную между двумя тонкими пластичными пленками помещают рисками вниз на резиновую диафрагму, подводят сверху сферическую опору и с помощью диафрагмы гидравлическим или пневматическим способом прижимают к ней пластину, которая разламывается на отдельные кристаллы. Достоинством этого способа является простота, высокая производительность и одностадийность, а также высокое качество.

Дешевле и проще оборудование для алмазного скрайбирования, поэтому для данной схемы малой интеграции целесообразно выбрать именно этот метод.

6.6 Сборка микросхем

6.6.1 Монтаж плат в корпус

При монтаже плат и кристаллов в корпус, материал присоединительного слоя должен обеспечить:

1 эффективный теплоотвод в основание корпуса;

2 хорошее согласование ТКЛР;

3 стойкость к динамическим воздействиям в условиях ударов и вибраций.

Требования к методам крепления:

1 простота к методам процесса;

2 отсутствие механических или термических воздействий в процессе соединения;

3 воспроизводимость геометрических параметров с целью облегчения процесса присоединения.

Процесс установки включает в себя три стадии:

1 Подготовка поверхности основания и нанесение присоединительного материала;

2 Ориентированная установка кристалла или платы на основание;

3 Получение прочного паяного или сварного соединения.

Для микросхем пониженной мощности используют клеевые соединения, достоинствами которых является простота, возможность использования широкой номенклатуры клеев, широкий диапазон рабочих температур. Недостатками клеевых соединений является высокий ТКЛР и пониженная теплопроводность.

Для гибридных микросхем на керамических, стеклянных, ситалловых и поликоровых подложках применяется пайка стёклами, достоинством которой является хорошее согласование ТКЛР. Недостаток - относительно низкая стойкость удара и вибрации. Процесс состоит в нанесении суспензии стеклянного порошка на очищенную поверхность, сжатии соединяемых деталей, сушке и последующем оплавлении в печи.

Так же в качестве присоединительного слоя могут быть использованы мягкий припой и эвтектические сплавы.

6.6.2 Монтаж навесных компонентов

Способ монтажа компонентов на плату должен обеспечивать фиксацию положения компонента и выводов, сохранение его целостности, параметров и свойств, а также отвод теплоты, сохранение целостности ГИС при термоциклировании, стойкость к вибрациям и ударам.

В данном курсовом проекте используются транзисторы К3157 и КТ539В, которые имеют жесткие выводы. Поэтому для их крепления к плате используется эвтектический припой Au80Sn20, что обусловлено стремлением к увеличению надёжности и долговечности ГИМС. Как альтернативу можно использовать и другие, более дешёвые припои при условии, что МС будет эксплуатироваться в нормальных условиях. Приклеивание корпуса данного транзистора к подложке нецелесообразно ввиду конструктивного исполнения данного транзистора.

6.6.3 Присоединение выводов

Выводы можно присоединить пайкой или микросваркой. С помощью пайки получают ремонтопригодные соединения, которые можно демонтировать, не повреждая конструкции. Но у паяных соединений есть большой минус - относительно большая площадь присоединения. Поэтому целесообразней использовать соединение выводов микросваркой.

Различают несколько способов сварки:

1) Термокомпрессионная сварка;

2) Сварка с косвенным импульсным нагревом;

3) Электроконтактная односторонняя со сдвоенным электродом;

4) Ультразвуковая сварка.

Наибольшее применение нашли термокомпрессионная и ультразвуковая микросварки. Но так как при использовании термокомпрессионной сварки возникают трудности присоединения алюминиевой проволоки и алюминиевых контактных площадок, то в данной курсовой работе будет использована ультразвуковая сварка (рисунок 6.3). Это связано с тем, что в месте контакта могут образоваться хрупкие плохо проводящие электрический ток интерметаллические соединения.

Рисунок 6.3 - Схема ультразвуковой сварки: 1-преобразователь; 2-концентратор (волновод); 3-инструмент; 4-электронный вывод; 5-подложка; 6-устройство крепления; 7 и 8-обмотки возбуждения и подмагничивания

При подключении обмотки возбуждения к УЗ-генератору электрические колебания с помощью преобразователя трансформируются в продольные механические колебания, которые с помощью волновода-концентратора усиливаются по амплитуде и через инструмент передаются деталям. В материале соединяемых деталей возникает сложное напряжённое состояние, приводящее к деформации в зоне действий инструмента, где одновременно, за счёт трения, выделяется тепло. Имеющаяся на поверхности алюминия плёнка окисла при воздействии ультразвука разрушается, обнажая чистые поверхности, которые и соединяются между собой [3].

В качестве выводов используют проволоку крупного сечения из золота или алюминия. Применяемая золотая проволока марки Зл 999.9 имеет диаметр 25-60 мкм. и относительное удлинение 10%. Недостатками такой проволоки являются высокая стоимость, большой удельный вес, снижающаяся стойкость к вибрациям и ударным нагрузкам, невысокое сопротивление разрыву (для отожженной проволоки около 120 Н/мм² ) и возможность образования при неблагоприятных условиях с алюминием хрупких и пористых соединений типа Al_nAu_m.

Использование выводов из чистого алюминия марки А995 также ограничено из-за невысокой прочности ( для мягкой проволоки около 75 Н/мм²), что вынуждает увеличивать диаметр проволоки до 100 мкм. и приводит к увеличению площади проектируемых контактов. Лучшие характеристики имеет проволока из алюминий-кремниевого сплава А999К09 и АК09П, и алюминий-магниевого сплава АМ₂08, прочность которых, в отожженном состоянии достигает 450 Н/мм²_. при относительном удлинении до 4%. Проволоку выпускают в диапазоне диаметров: 27-50 мкм. Проволока марки АК09П ("прецизионная") имеет допуск на диаметр 1 мкм и повышенную равномерность механических свойств по длине [6].

6.6.4 Герметизация

Герметизацию проводят для полной изоляции элементов микросхемы и электрических соединений от контакта с окружающей средой, всегда содержащей влагу и другие химически активные компоненты, способные вызвать постепенные отказы.

Выбор способа герметизации практически однозначно определяется конструкцией корпуса микросхемы.

Технологические способы герметизации микросхем должны:

1) обеспечить механическую прочность в рабочем диапазоне температурных и механических воздействий при эксплуатации;

2) исключать в процессе герметизации чрезмерный нагрев активных элементов;

3) исключать выделение газов и паров металлов внутри корпуса;

4) выполняться в среде осушенного и очищенного воздуха, азота или инертного газа;

По конструктивно-технологическим признакам герметизация может быть трёх видов: корпусная, бескорпусная и комбинированная.

Для герметизации данной микросхемы будет использована корпусная герметизация. Корпусная герметизация предполагает предварительное изготовление элементов корпуса - основания с изолированными выводами, крышки и вспомогательных деталей. После монтажа платы на основание и присоединения выводов присоединяют крышку, в результате чего образуется полый замкнутый объём.

Присоединение крышки осуществляется различными способами, но целесообразней выбрать герметизацию сваркой. Существует два основных способа:

1) сварка давлением:

а) холодная сварка - соединение осуществляется за счёт пластической деформации;

б) контактная электросварка - процесс соединения основан на выделении теплоты в зоне контакта за счёт прохождения короткого импульса электрического тока;

2) сварка плавлением:

а) аргонодуговая сварка - для нагрева свариваемых деталей используется электрическая дуга;

б) микроплазменная сварка - это вид дуговой сварки;

в) лазерная сварка - соединение осуществляется за счёт оплавления детали по контуру лазерным лучом.

Из всех вышеперечисленных способов сварки для присоединения крышки данного корпуса рекомендуется использовать аргонодуговую сварку - одну из видов сварки плавлением. Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом. Сварка малоамперной дугой применяется при герметизации прямоугольных металлостеклянных корпусов со штырьковыми выводами. Сварку осуществляют в камере, заполненной инертным газом. Дугу дополнительно стабилизируют струёй защитного газа. Для исключения обрывов дуги при переходе в процессе сварки с одного корпуса на другой в ряде случаев используют дополнительную (дежурную) дугу, а иногда и две-три дуги. Мощность их не превышает 10..15% от мощности дуги во время импульса тока. При сварке материалов толщиной 0,3..1 мм проплавляющая способность импульсной дуги в 1,5..2 раза больше по сравнению с постоянно горящей дугой, а остаточные деформации снижаются почти вдвое [6].

Для неплавящегося электрода используют прутки вольфрама ВТ-10 или ВТ-15, содержащие 1,5..2% тория. Угол заточки электрода, определяющий рабочие размеры катода и катодное падение напряжения, в значительной степени влияет на вольтамперные характеристики дуги [6].

Для предупреждения блуждания сварочной дуги по поверхности свариваемого металла при аргонодуговой сварке используются весьма малые диаметры электродов (до 0,4 мм) и очень короткая (до 0,6 мм) дуга. При этом для получения стабильной глубины проплавления металла допустимое отклонение дуги не должно превышать ± 0,l мм. В качестве неплавящихся электродов применяют прутки вольфрама малого диаметра, конец которых заточен на конус с углом при вершине 15...30°. При герметизации аргонодуговой сваркой детали корпусов устанавливают кассеты с медными теплоотводами. Кассеты закрепляются в поворотных центрах и выставляются относительно электрода на расстоянии длины дуги. Горелка с электродом передвигается возвратно-поступательно вдоль кассеты с собранными деталями. После сварки одной из сторон микросхем кассету поворачивают на 180° и сваривают противоположные стороны. Для герметизации двух оставшихся сторон микросхемы должны быть перегружены в другие кассеты и сварены аналогичным образом [6].

Электронно-лучевая сварка. Осуществляется за счет превращения кинетической энергии ускоренных электронов в тепловую при торможении в свариваемых металлах. Электронный пучок образуется за счет эмиссии электронов с нагретого катода в вакууме, формируется и фокусируется на свариваемых кромках с помощью электростатических и электромагнитных линз.

Микроплазменная сварка является разновидностью малоамперной дуговой сварки, использующей сжатую дугу с низкотемпературной плазмой для сварки металлов малых толщин. В этом виде сварки локализация и стабилизация разряда достигаются сжатием его с помощью насадки с малым (менее 1 мм) диаметром выходного отверстия - сопла.

При герметизации корпуса 1203 (151.15-1) использоваться аргонодуговую сварку [1].

6.6.5 Термотоковая тренировка

Для ИМС в связи с возрастанием удельного воздействия температурных, механических и других факторов на микроэлементы характерен резко выраженный период приработки. Это приводит к необходимости введения в технологический процесс операции тренировки, как одного из методов, позволяющих выявить и отбраковать дефектные микромодули. Режим тренировки должен предусматривать воздействие на микромодули тех факторов, которые не снижают качество микромодулей, а лишь ускоряют выявление скрытых дефектов. Наибольшее распространение получили термотренировка, электротренировка , термотоковая тренировка и термоциклирование.

Термотренировка - выдержка при температуре окружающей среды 50С в течении 200 ч. Выбор температуры тренировки обосновывается предельной рабочей температурой ГИС (55 С).

Время тренировки (200 ч) соответствует примерно времени приработки большинства ИМС.

Электротермотренировка - выдержка при температуре окружающей среды 50 С в течении 200 ч под электрической нагрузкой, соответствующей рабочему режиму схемы. Электротермотренировка была введена в связи с малой эффективностью термотренировки для некоторых транзисторных схем (наличии отказов после двухсотчасовой термотренировки). Однако требуемое при электротермотренировке сложное и дорогостоящее оборудование (индивидульные стенды, измерительные приборы и т.д.) делает электротермотренировку экономически невыгодной и практически нереализуемой, за исключением отдельных наиболее ответственных типов схем.

Термотоковая тренировка - выдержка при температуре окружающей среды 50 С в течении 200 ч под унифицированной электрической нагрузкой : однополупериодное синусоидальное напряжение 9В. Термотоковая тренировка для транзисторных схем эффективнее термотренировки и в то же время не требует сложного оборудования. Герметизированные и прошедшие термотренировку ИМС проверяют на соответствие техническим условиям. Наиболее рационально начинать контроль ИМС с проверки на функционирование по наличию сигналов на выходе ИМС без измерения их параметров. Это позволит сразу же отбраковать ИМС, в которых в процессе сборки, герметизации и термотоковой тренировки вышли из строя микроэлементы или имеются нарушения монтажных соединений. Однако единственным надежным методом оценки качества ИМС является контроль по выходным параметрам, который позволяет учесть влияние всех звеньев технологического процесса и качество микроэлементов.

7. Промышленная экология и безопасность производства

Характеристика условий труда

При выполнении операций сборки микросхемы могут возникнуть следующие опасные и вредные производственные факторы:

Недостаточная освещенность - возникает при проведении сборочных работ с использованием малогабаритными деталями и устройствами.

Вытяжная вентиляция - необходимость в вытяжной вентиляции проявляется при работе с, выделяющими вредные вещества, материалами при сборке, такие как: пайка и клейка.

Опасность поражения электрическим током - возникает при использовании всех видов оборудования [13].

Из них самыми важными являются: недостаточная освещенность и недостаточная вытяжная вентиляция т.к. именно эти факторы оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека.

Опасность поражения электрическим током минимальна, т. к. все токопроводящие элементы микросхемы и испытательного стенда изолированы. Т.е. исключена возможность непосредственного контакта с токоведущими частями.

Для сборки микросхемы необходимо помещение 6х12 м., на 16 рабочих мест, оборудованных измерительным оборудованием, для проведения функционального контроля и настройки готовых аппаратов (места с 1 по 3). 8 мест представляют собой сборочный стол, на котором проводятся операции механической сборки без применения вредных веществ (места с 4 по 11). На 5 рабочих местах осуществляются сборочные операции склейка и пайка с применением вредных веществ (соответственно места с 12 по 16).

Освещенность в производственном помещении должна соответствовать СНиП 23-05-95. Но так освещенность не соответствует, то есть необходимость в искусственном освещении.



Рисунок 7.1 - Производственный цех

7.1 Анализ условий труда при изготовлении и контроле сборок микросхемы

При производстве сборок входящих в состав микросхемы выполняются следующие технологические операции:

- Изготовление фотооригинала;

- Изготовление рабочих фотошаблонов;

- Нарезка заготовок из диэлектрика;

- Получение рисунка схемы;

- Травление меди;

- Снятие фоторезиста;

- Травление хрома.

- Установка навесных элементов;

- Пайка;

- Контроль.

- Изготовление фотооригинала производится на автоматическом программном координатографе КПА-1200.

- Изготовление рабочих фотошаблонов на светокопировальной установке «Темп», методом контактного копирования.

- Нарезка заготовок из диэлектрика осуществляется алмазным диском на полуавтоматической установке 04ПП-100.

- Получение рисунка схемы производится в следующей последовательности: нанесение плёночного фоторезиста, экспонирование, проявление, при этом применяются: кислота соляная (конц.) ГОСТ 3118-77 - 50…60 г/л (таблица 7.2, 7.3), азотная кислота ГОСТ 18112-72 - 40 г/л, аммоний хлористый ГОСТ 3773-72 - 140…150 г/л.

Нанесение плёночного фоторезиста производится на установке ПНФ-1.

Экспонирование производится на установке ЭМ-596.

Проявление производится на установке ПТУ-1. В установке необходим растворитель ТУ 6-01-828-80 (таблица 7.2, 7.3).

- Травление меди с плат производится в растворе азотной и соляной кислот в ванне для травления. Затем осуществляется промывка платы в 3% растворе соляной кислоты (таблица 7.2, 7.3).

- Травление резистивного слоя на платах осуществляется в ванне с раствором азотной кислоты.

- Снятие фоторезиста выполняется на установке ПТУ-1.

- Травление хрома осуществляется в ванной в растворе соляной кислоты (таблица 8.2, 8.3) до полного удаления хрома при непрерывном визуальном контроле.

- Установка навесных элементов производится в соответствии с маршрутной картой на сборку.

- Пайка навесных резисторов и конденсаторов производится на установке СТ-501 припоем ПОСК 50 -18. После пайки необходимо промыть места пайки в этиловом спирте. Монтаж бескорпусных микросхем с планарными выводами осуществляется на установке СТ-502. Монтаж проволочных перемычек на установке СТ-601 методом ультразвуковой сварки.

- При проведении контроля СБ используется стенд контроля.

При работе на автоматическом программном координатографе КПА-1200, светокопировальной установке ЭМ-596, установке ПНФ-1, установке ПТУ-1, на установках СТ- 501, Ст-502, СТ-601 и при проведении контроля СБ на стенде контроля опасным фактором является электрический ток. Всё вышеперечисленное оборудование работает от сети напряжением 220 В, 50 Гц. Согласно ГОСТ 12.1.038-82 допустимые значения напряжения прикосновения и тока проходящего через человека приведены в таблице 7.1.

Допустимые напряжения прикосновения U_пр В, и токи I_h мА, проходящих через человека при аварийном режиме.

Таблица 7.1 - Допустимые напряжения прикосновения U_пр В, и токи I_h мА

Нормируемая величина	Продолжительность воздействия тока t, с
	0,1	0,2	0,3	0,5	0,7	1	Св.1
Uпр	340	160	135	105	85	60	20
Ih	400	190	160	125	90	50	60

При проведении технологических операций: получение рисунка схемы, проявление, травление меди, травление хрома, пайка - вредным фактором является содержание в воздухе рабочей зоны паров соляной кислоты, растворителя, этилового спирта, хлористого аммония и двухлористой меди.

Концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны приведена в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - Концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны

№	Вещество	Концентрация в воздухе рабочей зоны, мг/м3
1	Кислота соляная	3
2	Кислота азотная	2
3	Спирт этиловый	800
4	Аммоний хлористый	0,1
5	Ацетон	200

Концентрация вредных веществ в воздухе должна соответствовать ГОСТ 12.1.005-88. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений приведены в таблице 7.3.

Таблица 7.3 - Концентрация вредных веществ в воздухе

№	Вещество	Предельно допустимая концентрация, мг/м3	Класс опасности
1	Кислота соляная	5	2
2	Кислота азотная	4	2
3	Спирт этиловый	100	4
4	Аммоний хлористый	0,5	1
5	Ацетон	300	4

Из таблиц 7.2 и 7.3 видно, что концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны соответствует требованиям.

Важным фактором на всех стадиях производства и контроля СБ является освещённость помещения и рабочего места. Недостаточное освещение может привести к неточному изготовлению или травмам на производстве.

При производстве и контроле СБ выполняются следующие классы зрительной работы:

- изготовление рабочих фотошаблонов, контрольные операции, пайка, сварка - наивысший 1 класс точности (наименьший размер объекта различения 0,15 мм);

- изготовление фотооригинала, нарезка заготовок из диэлектрика, травление проводниковых и резистивной структур, снятие фоторезиста, установка навесных элементов - средний 3 класс точности (наименьший размер объекта различения менее 0,3…0,5 мм).

Естественное освещение в производственном помещении определяется согласно СНиП 23-05-95.

Нормированные и фактические значения коэффициента естественной освещённости КЕО на рабочих поверхностях при боковом освещении сведены в таблицу 7.4.

Таблица 7.4 - значения коэффициента естественной освещённости

Класс зрительной работы	КЕО, , %
	Нормируемые значения	Фактические значения
1	3,5	3
3	1,5	1,4

Освещённость помещения при естественном освещении не удовлетворяет нормам. Для улучшения освещённости помещения создано искусственное освещение. Нормы искусственного освещения определяются СНиП 23-05-95.

Значения освещённости при искусственном освещении на производственных участках при производстве и контроле СБ сведены в таблицу 7.5.

Таблица 7.5 - Значения освещённости при искусственном освещении

Наименование помещений участков, рабочих операций	Рабочая поверхность	Освещённость, лк
		Комбинированное освещение	Общее освещение	Комбинированное освещение	Общее освещение
		Общее + местное	Общее		Общее + местное	Общее
Общий уровень освещённости по цеху	0,8 м от пола	-	300	300	-	320	320
Ванны	0,8 м от пола	1000	300	300	1020	315	315
Измерительные приборы	Шкала	300	150	150	300	150	150

Из таблицы 7.5 видно, что освещённость производственных помещений удовлетворяет нормам.

При выполнении пайки на работающего влияют следующие вредные производственные факторы: повышенная запылённость и загазованность воздуха. Воздух рабочей зоны при пайке должен соответствовать ГОСТ 12.1.005-88.

При изготовлении СБ для пайки используется припой ПОСК 50-18 , его токсичность приведена в таблице 7.6.

Таблица 7.6 - Токсичность припоя ПОСК 50-18

Класс опасности	ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м3	Измеренная концентрация в воздухе рабочей зоны, мг/м3
1	0,007 (по свинцу)	0,006 (по свинцу)

Из таблицы 7.6 видно, что концентрация припоя по свинцу в воздухе рабочей зоны соответствует нормированному значению.

При производстве СБ основным источником шума является вытяжной шкаф Ш2В-НЖ и шкаф сушильный КП-4506. В соответствии с ГОСТ 12.1.003-83 уровень звука от одновременно работающего оборудования не должен превышать 85 дБ (А). При работе вытяжного и сушильного шкафов уровень звука составляет 95 дБ (А). Это может привести к психическим и физиологическим нарушениям, снижению работоспособности и созданию предпосылок для общих и профессиональных заболеваний и производственного травматизма.

При проведении контроля СБ работающий подвержен влиянию вредного фактора: электромагнитные поля радиоволн.

Проверка СБ производится при частоте 41 МГц, источником излучения служат печатные проводники.

Длительное воздействие радиоволн на различные системы организма человека по последствиям имеет многообразные проявления: отклонение от нормального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.

Мероприятия по обеспечению условий труда при изготовлении и контроле СБ

При производстве СБ одним из факторов являются химические вещества. Общей мерой безопасности при работе с вредными веществами является применение специальной технологической одежды: костюм хлопчатобумажный с кислостойкой пропиткой, фартук прорезиненный с нагрудником, нарукавники из прорезиненной ткани, перчатки резиновые кислото-щелочные, сапоги резиновые, очки защитные, респиратор, а также на случай аварии на участке должно быть не менее двух-трёх пар резиновых сапог, фактически имеется 4 пары резиновых сапог.

В соответствии с отраслевыми нормами при работе по разрезке подложек на установке 04-ПП100 предусмотрена другая одежда: халат хлопчатобумажный, чепчик хлопчатобумажный, респиратор типа «лепесток», перчатки хлопчатобумажные [13].

Мероприятия, предусматривающие опасность поражения током на всех стадиях производства и контроля СБ заключаются в применении защитного заземления, ограждений или расположения токоведущих частей в местах, недоступных для случайного прикосновения, изолированных рукояток пусковых устройств. Также необходим периодически контроль состояния электроустановок, оборудования, осветительных сетей и их правильной эксплуатации в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок».

Воздух рабочей зоны удовлетворяет требованиям. Для этого предусмотрено включение вытяжного шкафа за 15-20 мин. до начала работы, скорость воздушного потока 0,8 м/с.

Шум в рабочем помещении при работе вытяжного шкафа Ш2В-НЖ превышает установленную норму. Частично снизить влияние шума на человека можно путём облицовки внутренних поверхностей звукопоглощающими материалами.

На этапе контроля человек подвергается воздействию радиоволн. Расчёт плотности потока энергии, воздействующего на человека, работающего на участке контроля, будет приведён в следующем разделе. При работе с СВЧ аппаратурой применяются согласованные нагрузки и поглотители мощности, снижающие напряжённость и плотность потока энергии электромагнитных волн; экранирование рабочего места и источника излучения, также необходимо рационально размещать оборудование в рабочем помещении.

Особое внимание должно быть обращено на недопустимость ремонта оборудования электрической сети и вентиляционных систем, находящихся под напряжением.

Расчёт плотности потока мощности на участке контроля

Для расчёта плотности потока мощности на участке контроля необходимо определить в какой зоне находится человек, проводящий измерения в дальней или ближней.

Разрабатываемое устройство работает на частоте 30 МГц, следовательно, длина волны л = 0,0107 м.

Ближняя и дальняя зоны определяются по формулам:

R_бз = л/6 = 0,0107 / 6 = 0,0017 м;

R_дз = л·6 = 0,0107 · 6 = 0,0642 м.

Расстояние, на котором человек подвергается облучению примерно 70 см, поэтому он попадает в ближнюю зону облучения. Рассчитаем плотность потока мощности, которой подвергается человек в ближней зоне:

,

где: P = 0,05 Вт - мощность потребляемая СБ;

G = 5 - коэффициент усиления;

R = 0,7м - расстояние от СБ до человека при измерении.

Рассчитаем допустимую плотность потока мощности энергии за время работы по формуле:

,

где: Вт·ч/м² - допустимая энергетическая нагрузка при работе на частоте 28 МГц.

t = 6 ч. - время работы при контроле.

По полученным значениям видно, что фактическое значение плотности потока энергии меньше допустимых. Такие малые значения получаются из-за того, что на контролируемое изделие подаётся малая мощность и соблюдены все меры по защите от воздействия радиоволн.

7.2 Расчёт искусственного освещения

Сборка изделия осуществляется в специальном сборочном цехе. На этом этапе необходимо обратить внимание на такой фактор, как освещённость рабочей зоны. Сохранность зрения человека, состояние его центральной нервной системы и безопасность на производстве в значительной мере зависит от условий освещения. От освещения так же зависит производительность труда и качество выпускаемой продукции [13]. При освещении производственных помещений используют естественное, искусственное и совмещённое освещения. В естественном (солнечном) свете в отличие от искусственного гораздо больше необходимых для человека ультрафиолетовых лучей. Для естественного освещения характерна так же высокая диффузионность (рассеянность) света, весьма благоприятна для зрительных условий работ. Естественное освещение в зависимости от расположения источников света бывает верхним, боковым или комбинированным. Искусственное освещение может быть общим или комбинированным (к общему освещению добавляют местное, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочих местах).

Помещение представляет собой прямоугольную комнату площадью 72 м² и высотой 3 м. Освещенность в производственном помещении должна соответствовать СНиП 23-05-95.

Произведем расчет искусственного освещения:

1. В качестве источника света отдаем предпочтение экономичным газоразрядным лампам, т.к. температура в помещении не понижается ниже 10 °С, а напряжение в сети не падает ниже 90% номинального.

2. Систему освещения выбираем общую.

3. Проанализировав все критерии производственного помещения, загрязненность, взрыво- и пожаробезопасность, выбираем светильники типа ЛСПО 02.

4. От правильного расположения светильников зависит равномерность освещения рабочих поверхностей. Число светильников выбирается в зависимости от размеров освещаемого помещения, при этом количество светильников должно быть таким, чтобы отношение расстояния между светильниками к высоте их подвеса над рабочей поверхностью было равно 3/4.

Рассчитаем расстояние между светильниками по формуле:

l = k · h

где: k - отношение расстояния между центрами светильников к высоте их подвеса над рабочей поверхностью, k = 0,75;

h - высота подвеса светильника, принимаем h = 3 м.

l = 3 · 0,75 = 2,25м.

5. Для расчета общего освещения горизонтальной поверхности используют метод коэффициента использования. Основное уравнение метода:



где, F_л - световой поток одной лампы;

Е - минимальная нормируемая освещенность, лк. Е = 200 лк;

k - коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности в процессе эксплуатации за счет загрязнения ламп и светильников, а также старения ламп, для люминесцентных ламп принимается k = 1,5;

S - освещаемая площадь, м²;

z - отношение средней освещенности к минимальной, принимается для люминесцентных ламп z = 1,1;

N - число ламп;

з - коэффициент использования светового потока в долях единицы (отношение светового потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп).

6. Коэффициент использования з зависит от типа светильника, коэффициентов отражения потолка, стен и индекса помещения, который определяется по формуле:

где, S - освещаемая площадь, м². S = А · В = 12 · 6 = 72 м²;

h - высота подвеса светильника;

А - длина помещения;

В - ширина помещения.

По таблице, представленной в \11\ определяем коэффициент использования светового потока з по рассчитанному индексу помещения, з = 0,55.

7. Исходя из ниже представленных исходных данных определим количество и место расположение светильников:

- габариты одного светильника 0,91 х 0,31 м.

- габариты помещения 12 х 6 м.

- минимальное расстояние между светильниками 2,25 м.

На рисунке 7.3 изображена схема расположения светильников общей системы освещения.

Рисунок 7.3 - Схема расположения светильников общей системы освещения

Поскольку в каждом светильнике используются по 2 лампы следовательно в 10 светильниках используются 20 ламп.

8. Рассчитываем световой поток одной лампы:

9. Выбираем по получившемуся световому потоку тип лампы и определяем ее номинальную мощность.

Выбираем тип лампы - ЛБ, мощностью Р = 30 Вт., среднее значение светового потока выбранной лампы составляет F_л =2180лм,

Средняя продолжительность горения - 15-18 тыс. часов.

10. Определяем отклонение потока выбранной лампы от расчетного.

Отклонение потока не должно выходить за пределы -10% и +20%, в противном случае выбирают другую систему расположения светильников.

Определим отклонение потоков Д.

Вывод: Отклонение потока выбранной лампы укладывается в заданные допуски, что подтверждает правильность выбора системы освещения.

7.3 Расчет механической вентиляции

При сборке микросхемы было выявлено, что некоторые сборочные операции, такие как пайка, являются вредными производственными факторами, количественные оценки которых, представлены в таблице 7.8. Расчет проводится по методике изложенной в [13].

Для определения требуемого воздухообмена необходимо иметь следующие исходные данные: количество вредных выделений (тепла, влаги, газов и паров) за 1 ч, предельно допустимое количество (ПДК) вредных веществ в 1 м³ воздуха, подаваемого в помещение.

Таблица 7.8 - Количественные оценки вредных производственных факторов

Опасные и вредные факторы	Значение ОВПФ, мг/м3	Величина ПДК, мг/м3	Класс опасности
Припой оловянно-свинцовый ПОС-61	0,03	0,01	1
Флюс КСп	570	300	3

Для обеспечения нормы чистоты воздуха рабочей зоны по ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», необходимо установить местную вытяжную вентиляцию.

Рисунок 7.3 - Схема приточной, вытяжной и приточно-вытяжной механической вентиляции: а -- приточная; 6 -- вытяжная; в -- приточно-вытяжная; 1 -- воздухоприемник для забора чистого воздуха; 2 -- воздуховоды; 3 -- фильтр для очистки воздуха от пыли; 4 -- калориферы; 5 -- вентиляторы; 6 -- воздухораспределительные устройства (насадки); 7 -- вытяжные трубы для выброса удаляемого воздуха в атмосферу; 8 -- устройства для очистки удаляемого воздуха; 9 -- воздухозаборные отверстия для удаляемого воздуха; 10 -- клапаны для регулирования количества свежего вторичного рециркуляционного и выбрасываемого воздуха; 11 -- помещение, обслуживаемое приточно-вытяжной вентиляцией; 12 -- воздуховод для системы рециркуляции.

1. Необходимый расход воздуха определяется вредными факторами, вызывающими отклонение параметров воздушной среды в рабочей зоне от нормируемых, определяется по формуле:

где, В - количество вредных веществ, выделяющихся в помещении за 1 час, мг/ч.

k - поправочный коэффициент, k = 1,5ч2.

q - концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, принимается равной предельно допустимой для рассматриваемого вредного вещества.

G_общ = G_припой + G_флюс +G_клей = 54 + 34,2 + 38,7 = 152,95 м³/час

2. Определение поперечных размеров воздуховодов для отдельных участков вентиляционной сети.

Для систем вентиляции промышленных зданий принимается следующее распределение скоростей: на головных участках 9 ч 12 м/с, а на дальних концевых 3ч6 м/с. В промышленных зданиях, как правило, используются круглые металлические воздуховоды. В этом случае расчет сечений воздуховодов заключается в определении диаметров труб.

Потребную площадь воздуховода определяется по формуле:

Где, G_i - расход воздуха,

V_i - скорость движения воздуха на i-м участке.

Определим потребную площадь воздуховода для головных участков:

Определим потребную площадь воздуховода для дальних концевых участков:

3. Определяем диаметры круглых воздуховодов.

Для головных участков:

Принимаем диаметр головных участков трубы равный D = 100 мм.

Для дальних концевых участков:

Принимаем диаметр дальних концевых участков трубы равный D = 150 мм.

4. Выбор вентилятора и типа электродвигателя.

В вентиляционной установке, необходимо применить осевой вентилятор, который является наиболее простым по конструкции, технологичным и дешевым при изготовлении, что в значительной степени обуславливает их широкое применение.

Выбираем осевой вентилятор типа В-06-300 N4 первого исполнения.

Мощность электродвигателя рассчитывается по формуле:

где, G_общ - необходимый воздухообмен, м³/час;

P - давление, создаваемое вентилятором, кгс/м², для данного типа вентиляторов P = 16 кгс/м²;

n_B - КПД вентилятора, n_B = 0,69;

n_пр - КПД передачи n_пр = 0,9.

Выбираем электродвигатель АИР80А4, мощностью N=1,1 кВт и частотой вращения 1500 об/мин.

7.4 Расчет зануления

Для обеспечения защиты от случайных прикосновений к токоведущим частям необходимо принять следующие способы и средства: защитное ограждение; изоляция токоведущих частей; защитное отключение; блокировка; знаки безопасности [13].

Для обеспечения защиты от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, применяют защитное заземление, зануление, выравнивание потенциала системы защитных проводов, защитное отключение, изоляцию нетоковедущих частей, средства индивидуальной защиты и др.

Все металлические части производственного оборудования (станины, корпуса, электродвигатели, каркасы пультов управления и т.д.), если они могут оказаться под напряжением свыше 42 В, должны быть заземлены. Для этого их оснащают легкообозримыми устройствами заземления или соединяют с нулевым проводом.

Электрооборудование станков независимо от величины напряжения выполняется проводами, имеющими изоляцию следующих цветов:

- силовые цепи постоянного и переменного тока - черный (темнокоричневый);

- цепи управления, сигнализации, измерения и местного освещения переменного тока - красный;

- цепи управления, сигнализации, измерения и местного освещения постоянного тока - синий (фиолетовый);

- цепи заземления двухцветный зелено - желтый (зеленый);

- цепи, соединенные с нулевым проводом и не предназначенные для заземления - голубой (серый, белый).

Допускается производить монтаж электропроводки одноцветными проводами с обязательной установкой на их концах трубок из поливинилхлорида указанных цветов.

Согласно «Правилам устройства электроустановок» основными мерами защиты человека от поражения электрическим током являются:

а) обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения;

б) защитное разделение сети;

в) устранение опасности поражения током при появлении напряжения на корпусах, кожухах и других частях электрооборудования;

г) применение специальных защитных средств и индивидуальных средств защиты: диэлектрические перчатки и боты, диэлектрические коврики и дорожки, изолирующие подставки и т.д.

Рассчитаем защитное заземление электроустановок и оборудования в цехе.

Все работы, связанные с наладкой и эксплуатацией сети ведутся в помещении, относящемуся к категории "без повышенной опасности" поражения электрическим током.

Для питания измерительных приборов и устройства на рабочем месте используется сеть переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

В сети с глухозаземленной нейтралью при однофазном замыкании на корпус необходимо обеспечить автоматическое отключение поврежденного электрооборудования. При кратковременном аварийном режиме создается безопасность обслуживания и сохранность электрооборудования. Однако кратковременность может быть обеспечена только созданием определенной кратности тока короткого замыкания на корпус по отношению к номинальному току защитного аппарата. Этого можно добиться только прокладкой специального провода достаточной проводимости - нулевого провода, к которому присоединяются корпуса электрооборудования.

Схема защитного зануления показана на рисунке 7.4.

Помимо заземления нейтрали, на схеме представлены повторные заземления нулевого провода, которые снижают напряжение на заземленных корпусах электрооборудования в случае обрыва нулевого провода.

Рисунок 7.4 - Схема защитного зануления

Для того, чтобы снизить опасные потенциалы при замыкании на корпус, используются повторные заземлители с сопротивлением заземлителя не более 10 Ом.

В помещении, где производится монтаж сети, питание электроустановок осуществляется от подстанции с трансформатором P=600 кВт, удаленной от рабочего места на 300 м. Питание к распределительному щиту подводится алюминиевым проводом сечением 25 мм¤, а роль нулевого проводника выполняет стальная полоса сечением 50 мм.

При использовании зануления должны быть выполнены следующие условия :

Iкз => k*Iном , (3.1)

где - коэффициент кратности номинального тока Iном (А) плавкой вставки предохранителя, k=3.

Номинальным током плавкой вставки Iном называется ток, значение которого указано непосредственно на вставке заводом-изготовителем. Номинальный ток Iном в помещении 40 А. Значение Iкз зависит от фазного напряжения сети и сопротивления цепи, в том числе от полного сопротивления трансформатора Zт, фазного проводника Zф, нулевого защитного проводника Zнз, внешнего индуктивного сопротивления петли "фазный провод - нулевой защитный провод" (петли "фаза-нуль") Xп, активного сопротивления заземлений нейтрали обмоток трансформатора Rо и повторного заземления нулевого защитного проводника Rп. Поскольку Rо и Rп, как правило, велики по сравнению с другими сопротивлениями, ими можно пренебречь.

Выражение для Iкз будет иметь вид :

где Zп = Zф + Zнз + Xп - комплексное полное сопротивление петли "фаза-нуль".

Удельное сопротивление фазного провода : p = 0,028 (Ом*мм2)/м,

Sсеч = 25 мм²,

отсюда сопротивление фазного провода:

rф = р * (Lф / Sф) = 0,028 * 300 / 25 = 0,336 Ом.

Удельное сопротивление нулевого провода: p = 0,058 (Ом*мм²)/м , Sсеч = 50 (мм²), отсюда сопротивление нулевого провода

Rнз = p * (L / S) = 0,058 * 300 / 50 = 0,348(Ом).

Значения Xф и Xнз малы, ими можно пренебречь.

Значение Xп можно определить по формуле :

где k = 0,3894,

dср - расстояние между проводниками,

dф - геометрический диаметр.

Расчеты дают значение Xп = 0,556 Ом.

Сопротивление электрической дуги берем равной

rд = 0,02 (Ом), Xд = 0.

В соответствии с мощностью трансформатора

rт = 0,0044 (Ом), Xт = 0,0127 (Ом)

Полное сопротивление петли "фаза-нуль"

Zп = (Rнз+Rф+Rд) +Xп (3.5)

Zп = 0,716 (Ом).

При использовании зануления по требованиям ПУЭ (правила устройства электроустановок)

При попадании фазы на зануленный корпус электроустановки должно произойти автоматическое отключение.

Iкз => k*Iном

301,6 => 3*40 = 120

Защитное зануление выполнено правильно, следовательно, отключающая способность системы обеспечена.

Определим напряжение прикосновения и ток через человека до срабатывания защиты :

Uпр = Iкзh * Rh (3.6)

Схема замещения представлена на рисунке 7.5.

Рисунок 7.5 - Схема замещения

Rпз = 0,348 (Ом), Rнп = 10 (Ом), Rо = 4 (Ом)

Rh = 1 (кОм)

Uпр = 29,9 (В)

Предельно допустимое время пребывания человека под действием электрического тока :

В качестве прибора защитного отключения можно выбрать автоматический выключатель, расчитанный на Iном = 40 А и tср = 0,3 (с) при Iкз = 301 (А).

Это должно обеспечить надежную защиту, при этом должно выполняться :

В данном разделе проекта дана характеристика условий труда, проведен анализ условий труда, в результате которого выявлена необходимость расчета искусственного освещения, механической вентиляции и зануления. Поэтому в разделе охрана труда выполнены расчет искусственного освещения , механической вентиляции и зануления.

В результате расчета искусственного освещения была выбрана общая система освещения, состоящая из 10 светильников типа ЛСПО 02 по две экономичные газоразрядные лампы ЛБ мощностью 30 Вт.

Результатом расчета механический вентиляции является общий воздухообмен, который необходим для удаления всех вредных веществ, выделяющихся в данном технологическом процессе при сборке авто микросхемы. Он составляет 152,95м³/час. Также были определены диаметры труб для головных и дальних концевых участков воздуховода и рассчитана мощность электродвигателя АИР80А4, приводящего в движение лопасти осевого вентилятора типа В-06-300 N4, которая составила 1,1 КВт.

8. Экономическая часть. Обоснование потребности в данном устройстве на потребительском рынке

Технико-экономическое обоснование целесообразности разрабатываемых решений базируется на краткой характеристике существующего уровня развития техники и технологии и основных направлений совершенствования их показателей; а также характеристике решаемых проблем и полученных результатов. Это позволяет дать обоснованную оценку технической прогрессивности разрабатываемого изделия. При этом необходимо, чтобы техника была экономически эффективна и имела высокое качество. Качество же зависит от функционально-технических характеристик и оценивается индексом технического уровня разрабатываемой техники [10].

Технико-экономическое обоснование разрабатываемого комплекса состоит из определения затрат и цены научно-технической продукции (НТПр), экономического эффекта от НТПр, уровня эффективности и срока окупаемости на НТПр.

Календарное планирование работ по разработке микросхемы осуществляется по директивному графику.

Рассчитаем индекс технического уровня разрабатываемого устройства.

8.1 Организация и планирование проекта

8.1.1 Анализ рынка сбыта

Изучение спроса на рынке сейчас является важнейшей задачей при функционировании предприятия. Оценка рынка сбыта - оценка-прогноз положения на рынке. Данные о прогнозных объемах продаж (в натуральном выражении) на ближайшие годы по типам рынков приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Прогнозы объема продаж

Вид продукции	Ед.измерения	Объем производства по периодичности
		1 год	2 год	3 год
Национальный рынок	шт.	1000	1400	1900

8.1.2 Оценка конкурентной среды

В отличие от аналогов наша микросхема имеет высокую надежность - вероятность безотказной работы 0.99 за 10000 часов работы, большую помехозащищенность, малые габариты.

Данные параметры позволят использовать его особенно в тех случаях, когда безотказная работа прибора имеет крайне важное значение.

8.1.3 Организационный план

Для разработки микросхемы формируется коллектив исполнителей в составе:

- начальник отдела, руководитель проекта;

- инженер-конструктор;

- инженер-электронщик;

- программист;

- дизайнер;

- технолог;

- техник сборщик;

- техник наладчик.

Разработка календарного плана по созданию устройства производится на основе данных о трудоемкости работ, связанных с выполнением дипломного проекта.

Данные о трудоемкости работ заносит в таблицу 8.2.

Таблица 8.2- Расчёт трудоёмкости и продолжительности этапов проекта.

№	Наименование этапов и их содержание	Исполнители	Трудоемкость, чел/дни	Продолжительность, (дни)
1	Разработка Технического задания	Начальник отдела	3	3
		Инженер-конструктор	3
		Инженер-электронщик	3
		Дизайнер	3
2	Утверждение Технического задания	Начальник отдела	2	2
3	Эскизный проект	Начальник отдела	2	20
		Инженер-конструктор	18
		Инженер- электронщик	18
		Программист	20
		Дизайнер	12
4	Технический проект	Начальник отдела	2	10
		Инженер-конструктор	10
		Инженер- электронщик	7
		Программист	6
		Дизайнер	8
5	Рабочий проект	Начальник отдела	3	15
		Инженер-конструктор	8
		Инженер- электронщик	5
		Программист	4
		Дизайнер	5
		Технолог	15
6	Изготовление опытного образца	Инженер-конструктор	4	14
		Программист	4
		Технолог	12
		Техник-сборщик	14
7	Испытание и отладка	Начальник отдела	3	7
		Инженер-конструктор	3
		Программист	5
		Техник-сборщик	6
		Техник-наладчик	7
8	Технический отчет	Начальник отдела	2	2
Итого:	73

Планирование и контроль хода выполнения разработки проводят по календарному графику выполнения работ. Если разработку продукции осуществляет небольшой, стабильный по составу коллектив исполнителей, то для целей планирования и контроля можно использовать ленточный график. Календарный ленточный график (график Ганта) представляет собой графическое отображение выполненной работы и времени, которое затрачено на эту работу, т.е. продолжительности выполнения данной работы.

На основании таблицы 8.2. строим график распределения продолжительности работ по этапам, изображенный на рисунке 8.2.

Рисунок 8.1 - Календарный график.

8.2 Расчёт затрат и договорной цены

Расходы в процессе хозяйственной деятельности - это экономически оправданные затраты, оценка которых выражается в денежной форме.

Расчёт затрат осуществляется по следующим калькуляционным статьям расходов:

1. Материалы и покупные изделия;

2. Специальное оборудование для научных целей;

3. Основная заработная плата исполнителей;

4. Дополнительная заработная плата исполнителей;

5. Страховые взносы;

6. Командировочные расходы;

7. Контрагентские расходы;

8. Накладные расходы.

8.2.1 Ра...