|
Реферат: Методы и средства измерений и контроля (Технология)
Реферат
Курсовая работа содержит пояснительную записку на 1 листах формата
А4, включающую 5 рисунков и 6 литературных источников.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ, ТИП ПРОИЗВОДСТВА, ВЫБОР
ЗАГОТОВКИ, ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, ПРИПУСК, РЕЖИМ РЕЗАНИЯ.
В курсовой работе рассмотрены вопросы анализа детали на
технологичность, типа производства, выбора заготовки, расчета припусков,
расчета режимов резания и нормирования.
Содержание
Введение 5
1 Разработка технического задания на проектирование преобразователя для
измерения отклонений геометрических параметров. 7
2 Выбор принципа работы преобразователя и описание его работы. 8
2.1 Выбор принципа работы преобразователя. 8
2.2 Принцип действия емкостных преобразователей 8
2.3 Описание работы проектируемого преобразователя. 10
3 Подготовка текста технического задания согласно ГОСТу 12
3.1 Основания для разработки 12
3.2 Цель и назначение разработки 12
3.3 Характеристика объекта разработки 12
3.4 Основные технические требования к прибору: 12
4 Выбор и обоснование метрологических характеристик НСИ 13
5 Создание эскиза механической части емкостного или фотоэлектрического
преобразователя НСИ на основе ТЗ. 16
6 Разработка методики измерения отклонений геометрических размеров
заданного изделия разработанными НСИ 17
Заключение 18
Список использованных источников 19
Введение
Измерительные преобразователи представляют собой технические
устройства, которые осуществляют преобразования величин и образуют канал
передачи измерительной информации. При описании принципа действия
измерительного устройства, включающего последовательный ряд измерительных
преобразователей, часто представляют его в виде функциональной блок-схемы
(измерительной цепи), на которой отражают функции отдельных его частей в
виде символических блоков, связанных между собой.
Измерительные преобразователи можно условно разбить на три класса:
пропорциональные, функциональные и операционные.
Первые предназначены для подобного воспроизведения входного сигнала в
выходном сигнале;
Вторые - для вычисления некоторой функции от входного сигнала; третьи
- для получения выходного сигнала, являющегося решением некоторого
дифференциального уравнения. Операционные преобразователи являются
инерционными, так как у них значение выходного сигнала в любой момент
времени зависит не только от значения входного в тот же момент времени, но
и от его значений в предшествующие моменты времени.
По характеру изменения входных н выходных сигналов во времени
преобразователи делятся на непрерывные (аналоговые), непрерывно-дискретные,
дискретно-непрерывные и дискретные.
При проектировании специализированного нестандартного средства
измерения следует учитывать существующие организационно-технические формы
контроля, масштаб производства, характеристики измеряемых объектов,
требуемую точность измерения и другие технико-экономические факторы.
В нашем случае производится проектирование только преобразователя и
поэтому частью этих факторов можно пренебречь. Нам важна только требуемая
точность измерения заданного параметра.
Каждый размер может быть измерен несколькими средствами с различными
погрешностями измерения, но следует учитывать влияние окружающей среды на
точность измерения. Теоретически есть очень большое число различных
преобразователей: емкостные, фотоэлектрические, оптико-механические,
индуктивные и т.п., но практически в каждом конкретном случае есть довольно
ограниченный выбор.
Разработка технического задания на проектирование преобразователя
для измерения отклонений геометрических параметров.
Требуется разработать преобразователь для специализированного средства
измерения используемого при автоматическом контроле параллельности
направляющей прецизионного станка.
Требуемые характеристики средства измерений:
Длинна измеряемой поверхности: 400 мм.
Измеряемый параметр: параллельность
Значение измеряемого параметра: 2,5 мкм
Проект преобразователя должен содержать:
а) Выбор принципа работы преобразователя и его описание
б) Выбор и обоснование метрологических характеристик
преобразователя
в) Расчет метрологических характеристик преобразователя
г) Эскиз механической части
д) Схема электрической части (если присутствует)
Выбор принципа работы преобразователя и описание его работы.
1 Выбор принципа работы преобразователя.
В нашем случае производится измерение параллельности направляющих.
К отклонениям от параллельности относятся отклонения от параллельности
плоскостей, суммарное отклонение от параллельности и плоскостности,
отклонения от параллельности оси относительно плоскости или плоскости
относительно оси, отклонения от параллельности осей на плоскости и в
пространстве.
Наш преобразователь должен измерять отклонения от параллельности
плоскостей.
|[pic] |[pic] |
|Рисунок 1. - Модель измерения |Рисунок 2. - Схема измерения |
Под отклонением от параллельности плоскостей понимают разность (
наибольшего и наименьшего расстояний между прилегающими плоскостями в
пределах нормируемого участка.
Для измерения отклонений от параллельности в нашем случае лучше всего
применить преобразователь, основанный на принципе измерения разности
емкостей и электрической части преобразователя на основе балансового моста.
2 Принцип действия емкостных преобразователей
Емкостные преобразователи основаны на зависимости электрической
емкости конденсатора от размеров, расположения его обкладок и от
диэлектрической проницаемости среды между ними.
Для плоского конденсатора электрическая емкость определяется
выражением:
[pic],
где (0 - диэлектрическая постоянная; ( - относительная диэлектрическая
проницаемость среды между обкладками; S - активная площадь обкладок; ( -
расстояние между обкладками. Из этого выражения следует, что в емкостном
преобразователе переменной (входной) величиной может быть либо (, либо S,
либо (.
На рис. 3 схематично изображены различные типы емкостных
преобразователей.
Преобразователь на рис. 3, а представляет собой конденсатор, одна
пластина которого перемещается относительно другой так, что изменяется
расстояние между ( между пластинами. Функция преобразования С=f(()
нелинейна, причем чувствительность возрастает с изменением расстояния между
( между пластинами. Функция преобразования С=f(() нелинейна, причем
чувствительность возрастает с уменьшением (. Минимальное значение (
определяется напряжением пробоя конденсатора. Такие преобразователи
используются для измерения малых перемещений (менее 1 мм).
На рис. 3, б показан дифференциальный емкостный преобразователь, в
котором при перемещении центральной пластины емкость одного конденсатора
увеличивается, а другая уменьшается. Дифференциальная конструкция позволяет
уменьшить погрешность нелинейности или увеличить рабочий диапазон
перемещений.
Преобразователь на рис. 3, в также имеет дифференциальную
конструкцию, но в нем происходит изменение активной площади пластин. Он
используется для измерения сравнительно больших линейных (более 1 мм) и
угловых перемещений. В таком преобразователе можно получить необходимую
функцию преобразования путем профилирования пластин.
[pic]
Рисунок 3. Емкостные преобразователи
Емкостные преобразователи просты по конструкции, имеют высокую
чувствительность и относительно малую инерционность. К их недостаткам
следует отнести влияние внешних электрических полей, паразитных емкостей,
температуры, влажности.
3 Описание работы проектируемого преобразователя.
Преобразователь основан на принципе измерения разности двух емкостей,
обкладки которых связаны с свободно перемещающимися щупами, которые в свою
очередь контактируют с поверхностью. Сам прибор при этом прижимается в
базовой поверхности, относительно которой и проводится измерение.
Непараллельность присутствует всегда, поэтому расстояние между обкладками
емкостей будет разным, соответственно будет наблюдаться разность емкостей,
вносит дисбаланс в мостовую схему электрической части и вызывает появление
напряжения на выходе мостовой схемы. Далее это напряжение может быть подано
в электрический преобразователь или измеряться непосредственно вольтметром.
Зависимость между величиной отклонения от параллельности и напряжением
нелинейна при плоских прямоугольных обкладках емкостей, однако эту
зависимость можно легко привести к линейной путем изменения формы обкладок
(профилированием). Либо как вариант подавать сигнал с мостовой схемы на
аналого-цифровой преобразователь ЭВМ и выправлять зависимость с помощью
программных методов.
Попутно можно отметить, что число емкостей может быть больше двух,
точность измерения при этом возрастает, но мостовая схема уже не годится и
в качестве анализатора лучше использовать ЭВМ, при этом при отсутствии
дополнительных затрат можно также получить измерение плоскостности.
Настройку на 0 балансного моста необходимо будет проводить на
образцовой поверхности, параллельной базе от которой производится
измерение.
Подготовка текста технического задания согласно ГОСТу
1 Основания для разработки
Основанием для разработки нестандартизованного средства измерения
служит задание на курсовое проектирование (прилагается). Тема разработки -
проектирование нестандартизированного средства измерения параллельности
направляющих прецизионного станка. Дата выдачи задания 14 февраля 2000
года.
2 Цель и назначение разработки
Целью разработки является увеличение производительности контроля
геометрических параметров измеряемого изделия.
3 Характеристика объекта разработки
Объект разработки представляет собой нестандартизированное средство
измерения, применяемое для контроля отклонений геометрических размеров
направляющих прецизионного станка. Контролируемый параметр -
непараллельность. В приборе используется емкостной либо фотоэлектрический
преобразователь.
4 Основные технические требования к прибору:
Прибор должен удовлетворять следующим требованиям:
- Длина измеряемого объекта не менее 400 мм.
- Точность измерения не менее 0.5 мкм
Выбор и обоснование метрологических характеристик НСИ
Общий перечень основных нормируемых МХ, формы их представления и
способы нормирования установлены в ГОСТ 8.009-84. «ГСИ. Нормирование и
использование метрологических характеристик СИ». Согласно его номенклатура
МХ включает в себя:
а. Характеристики, предназначенные для определения результатов
измерения (без введения поправок)
б. Функция преобразования (градуировочная характеристика, уравнение
преобразования) - это зависимость между значениями на выходе и входе СИ,
представленная в виде таблицы, графика или формулы. Различают
индивидуальную и номинальную функции преобразования. Индивидуальная
описывает свойства конкретного экземпляра СИ. Ее еще называют
градуировочной характеристикой. При серийном выпуске однотипных СИ
зависимость между значениями на выходе и входе СИ часто устанавливается с
помощью номинальной функции преобразования. Ее использование сопровождается
погрешностями, вызванными отличием номинальной функции преобразования от
индивидуальной. Идеальная функция преобразования представляет линейную
зависимость.
в. Значение меры.
г. Цена деления шкалы измерительного прибора - это разность значений
величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.
д. Для цифровых приборов указывают цену единицы младшего разряда
цифрового отсчетного устройства, вид выходного кода (двоичный, двоично-
десятичный и т.п.), и число разрядов кода.
е. Функция влияния - это зависимость изменения МХ от изменения
влияющих величин. Под последними понимают внешние физические воздействия -
климатические, механические, электромагнитные, изменения параметров
источников питания.
ж. Динамические характеристики, обусловленные влиянием на выходной
сигнал изменениями во времени значений входного сигнала. Различают полные
динамические характеристики и частичные. К полным относят: переходную, АЧХ,
амплитудно-фазовую, импульсную переходную, передаточную. У частичным -
любые функционалы или параметры полных динамических характеристик.
Примерами таких характеристик может служит постоянная времени.
По условиям применения СИ различают нормальные и рабочие условия. Они
отличаются диапазоном изменения неинформативных параметров входного сигнала
и влияющих величин. Нормальными называют условия, для которых нормируется
основная погрешность СИ. Для различных типов СИ нормальные условия могут
быть разными. Однако СИ могут работать в более широком диапазоне изменения
влияющих величин. Этот диапазон называют рабочим.
а. Расстояние между емкостями выбираю равным длине измеряемой
поверхности - 400 мм (возможен также вариант с изменяемой длиной - для чего
корпус преобразователя делается в виде телескопического цилиндра). Корпус
лучше всего выполнить из композитного материала во избежание появления
паразитных емкостей.
б.) Изменение расстояний между обкладками измерительных емкостей
невелико (производится измерение точных поверхностей), поэтому функция
преобразования будет относительно линейна. Для улучшения функции
преобразования при изменении больших отклонений можно применить
профилирование обкладок измерительных емкостей.
в.) Рабочий диапазон измерения составляет десятикратное значение
измеряемой величины и равен 2,5 * 10 = 25 мкм.
г.) Цена деления должна быть не больше 0,5 мкм.
Рассчитаем ориентировочную площадь обкладок конденсатора для получения
необходимой точности. Емкость конденсатора определяется следующей формулой:
[pic] (см. п2.) В нашем случае максимальная величина изменения расстояния
(( = 25 мкм или (( = 2,5(10 -5 м. Величина ( для воздуха равна 1,
универсальная диэлектрическая постоянная (0 = 8,85(10 -12. Для получения
достоверных результатов изменение емкости должно быть не менее 10 нФ. Путем
решения уравнения относительно S получаем значение площади 2,84(10 -2 м 2,
что вполне реально. Далее назначим точностные требования на пластины
обкладок измерительных емкостей. Точностные требования назначаем исходя из
размер пластин (30 см на 10 см) и изменения расстояния между обкладками.
Назначаем допуск на непараллельность 0.01 мкм и параметры шероховатости
пластин Ra = 0,32 мкм.
Рисунок 4. - Точностные требования к обкладкам
Создание эскиза механической части емкостного или
фотоэлектрического преобразователя НСИ на основе ТЗ.
Рисунок 5. Эскиз механической части преобразователя
(h = H2 - H1 Разность расстояний между обкладками измерительных
емкостей и является отклонением от параллельности. Устройство регистрации
представляет собой выпрямитель и цифровой или аналоговый измеритель
напряжения. Данные с устройства регистрации получает оператор либо
автоматическое контрольное устройство.
Разработка методики измерения отклонений геометрических размеров
заданного изделия разработанными НСИ
Измерение разработанным НСИ производится следующим образом:
- перед началом измерений если это необходимо производится настройка
прибора на 0. Для этого требуется две образцовых поверхности,
параллельных друг другу. После установки прибора напряжение
мостовой схемы выводится на 0 с помощью сопротивления R1
- Для измерения опорные точки прибора устанавливаются на базовую
поверхность, а оба щупа на поверхность, параллельность которой
измеряется. Способ измерения - прямой, поэтому результаты
получаются сразу после установки прибора.
- Для измерения от различных баз к прибору должны прилагаться
вспомогательные уголки и кронштейны.
Заключение
В данной курсовой работе было подготовлено задание на разработку
преобразователя нестандартного средства измерений отклонений
геометрических размеров (параллельности) заданного прецизионного изделия -
направляющей прецизионного станка., проведена разработка механической части
преобразователя, проведен выбор и обоснование метрологических характеристик
НСИ, спроектирован эскиз механической части НСИ - емкостного
преобразователя, а также разработана методика использования данного НСИ при
измерении параллельности направляющей прецизионного станка.
Список использованных источников
1. Поверка мер и механических приборов для измерения длин и углов, М.:
Издательство стандартов,1963
2. Поверка оптико-механических приборов для измерения длин и углов.
Сборник, М.: Издательство стандартов,1965
3. Технический контроль в машиностроении/ Справочник проектировщика,
М.:Машиностроение,1987
4. Ацюковский В.А. Емкостные преобразователи перемещения М.:Энергия,1966
5. Балонкина И.И., Кутай А.К., Сорочкин Б.М. Точность и производственный
контроль в машиностроении: Справочник., Л.:Машиностроение,1983
6. Бирюков Г.С., Серко А.Л. Измерение геометрических величин и их
метрологическое обеспечение, М.: Издательство стандартов,1987
-----------------------
0,01
А
А
0,32
к регистратору
C1
C2
R2
R1
~Uвх
C2
C1
H1
(h
H2
Устройство
регистрации
Мостовой
компаратор
-----------------------
№ документа
Подп.
Дата
Изм.
Лист
Разраб.
Пров.
Н. Контр.
Зав. каф.
Лит.
Лиcт
Лиcтов
3
17
КР. 961185.00.00.000 ПЗ
Лист
Лист
Кол. уч.
КР. 961185.00.00.000 ПЗ
Изм.
Пояснительная
записка
Лист
4.
Дата
Подп.
№ док.
Реферат на тему: Методы контроля в производстве интегральных микросхем
При изготовлении интегральных схем очень важным является контроль
технологических процессов. Хорошо организованный контроль обеспечивает
высокий прицент выхода годной продукции. Успешный контроль изготовления
интегральных микросхем в основном зависит от знания процесса производства и
заключается в измерении и визуальной проверке основных операций
технологического процесса, а также в использовании полученой информации для
корректирования технологических режимов. Методы технологического контроля,
используемые в производстве ИМС, можно объединить в три группы :
пооперационный контроль, визуальный контроль, тестовые ИМС.
Методы пооперационного контроля после технологических процессов
эпитаксии, диффузии и других те же, что и в производстве дискретных
приборов.Сюда входят измерения толщин пленок, глубин p-n - переходов,
поверхностной концентрации и др., производимые на специальных контрольных
образцах, помещаемых вместе с обрабатываемыми пластинами на данную
операцию.
Метод визуального контроля играет важную роль в производстве ИМС,
несмотря на кажущуюся тривиальность. Он включает осмотр схем под оптическим
микроскопом и использование различных средств визуализации – наблюдение
термографии и др.
Наконец, один из основных методов контроля параметров ИМС на различных
технологических этапах – это применение тестовых структур. Рассмотрим более
подробно два последних метода.
Визуальный контроль. Существенные данные о состоянии пластины можно
получить визуальной проверкой с помощью микроскопа с большим увеличением –
от 80х до 400х. При этом выявляются такие показатели, как состояние
поверхности, избыточное или недостаточное травление, изменение толщины
окисного слоя, правильность перехода и др.
Одним из наиболее опасных дефектов является пористость окисного слоя,
легко обнаруживаемая при визуальной проверке схемы под микроскопом. Это –
небольшие отверстия в окисном слое, вызванные либо пылью при нанесении
фоторезиста, либо повреждением фотошаблона. Если этот дефект окажется в
критической точке, то последующая диффузия примеси может вызвать короткое
замыкание перехода и выход из строя всей микросхемы.
Одним из эффективных методов визуализации является использование
сканирующего электронного микроскопа, позволяющего наблюдать
топографический и электрический рельеф интегральной микросхемы. Это
наблюдение обеспечивает неразрушающий характер контроля. Для наблюдения
необходимо, чтобы поверхность микросхемы была открытой. Резкое изменение
потенциала на поверхности вызывает изменение контраста изображения,
формируемого вторичными электронами, и свидетельствует о разомкнутой
электрической цепи или о перегретых участках. Этим методом можно легко
обнаружить загрязнение перехода, частицы пыли, проколы в окисном слое и
царапины на тонком слое металлизации. Нормальный градиент потенциала в
резисторе можно наблюдать в виде равномерного изменения цвета от темного на
одном конце резистора до светлого на другом его конце, при этом подложка
имеет более высокое напряжение смещения, как это обычно бывает и
интегральных микросхемах. Изображение резистора поэтому будет рельефным.
Установив ряд таких изображений интегральных компонентов, соответствующих
норме, можно судить на основании сравнения с этими эталонами об отклонениях
и вызвавших их причинах. Увеличение энергии электронов в луче позволяет
проникать в поверхностный слой для обнаружения таких дефектов, как трещины.
Для измерения термических профилей с выявлением перегретых участков
разработан инфракрасный сканирующий микроскоп. Микроскоп включает ИК-
детектор с высокой разрешающей способностью, объединенный с прецизионным
сканирующим и записывающим устройствами. Чувствительным элементом является
пластина антимонида индия, поддерживаемая при температуре жидкого азота.
Такую аппаратуру используют для оценки качества конструкции данной
микросхемы в отношении рассеяния тепла и мощности. Термосканирующий прибор
имеет следующие достоинства: высокая разрешающая способность–порядка 1*10-3
мм2 , высокая чувствительность к изменению температуры – порядка 2°С,
широкий температурный диапазон–от 30 до нескольких сотен градусов, высокая
скорость срабатывания – единицы мкс, неразрушающее и бесконтактное
измерение.
В планарных структурах на поверхности схемы хорошо видны горячие
участки, возникающие в результате наличия проколов в окисле и диффузионных
каналов в полупроводнике. Отклонения от нормы обнаруживают путем сравнения
с нормально функционирующими стандартами ИМС. В последние годы широкое
применение получили термографические системы, основанные на использовании
термочувствительных красок. Пленки из термочувствительных красок, в том
числе жидких кристаллов, нанесенные на поверхность интегральной микросхемы,
поставленной под нагрузку, окрашиваются в различные цвета, что позволяет,
наблюдая ИМС под микроскопом, фиксировать изменение температуры с точностью
до 0.5° С.
Тестовые интегральные микросхемы. Наличие в интегральных микросхемах
большого количества конструктивных элементов– по несколько сотен и тысяч
пересечений проводников, переходов со слоя на слой, областей и выводов
активных и пассивных компонентов, контактных площадок и др. Практически
исключает 100%-ный контроль всех элементов по электрическим параметрам из-
за высокой трудоемкости этой операции. В это же время необходимость такого
контроля, особенно на этапе отработки и совершенствования технологии,
очевидна.
Для контроля электрических характеристик структур и качества
проведения технологических операций используют специально изготовляемые или
размещаемые на рабочей подложке структуры, называемые тестовыми
микросхемами. Основной принцип их построения состоит в том, что тестовая
микросхема по отношению к реальной должна быть изготовлена по тому же
технологическому маршруту, содержать все конструктивные элементы в
различных сочетаниях и обеспечивать удобство их контроля во время испытаний
и оценку качества технологического процесса. Удобство контроля достигается
либо последовательным, либо параллельным включением в электрическую цепь
элементов микросхемы. Тестовые микросхемы состоят из набора нескольких
сотен однотипных элементов–диодов, транзисторов резисторов, переходов со
слоя на слой, пересечений проводников и др. с контактными площадками и
такой коммутацией, которая позволяет при надобности изменить каждый элемент
схемы отдельно или проконтролировать сразу группу элементов. Например,
тестовая резисторная схема является последовательной схемой, содержащей 200
элементов, между которыми имеются контактные площадки. Если в реальной ИМС
встречаются высокоомные и низкоомные резисторы, то делают две различные
тестовые микросхемы, отображающие специфику каждого типа резисторов.
Аналогичный подход используется для тестовых микросхем транзисторов и
диодов.
Наряду с тестовыми микросхемами контроль отдельных компонентов, в
первую очередь диодов и транзисторов, производится с помощью тестовых
кристаллов. Тестовый кристалл содержит набор изолированных элементов,
встречающихся в интегральной микросхеме (рис.1). Его размеры близки к
размеру чипа и на пластине расположено тестовых кристаллов столько же,
сколько размещается интегральных микросхем.
Применение тестовых микросхем и кристаллов позволяет организовать
эффективный технологический контроль производства ИМС и сократить
трудоемкость при проведении при проведении испытаний на надежность БИС,
особенно на этапе отработки технологии.
С повышением функциональной сложности интегральных микросхем резко
возрастает трудоемкость и сложность операций контроля их параметров.
Практически невозможно проверить интегральную микросхему без
автоматизированных контрольно измерительных систем.
К основным видам контрольных испытаний интегральных микросхем
относятся:
|Параметрический контроль |
| Функциональный контроль |
| Диагностический контроль |
[pic]
Целесообразность и эффективность применения различных видов контроля
зависит главным образом от сложности и степени интеграции микросхем, типа
логических элементов и целей контрольных испытаний.
Параметрический контроль. Используется для микросхем с малой
интеграцией и включает в себя измерения основных параметров на постоянном
токе. Кроме того, данный вид предусматривает проведение проверки
правильности выполнения несложных логических функций, которая проводится
одновременно с последовательным измерением выходных электрических сигналов
после подачи определенной комбинации калиброванных сигналов тока или
напряжения на входы интегральной схемы.
Следует отметить, что эффективность параметрического вида контроля с
точки зрения оценки работоспособности микросхемы в целом с повышением
степени интеграции уменьшается, а измерение некоторых процессов, таких, как
время нарастания и спада сигнала, становится нецелесообразным.
Функциональный контроль. Используется для проверки интегральных схем с
высокой степенью интеграции и включает в себя проведение статистических и
динамических измерений на базе контрольной тестовой таблицы, составленной,
например, с помощью ЭВМ с учетом минимизации количества входных кодовых
комбинаций. Функциональный контроль позволяет проводить проверку больших
интегральных микросхем в условиях, близких к эксплуатационным.
Диагностический контроль. Наиболее эффективен при проведении испытаний
гибридных интегральных микросхем, в которых в принципе возможна замена
неисправных элементов, расположенных на общей подложке.
Сложность и многообразие программы функционального и диагностического
контроля интегральных микросхем требуют обязательного использования ЦВМ и
специальных автоматизированных систем. Автоматизированные системы,
используемые для контроля интегральных микросхем, характеризуются
следующими основными параметрами: производительностью, максимальным числом
выводов, максимальным числом разрядов кодовой комбинации, выдаваемой одной
командой за один цикл управления, числом контрольных постов в системе, с
которыми возможна одновременная работа, составом и универсальностью
программного обеспечения, возможностью выполнения параметрического
контроля.
Принцип работы автоматизированной системы функционального контроля
интегральных микросхем с применением ЦВМ состоит в следующем.
По команде от ЦВМ в счетчик адреса памяти записывается начальный
адрес входных тестовых комбинаций, а в регистр адреса контролируемой
тестовой комбинации – соответствующий адрес. На компаратор подается от ЦВМ
ожидаемая комбинация входных сигналов. Несколько разрядов запоминающего
устройства входных тестовых комбинаций выделено для хранения определенного
числа циклов тактового генератора В течение периода хранения на входные
выводы интегральной схемы должна подаваться одна и та же тестовая
комбинация. Число циклов в обратном коде переписывается в счетчик
повторений тестовых комбинаций, на счетный вход которого поступают тактовые
импульсы. При его заполнении увеличивается содержимое счетчика адреса
памяти и опрашивается запоминающее устройство входных тестов по новому
адресу. При равенстве адреса счетчика памяти и регистра контролируемой
комбинации прекращается подача тактовых импульсов, компаратор стробируется
по времени, фиксируя входные импульсы последней тестовой комбинации.
Путем записи в регистр адреса контролируемой комбинации различных
адресов проверяется интегральная микросхема с динамической логикой на всех
тестовых комбинациях. Кроме указанных элементов система включает в себя
схему сравнения, схему выдачи входных воздействий и вентиль.
Наиболее эффективными методами контроля качества соединений являются
испытания на механическую прочность и металлографический анализ.
Для проверки механической прочности соединений существует много
приспособлений и установок, а также способов испытаний. Например, при
испытании на срез структуру с подсоединенными выводами подвергают
растяжению силой, действующей параллельно поверхности подложки. Если
прочность соединения составляет менее 70% прочности примененной проволочки,
соединение считается качественным. Испытание соединений на отрыв
выполняется путем многократных изгибов вывода под углом 30, 45 и 90°
относительно поверхности подложки (установка УКПМ-1).
Прочность клеевых соединений определяют испытаниями на разрыв.
Прочность клеевого соединения на разрыв должна быть не менее
(125...150)*105 Н/м2.
Металлографический анализ заключается в обследовании поперечных или
косых шлифов и позволяет выявить их внутреннюю структуру и обнаруживать не
смоченные при пайке участки, проплавления, микротрещины, раковины, поры,
интерметаллические включения, следы диффузии припоя по границам зерен.
Рентгеновская дефектоскопия с помощью расходящегося пучка позволяет
обнаруживать внутренние дефекты и дает достаточную информацию о надежности
соединений. В отличие от металлографического анализа этот метод
неразрушающий.
Контроль деталей после холодной штамповки выполняется визуальным
осмотром. Основные виды брака после холодной штамповки и их причины
приведены в табл. 1.
[pic]
Размер деталей. Измеряют универ-сальными измерительными
инструментами: штангенциркулем, микрометром, индикатором и оптическим
прибором – инструментальным микроскопом.
Плоскость поверхностей деталей проверяют методом световой щели с
помощью лекальной линейки. Глаз человека способен улавливать просвет в
0.003...0.004 мм.
Контроль на герметичность проводится дважды: после изготовления
основания корпуса с изолированными выводами и после герметизации микросхем.
Герметичность спая выводов с материалом основания или герметичность
микросхемы в корпусе характеризуется скоростью натекания гелия. Для готовых
микросхем за критерий герметичности принята скорость натекания гелия (см3
/с) при разности давлений снаружи и внутри корпуса 105 Па. Корпусы высокого
качества имеют скорость натекания, не превышающую 10-8 см3/с.
Проверка оснований корпусов на герметичность выполняется с помощью
специальных приспособлений, позволяющих с помощью вакуумных уплотнений
создавать объем, замкнутый на контролируемую деталь.
Существует много методов контроля на герметичность. Наиболее часто
применяются масс-спектрометрический, вакуум–жидкостный и влажностный
методы.
Масс-спектрометрический метод основан на индикации атомов гелия,
вытекающих через имеющиеся в отдельных узлах или загерметизированных
корпусах течи. Применение гелия для обнаружения течей объясняется тем, что
он является самым подвижным газом и обладает высокой проникающей
способностью. Гелий вводится в корпус микросхемы либо при герметизации,
либо путем длительной выдержки уже загерметизированных микросхем в
специальных герметических камерах–бомбах, заполненных после предварительной
откачки гелием до давления (3...5)*105 Па. За время выдержки (3...48ч) в
бомбе в корпусы микросхем, имеющих течи, проникает гелий. Микросхемы
извлекают из бомбы и помещают в стакан установки, например полуавтомата
УКГМ-2 с трехпозиционной каруселью. Поворотом карусели стакан переходит в
новую позицию, уплотняется и откачивается. После откачки объем стакана
автоматически переключается на течеискатель, который преобразует истечение
гелия в электрический сигнал. Если сигнал превышает установленное значение,
ИМ бракуется.
Масс-спектрометрический метод отличается высокой чувствительностью. К
недостаткам относятся: низкая производительность (100...200шт/ч), сложность
обслуживания установок.
Вакуум–жидкостный метод основан на регистрации пузырьков воздуха,
выходящих через течи корпуса в жидкость, над которой создают разряжение
около 10...15 Па. Жидкость–керосин или уайт-спирит предварительно
вакуумируют , т.е. выдерживают в течение часа при давлении 700 Па и при
температуре 70...120°С. Микросхемы погружают в жидкость. Если в корпусе
имеется течь, то за счет разницы давлений внутри и вне корпуса газ будев
выходить наружу в виде струйки мелких пузырьков. Таким образом, при
визуальном наблюдении обнаруживается место течи. Метод прост, оперативен,
более производителен - до 700шт/ч, но менее чувствителен и поэтому
позволяет обнаруживать только грубые течи. Метод применяется как
предварительный для обработки корпусов с большими течами перед
окончательным контролем масс-спектрометрическим методом.
Компрессионно-термический метод - разновидность предыдущего метода.
Корпусы опускаются в нагретое обезвоженное силиконовое масло. Нагрев до
200°С повышает чувствительность метода.
Влажностный метод контроля наиболее прост, надежен и позволяет
одновременно контролировать, кроме герметичности, стойкость покрытий
корпусов на воздействие повышенной влажности. Микросхемы выдерживают в
камерах тепла и влаги в течение нескольких суток в условиях повышенной
влажности (95...98%) при температуре (40±5) °С. Критерием забраковки
является ухудшение электрических параметров вследствие проникновения влаги
в корпуса. Однако в камерах тепла и влаги отбраковываются ИМ только с
грубыми течами. Кроме того, камера не позволяет оперативно обнаруживать
негерметичность ИМ с хорошо защищенными структурами. Проникновение влаги в
корпус таких ИМ обнаруживается значительно позже, когда произойдет отказ,
например, из-за корозии интерметаллических соединений.
Список использованной литературы:
Малышева И.А. «Технология производства интегральных микросхем» , М., Радио
и связь 1991.
Курносов А.И. «Технология производства полупроводниковых приборов и
интегральных микросхем» М., 1979.
| |
