![]() |
![]() |
![]() |
|
|||||||||
|
![]() | |||||||||||
|
![]() |
||||||||
МЕНЮ
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Усовершенствование блока управления и конструкции реактора установки вакуумного напыленияУсовершенствование блока управления и конструкции реактора установки вакуумного напыления62 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ТЕХНОЛОГІЇ МАШИНОБУДУВАННЯ ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ СПЕЦІАЛІСТА Вдосконалення блока керування та конструкції реактора установки вакуумного напилення ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 090.212 Електронне машинобудування Виконавець: _____________ Керівник: старший викладач ___________ Консультанти: з економіки та організації виробництва: старший викладач __________ з техніки безпеки та охорони праці: старший викладач __________ Нормо контролер: Старший викладач _________ Допущено до захисту «______»___________________ Завідувач кафедри: д.т.н. професор _____________ РЕФЕРАТВ дипломном проекте по теме “Усовершенствование блока управления и конструкции реактора установки вакуумного напыления” усовершенствована схема блока управления и устройство поворота заслонки в вакуумной камере с целью обеспечения большей эффективности, надёжности, простоты и удобства обслуживания и управления процессом напыления. Данный проект состоит из следующих разделов:1.Технологии вакуумного напыления и оборудование для нанесения тонких слоев и плёнок.Рассмотрены: различные методы напыления и физические основы нанесения тонких пленок, основные требования и системы оборудования для нанесения тонких плёнок, элементы вакуумных систем и устройство вакуумных камер для получения тонких плёнок.2.Усовершенствование установки вакуумного напыления.Рассматривается конструкция и принцип работы лабораторной установки вакуумного напыления, усовершенствования и разработка 3-х канального блока управления током нагрева испарителей и подогревателя подложки, расчёт силового трансформатора, а также изменения принципа поворота заслонки с помощью поворотного устройства через вакуумное уплотнение.3.Экономическая часть Содержит экономическое обоснование разработки установки вакуумного напыления.4.Охрана труда и техника безопасности.Проводится анализ условий труда и расчет защитного заземления для данной установки.Также в дипломный проект входит графическая часть из 8-ми чертежей формата А-1 СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ1. ТЕХНОЛОГИИ ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ТОНКИХ СЛОЁВ И ПЛЁНОК1.1. Физические основы нанесения тонких плёнок в вакууме1.1.1. Термическое вакуумное напыление 1.1.2. Катодное распыление 1.1.3. Ионно-плазменное напыление 1.2. Вакуумные системы и их элементы 1.2.1. Основные требования, предъявляемые к вакуумным системам. 1.2.2. Вакуумные системы оборудования для нанесения тонких плёнок 1.2.3. Элементы вакуумных систем1.3. Устройство вакуумной камеры для получения тонких плёнок термическим испарением2 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БЛОКОВ УСТАНОВКИ ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ 2.1. Конструкция и принцип работы лабораторной установки вакуумного напыления 2.1.1. Блок-схема 2.1.2. Принципиальная схема вакуумной системы 2.1.3. Устройство вакуумной системы. 2.1.4. Структура электрической схемы базовой установки 2.2. Модернизация электрической схемы установки вакуумного напыления 2.2.1. Расчёт силового трансформатора 2.2.2. Разработка трёхканального устройства регулирования тока 2.2.3. Обеспечение поддержания постоянной температуры подложки 2.2.4. Структура модернизированной электрической схемы.2.3. Разработка механического устройства поворота заслонки 2.3.1. Выбор устройства для передачи движения в вакуумную камеру 2.3.2. Конструкция механизма поворота заслонки 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ3.1Технологический процесс изготовление печатной платы и валика4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ4.1. Подготовительный этап4.2. Информационный этап4.3. Заключение 5. ОХРАНА ТРУДА И ТЕНИКА БЕЗОПАСНОСТИ5.1. Анализ условий труда5.2. Освещенность5.3. Искусственное освещение5.4. Электробезопасность. Расчёт защитного заземления5.5. Шум5.6. Оздоровление воздушной среды 5.7. Пожарная безопасность ЗАКЛЮЧЕНИЕСПИСОК ЛИТЕРАТУРЫВВЕДЕНИЕВакуумная техника широко применяется как во многих отраслях промышленности так и при научных исследованиях.Без развития техники получения высокого, а затем и сверхвысокого вакуума не были бы возможны успехи атомной и ядерной физики, приведение к практическому использованию атомной энергии и глубокому изучению строения вещества. С достижением сверхвысокого вакуума в камерах имитации космического пространства в условиях Земли стало возможным изучение космоса.В производстве изделий электронной техники современное вакуумное оборудование обеспечивает возможность успешной разработки новых электронных приборов. Вакуумная техника широко используется в установках для получения тонких пленок, для изготовления резисторов, конденсаторов, контактов, функциональных схем и жидкокристаллических ячеек. Изготовление полупроводниковых приборов, элементов солнечных батарей и кварцевых резонаторов также требует применения вакуумной техники.Настоящий дипломный проект посвящен усовершенствованию установки вакуумного напыления металлических слоёв и диэлектрических пленок в вакууме с целью повышения их качества .1. ТЕХНОЛОГИИ ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ТОНКИХ СЛОЁВ И ПЛЕНОКВ настоящей главе приведен краткий обзор технологий получения пленочных структур на основе вакуумной техники, наиболее часто использующихся при производстве изделий электронной техники. Рассмотрены принципы построения вакуумных систем и их элементы. Более подробно описан метод и оборудование для нанесения тонких пленок в вакууме методом термического испарения. 1.1. Физические основы нанесения тонких пленок в вакуумеВ технологии получения тонких пленок вакуумными методами различают три этапа:испарение вещества с целью получения пара-атомарного потока;перенос пара в вакуумном пространстве;конденсация пара на подложке и образование пленочной структуры.В тонкопленочной технологии для нанесения тонких пленок наибольшее применение нашли следующие методы: термическое вакуумное напыление, катодное распыление, ионно-плазменное напыление.[3.стр. 37]Термическое вакуумное напылениеСущность данного метода заключается в нагреве вещества в вакууме до температуры, при которой возрастающая с нагревом кинетическая энергия атомов и молекул вещества становится достаточной для их отрыва от поверхности и распространения в окружающем пространстве. Это происходит при такой температуре, при которой давление собственных паров вещества превышает на несколько порядков давление остаточных газов. При этом атомарный поток распространяется прямолинейно и при столкновении с поверхностью испаряемые атомы и молекулы конденсируются на ней. При испарении в замкнутой системе между испарившимися и конденсируемыми частицами устанавливается динамическое равновесие, которому соответствует равновесное давление паров (насыщенный пар). Давление насыщенного пара зависит только от температуры:p = BT-1/2exp(-C/T) , (1.1) где В и С - постоянные коэффициенты, значения которых различны для разных материалов.Температуру, при которой давление паров вещества над его поверхностью составляет 1,33 Па, называют температурой испарения вещества.Скорость испарения вещества vисп определяется количеством частиц, покидающих в единицу времени единицу поверхности испаряемого вещества. При молекулярном режиме испарения, когда давление остаточных газов мало (менее 10-2 Па), скорость испарения зависит от давления насыщенного пара и температуры испарения. Исходя из кинетической теории газов, скорость vисп определяют таким образом. Количество частиц , испаряющихся за 1 с с единичной поверхности твердого или жидкого тела в вакууме, =nv (1.2)где n - концентрация молекул; v - скорость молекул.Молекулы газа, обладая кинетической энергией mv2/2, при ударении о стенку сосуда создают давлениеp = n (1.3)В условиях динамического равновесия давление молекул во всем объеме вакуумного пространства остается постоянным и определяется, согласно (1), температурой испарения. От температуры испарения зависит и средняя кинетическая энергия молекул газа: (1.4)На основании (3) и (4) связь концентрации молекул с давлением газа определяется выражениемn = p/(T) (1.5)Поскольку молекулы в вакуумном пространстве перемещаются со среднеквадратичной скоростью = , выражение (2) с учетом (5) записывают в виде (1.6)Чтобы выразить значение скорости испарения в единицах массы, выражение (6) следует умножить на массу одной молекулы. Тогда (1.7)где М - молекулярный вес вещества; А0 - число Авогадро.Согласно кинетической теории газов, средняя длина свободного пробега определяется среднеарифметической скоростью v и числом столкновений молекулы с другими молекулами в 1 с: = v/z = (1.8)или с учетом (5) = (1.9)где - эффективный диаметр молекулы газа (=3,7 10-10 м).Из выражения (9) следует, что значение зависит от степени вакуума (при p = 1,33 Па = 4,7 мм, при p = 1,33 10-2 Па = 47 см). Это обусловливает конструктивные параметры рабочей камеры при получении молекулярного (атомарного) потока. В частности, расстояние подложки от испарителя должно быть всегда меньше . После столкновения атомов паровой фазы с подложкой могут происходить три явления: адсорбция, приводящая к окончательному оседанию атома, адсорбция, приводящая к реиспарению через некоторое время, отражение сразу после столкновения. Отражение обычно имеет небольшую вероятность. Вероятность реиспарения в единицу времени (1.10)где f - частота колебаний адсорбированного атома; Еа - энергия активации адсорбции или энергия связи адсорбированного атома с поверхностью; Тп - температура подложки.Как видно из (10), для уменьшения реиспарения необходимо, чтобы Еа kTп , что достигается определенным значением температуры подложки. [3.стр. 64]Катодное распылениеДанный метод нанесения пленок основан на явлении разрушения катода при бомбардировке его ионизированными атомами разреженного газа. Атомы, вылетающие с поверхности катода при его разрушении, распространяются в окружающем пространстве и конденсируются на подложке.Физическая сущность катодного распыления состоит в следующем. Между двумя электродами (анодом и катодом), находящимися в газе при небольшом давлении (102 - 1 Па), при подаче постоянного напряжения возникает тлеющий разряд, сопровождающийся эмиссией электронов из катода. В основной области тлеющего разряда - темном катодном пространстве, где сосредоточено максимальное электрическое поле, происходит ускорение электронов до энергии ионизации газа, что необходимо для поддержания разряда. Ионы газа ускоряются в при катодной области и бомбардируют катод. Энергии бомбардируемых ионов недостаточно для выбивания атомов из катода; они только увеличивают частоту колебаний атомов. Эти колебания передаются более эффективно по направлению наиболее плотно упакованных атомных рядов кристаллической решетки, в том числе и по направлению поверхности катода. В результате наложения многих колебаний поверхностный атом может получить от соседних атомов энергию, достаточную для преодоления силы связи. В этом случае атом вылетает с поверхности катода. Одновременно в результате бомбардировки происходит эмиссия электронов из катода.Количество вещества катода Q, распыляемого в единицу времени, определяется выражениемQ = k (1.11)где k - коэффициент пропорциональности; U - приложенное напряжение; Uk - напряжение критического катодного падения; i - сила ионного тока; р - давление; d - ширина темного катодного пространства.Скорость распыления определяется коэффициентом катодного распыления - количеством атомов, покидающих катод, на каждый бомбардирующий его ион, что зависит от материала, энергии и угла падения иона.Коэффициент катодного распыления рассчитывают на основании экспериментальных данных по формулеs = A0Q (1.12)где Z - атомный номер иона; А - атомный вес вещества.Распределение частиц по направлениям вылета подчиняется закону косинуса. Только небольшая доля частиц достигает подложки прямолинейно. Средняя длина свободного пробега в вакууме при остаточном давлении 10-1 Па не превышает нескольких миллиметров, поэтому частицы металла теряют свою энергию при столкновении с молекулами и ионами остаточного газа и достигают подложки в результате диффузии. Для получения равномерной по толщине пленки градиент концентрации атомов металла в диффузионном слое должен быть всегда направлен перпендикулярно подложке. Это требует параллельного расположения подложки по отношению к катоду. При конденсации подложка не нагревается.Различают физическое и реактивное катодное распыление. При физическом распылении отсутствует химическая реакция; в качестве рабочих газов используют аргон или азот. Реактивное распыление основано на введении дополнительного (реактивного) газа, который взаимодействуя с конденсируемыми атомами на подложке, способствует получению пленок с различными свойствами.Системы для нанесения пленок катодным распылением, в которых мишень из распыляемого материала является катодом, а держатель подложек - анодом, называются двухэлектродными или диодными. Схема установки для нанесения пленок катодным распылением приведена на рис.1. Подложки 5 помещают на металлическую (обычно алюминиевую) пластину (анод) 6. Катодом 3 служит пластина, сетка или решетка, изготовленные из материала, подвергаемого распылению. Подложки помещают на определенном (в зависимости от условий распыления) расстоянии от катода. Из объема установки откачивают воздух. Напыление пленки производят при давлении 1,3-13 Па в остаточной атмосфере воздуха или в инертном газе, чаще всего в аргоне. Для зажигания тлеющего разряда между катодом и анодом через ограничительный резистор подается высокое напряжение (1-20 кВ).Для получения оптимальных условий распыления подбирают соответствующее соотношение между тремя величинами: расстоянием между катодом и анодом, приложенным напряжением и давлением газа. Рисунок 1. Камера для катодного распыленияИонно-плазменное напылениеИонно-плазменный метод нанесения пленок является разновидностью катодного распыления, но в отличие от последнего распыление осуществляется не бомбардировкой катода возбужденными ионами тлеющего разряда, а бомбардировкой специальной мишени ионами плазмы газового разряда.Рисунок 2. Схема установки ионно-плазменного распыленияСистемы для ионно-плазменного напыления пленок называют трехэлектродными или триодными. На рис.2 показана схема установки для распыления материалов в плазме газового разряда низкого давления с искусственным катодом. В верхней части вакуумного колпака помещается анод 4, в нижней - вольфрамовый катод 7. Третьим электродом или зондом Лэнгмюра служит мишень 5, используемая в качестве источника распыляемого материала. Подложка 2 является электродом, на поверхности которого конденсируется распыляемый материал. Печь 3 служит для подогрева подложки. Перед подложкой установлен подвижный экран 1, а рядом с мишенью - неподвижный экран 6. Камеру с помощью паромасляного диффузионного насоса откачивают до давления 1,3 10-4 Па, подогревают подложку и включают ток накала на катод. Катод разогревается до температуры, достаточной для получения термоэлектронного тока высокой плотности (порядка нескольких ампер на квадратный сантиметр); между накаленным катодом и анодом прикладывают напряжение. После этого в камеру поступает инертный газ при давлении 1,33 (10-2 - 10-1) Па.Зажигание разряда осуществляют с помощью высокочастотного трансформатора Тесла, а при достаточно большом термоэлектронном токе разряд возникает сам или требуется лишь небольшое дополнительное повышение анодного напряжения. После возникновения разряда разрядный ток достигает нескольких ампер, а напряжение на аноде падает до 60-40 В, т.е. для разряда характерна падающая вольтамперная характеристика.Возникающие в разряде положительные ионы с низкой энергией бомбардируют подложку и удаляют с ее поверхности большую часть слабосвязанных загрязнений путем нагрева и «ионного травления». После этого на источник распыляемого материала (мишень) подается отрицательный потенциал. Вытягиваемые из плазмы разряда положительные ионы бомбардируют мишень с энергией, достаточной для распыления атомов материала мишени. При больших энергиях бомбардирующих ионов выбитые из мишени атомы движутся преимущественно в направлении, перпендикулярном ее поверхности, и могут быть сконденсированы на поверхности подложки, находящейся напротив мишени. Подвижный экран позволяет одновременно или последовательно предварительно очищать поверхности подложки и мишени путем распыления поверхностных загрязнений. Качество очистки поверхности мишени и особенно подложки является одним из важнейших факторов в процессе формирования пленки из конденсирующего распыленного материала.Большим преимуществом ионно-плазменного напыления является его универсальность. С одинаковым успехом могут быть распылены металлы с различными свойствами, например вольфрам и золото. Такие сплавы, как нихром, пермаллой и нержавеющая сталь, распыляются без изменения их состава. Сложные (сплавные) пленки, состоящие из двух или нескольких металлов, можно изготовлять также одновременным распылением нескольких независимых мишеней. Метод ионно-плазменного напыления является наиболее распространенным в производстве ИМС для получения пленок из материалов с различными свойствами. [3.стр. 127]Вакуумные системы и их элементыВакуумное оборудование для нанесения тонких пленок так же, как оборудование для откачки ЭВП, может быть разделено на следующие группы: вакуумные установки непрерывного действия; вакуумные установки непрерывного действия и конвейерные линии непрерывного действия.Установки периодического действия колпакового типа наиболее распространены в промышленности. Однако контактирование довольно сложного подколпачного устройства установки с атмосферным воздухом после подъема колпака, а также невозможность прогрева колпака затрудняют получение давления меньше 1 10-4 Па. Производительность таких установок также невелика из-за значительного вспомогательного времени, необходимого для получения рабочего давления.Стремление повысить производительность оборудования, а также обеспечить одинаковые условия для изготовления изделий привело к созданию автоматизированных установок непрерывного действия с шлюзовой загрузкой. Непрерывная подача изделий в рабочую камеру устраняет необходимость в остановке работы вакуумной системы и сообщении рабочей камеры с атмосферным воздухом при переходе от одной партии изделий к другой.Благодаря этому резко сокращается вспомогательное время, обеспечивается однородность технологического процесса и повышается производительность труда.Вакуумные системы современных установок для нанесения тонких пленок состоят из следующих основных узлов: вакуумной рабочей камеры, коммутирующих элементов, средств откачки и средств измерения давления.[3.стр. 132.], [ 2.стр.285 ]Основные требования, предъявляемые к вакуумным системамВ зависимости от назначения технологической установки к ее вакуумной системе может быть предъявлен ряд требований, выполнение которых обеспечивает возможность проведения необходимого технологического процесса, осуществляемого в вакууме.Вакуумная система должна обеспечить получение требуемого давления в откачиваемом сосуде. Так, установка, предназначенная для откачки ЭВП, должна иметь вакуумную систему, обеспечивающую получение и поддержание давления в приборе на таком уровне, который исключает отравление катода и загрязнение других элементов прибора при достаточно быстром его обезгаживании прогревом. Для удовлетворения этого требования вакуумная система должна быть герметичной и снабжена соответствующими средствами откачки, измерения давления, коммутирующими и разъемными элементами.Важным условием выполнения этого требования является подбор материалов, из которых будут изготовлены вакуумная система и ее элементы, а также методы подготовки вакуумной системы к работе.Вакуумная система должна обеспечить возможность получения требуемой быстроты откачки сосуда. Для этого вакуумная система должна иметь определенную проводимость, а примененный вакуумный насос должен обладать необходимой быстротой действия.Вакуумная система должна быть снабжена устройствами для контроля ряда параметров, характеризующих ее состояние.К таким основным параметрам относятся общее и парциальные давления остаточных газов, скорость собственного газовыделения вакуумной системы, скорость накопления отдельных газов и паров в вакуумной системе и т.д.Для контроля и измерения этих параметров вакуумную систему снабжают преобразователями давления, масс-спектрометрами, потокомерами и другими измерительными приборами.При применении автоматических систем управления технологическими процессами (АСУТП) вакуумная система должна быть оснащена набором различных датчиков, осуществляющих передачу информации на ЭВМ. Используемые в вакуумной системе коммутирующие элементы должны быть автоматизированными, а средства откачки - высокопроизводительными и долговечными.Технологический процесс, осуществляемый на вакуумных установках, часто длится многие десятки часов, поэтому вакуумная система должна быть высоконадежной при эксплуатации и иметь длительный межремонтный период. Это требование вызвано также и тем, что необходимо поддерживать вакуумную систему в рабочем состоянии в течение как можно большего времени. Вакуумная система, длительно не соприкасающаяся с атмосферой (особенно это относится к высоковакуумным магистралям), с течением времени обезгаживается, снижается ее собственное газовыделение и повышается эффективность ее работы. [3.стр. 162.], [ 2.стр.264 ] 1.2.2. Вакуумные системы оборудования для нанесения тонких пленок Требования, предъявляемые к вакуумным системам оборудования для нанесения тонких пленок, сформулированы в параграфе 1.2.1, а принципиальное построение вакуумных систем во многом напоминает схемы вакуумных систем индивидуальных откачных постов.В табл.1 приведены принципиальные схемы вакуумных систем наиболее распространенных установок для нанесения тонких пленок. Вакуумная система, выполненная по схеме 1 табл.1, нашла применение в установках для производства интегральных схем. Рабочая камера 14 предварительно откачивается до давления 5 Па через кран 4 механическим вакуумным насосом 7, который в этой время отсоединен от пароструйного диффузионного насоса 11 краном 8. Затвор 13 закрыт, а насос 11 работает на форвакуумный баллон 9. После достижения давления около 10 Па высоковакуумная откачка рабочей камеры до давления 110-4 - 510-5 Па осуществляется через азотную ловушку 12 высоковакуумным насосом 11; при этом кран 4 закрыт, а кран 8 открыт. При выключении насоса 7 в него напускают воздух через электромагнитный клапан 6. Краны 4 и 8 и электромагнитный клапан 6 смонтированы в один блок.Давление в вакуумной системе измеряют манометрическими преобразователями 2 и 10.Часто внутри рабочей камеры 14 размещают охлаждаемую жидким азотом ловушку 1 (мейснеровская ловушка), назначение которой - улучшить вакуум в камере при значительном газовыделении некоторых материалов при их испарении. С этой же целью в ряде конструкций устанавливают в рабочей камере дополнительные титановые испарительные геттерные насосы или криосорбционные насосы, охлаждаемые жидким гелием. Для напуска воздуха или газа в рабочую камеру предусмотрены электромагнитный натекатель 5 и ручной натекатель 3.Вакуумная система, изготовленная по схеме 2 табл.1, используется в установках для производства многослойных тонкопленочных элементов микросхем методом ионного испарения материалов. В качестве основного средства откачки применен бустерный насос 16 с азотной ловушкой 17, который откачивает рабочую камеру 1 до давления 5*10-3 Па через затвор 19. Затем из смесительного бака 5, который может быть предварительно откачан через кран 8, с помощью игольчатых натекателей 2,3 и 4 газ или смесь газов подается в рабочую камеру, и давление в ней возрастает до 15-5*10-1 Па.Уровень рабочего давления в камере стабилизируется и регулируется как изменением потока газа, напускаемого через игольчатые натекатели, так и положением заслонки 20, изменяющей эффективную быстроту откачки рабочей камеры 1. Предварительная откачка рабочей камеры чрез кран 9 и насоса 16 через краны 15 и 11 осуществляется механическим вакуумным насосом 13, снабженным водоохлаждаемым маслоотражателем 10. Электромагнитный клапан 14 служит для напуска воздуха в систему, а клапан 12 - в насос 13. Измерение давления в различных участках системы производится манометрическими преобразователями 7 и 18.Как уже отмечалось, вакуумные установки колпакового типа с использованием резиновых уплотнителей не позволяют получать высокий вакуум из-за невозможности производить высокотемпературный прогрев с целью обезгаживания рабочей камеры. Применение металлических уплотнителей при частых подъемах и опусканиях колпака значительно затрудняет эксплуатацию оборудования. Поэтому для получения давления меньше 10-5 Па в лабораторных установках для нанесения тонких пленок оказалось целесообразным использование двухстенных рабочих камер, выполненных по системе «вакуум в вакууме».Сверхвысоковакуумная система, изготовленная по этому принципу, соответствует схеме 3 табл.1. Наружная водоохлаждаемая толстостенная камера 1 уплотняется с плитой с помощью резинового уплотнителя и через кран 6 с моторным приводом, водоохлаждаемую ловушку 7 и кран 8 предварительно откачивается механическим вакуумным насосом 10 до давления 10-1 Па. Затем камера 1 через затвор 14 и азотную ловушку 16 откачивается до давления 10-3 - 10-4 Па пароструйным диффузионным насосом 15. Внутренняя тонкостенная рабочая камера 2 предварительно откачивается до давления 10-3 - 10-4 Па через кран 3 с моторным приводом, установленным в камере 1, одновременно с наружной камерой. Высоковакуумная откачка рабочей камеры 2 до давления 5*10-7 Па производится ионно-геттерным насосом 17. Для обезгаживания рабочей камеры 2 прогревом до 700 К через ее тонкие стенки пропускают электрический ток при непрерывной откачке камер 1 и 2. Уплотнение внутренней камеры осуществлено по притертым поверхностям. Благодаря тому, что вокруг камеры 2 создано достаточно высокое разрежение, перетекание газа из камеры 1 в камеру 2 незначительно. Газ в камеру 1 напускается с помощью натекателя 4, а в механический насос - натекателем 9. При предварительной откачке камер 1 и 2 насосом 10 последний отсоединяется от высоковакуумного насоса 15 краном 12, причем роль форвакуумного баллона в это время выполняет отсоединенный трубопровод, объем которого оказывается достаточным для поддержания необходимого выпускного давления на патрубке насоса 15. Для измерения давления в системе предусмотрены манометрические преобразователи 5, 11, 13 и 18. [3.стр. 185.], [2.стр.286 ]Таблица 1. Принципиальные схемы вакуумных систем оборудования для нанесения тонких пленок
Таблица 5. Технологический процесс изготовления валика Э652.2.34. (рис. 14), вариант сборный.
4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ В экономической части мы выполним расчет затрат (себестоимости) нового варианта модернизированной части электрической схемы установки вакуумного напыления. 4.1. Подготовительный этап 1. Характеристики базовой электрической схемы и ее назначение Базовая электрическая схема, приведенная на рис.7 характеризуется следующими недостатками: - невозможность реализации одновременного нагрева двух испарителей; - отсутствие устройства поддержания температуры подложки; - низкое значение коэффициента использования полезной мощности вследствие нестационарного режима использования элементов в цепи ЛАТР3-Тр1. В этой связи установка имеет существенные ограничения как по реализации качественно новых экспериментов, так и по воспроизводимости экспериментальных результатов. 2. Основные направления улучшения изделия Основными направлениями улучшения электрической схемы установки являются: - обеспечение возможности независимого управления испарителями за счет использования раздельной регулировки токов при одновременном снижении общих энергозатрат, обеспечиваемом применением современных электронных компонентов; - обеспечение возможности точного поддержания температуры за счет включения в электрическую схему соответствующего устройства. 4.2. Информационный этап 1. Расчет стоимости покупных деталей и полуфабрикатов Расчет стоимости полученных деталей и полуфабрикатов производим по данным электрической схемы модернизированной установки (рис.8, 10, 11), сведенным в табл. 5. Таблица 6 Расчет покупных изделий и полуфабрикатов
2. Расчет стоимости вспомогательных материалов Определим стоимость вспомогательных материалов методом удельного веса стоимости материалов в общей калькуляционной стоимости. Учитывая производственный опыт промышленности, принимаем удельный вес в прямых затратах покупных материалов равным 0,5 (50%), а стоимость вспомогательных материалов 0,1 (10%). Звсп.м. = где Звсп.м - затраты на вспомогательные материалы, грн.; Зпок. - прямые затраты на покупные материалы, грн.; Апок - удельный вес в прямых затратах покупных материалов, %; Авсп.м. - удельный вес в прямых затратах вспомогательных материалов, %. 3. Затраты на основную заработную плату Для радиоэлектронной промышленности стоимость изготовления колеблется в зависимости от сложности изготавливаемого устройства и составляется в процентах от стоимости основных материалов. В нашем случае - это плата невысокой сложности и малой степени интеграции (принимаем 18%). Технологический процесс изготовления печатной платы можно разделить на несколько стадий, каждая из которых дает свой весовой коэффициент в процентах от основной заработной платы. Подготовительные операции - операции по шлифовке и очистке. Они выполняются на шлифовальных машинах. Квалификация работ низкая. Специальность - шлифовальщик II разряда. Весовой коэффициент - 3%. Операция по нанесению рисунка с фотошаблона - трафаретная печать выполняется на специальных автоматах. Квалификация - высокая. Специальность - оператор сеткографического аппарата. Весовой коэффициент - 10%. Прессовка и термообработка - операции по прессовке слоев печатной платы. Эти операции выполняются автоматически с применением роботов. Квалификация работ по обслуживанию пресс-автомата. Весовой коэффициент - 5%. В механическую обработку входят операции резания, сверления, фрезерования, обработка отверстий. Все операции выполняются на станках с ЧПУ. Специальность - оператор ЧПУ. Весовой коэффициент - 60%. Химическая обработка. Эта стадия связана с применением химических реактивов и выделением вредных газов в процессе реакции. Поэтому данная стадия выполняется в закрытых камерах без участия человека, кроме транспортных функций, для которых не требуется высокой квалификации рабочего. Весовой коэффициент - 8%. Сборка. На этапе сборки осуществляется установка элементов, их пайка. Для установки используются роботы, для пайки - запаечные машины с волновой или каскадной пайкой. Этот этап очень ответственный, так как качество пайки определяет надежность и долговечность устройства. Специальность - расфасовщик. Весовой коэффициент - 8%. Проверка и тестирование. На этом этапе производится проверка качества полученного устройства и его характеристики. Работы выполняются на испытательном стенде старшим техником. Весовой коэффициент - 4%. Кроме того, для обслуживания станков, машин, оборудования требуются: слесарь-наладчик III разряда, инженер-робототехник и инженер-электронщик. Весовой коэффициент на оплату их труда составляет 2% от стоимости основных материалов. Определим затраты на основную заработную плату на основании удельного веса заработной платы в прямых затратах, равного 0,2 (20%). Зпл.осн. = где: - Зпл.осн. - затраты на основную заработную плату, грн.; - Зпок. - прямые затраты на покупные материалы, грн; - Апок - удельный вес покупных материалов в прямых затратах, грн.; - Апл.осн. - удельный вес основной заработной платы в прямых затратах, грн. Определим затраты на заработную плату на каждом этапе изготовления модернизированной электрической схемы управления и контроля вакуумной установки. Результаты помещены в таблице 6. Таблица 6 Расчет затрат на заработную плату для различных этапов технологического процесса
4. Затраты на дополнительную заработную плату Среднеотраслевые доплаты составляют 20% от основной заработной платы. Отсюда затраты на дополнительную заработную плату равны: Зпл.доп. = где: - Зпл.доп. - затраты на дополнительную заработную плату (в т.ч. доплаты за вредность выполняющим стадию химической обработки), грн. 5. Отчисления в бюджет Отчисления в бюджет принимаем равными 39,55 % от затрат на зарплату: Зсоц.мер. = где Зсоц.мер. - затраты на отчисления в фонд социальных мероприя- тий, грн. 6. Затраты на подготовку и освоение новых видов изделий Затраты на подготовку новых видов изделий находим при помощи коэффициента, определяющего, какой части основной заработной платы равняются затраты по этой статье расходов. Отраслевое значение коэффициента Кп.u. принимаем равным 20%. Зп.u. = Зпл.осн. где Зп.u. затраты на подготовку и освоение новых видов изделий, грн. 7. Затраты на износ специнструмента и приспособлений Затраты на износ специнструмента и приспособлений находим при помощи коэффициента, определяющего, какой части основной заработной платы равняются затраты по этой статье расходов. Отраслевое значение коэффициента Кuз приблизительно равен 40-80%. Зuз = Зпл.осн. где Зuз - затраты на износ специнструмента и приспособлений, грн. 8. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования находим при помощи коэффициента, определяющего, какой части основной заработной платы равняются затраты по этой статье расходов. Отраслевое значение коэффициента Крсэо = 60-75%. Зрсэо = Зпл.осн. где Зрсэо - затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, грн. 9. Общепроизводсвенные расходы. Цеховые расходы находим при помощи коэффициента Ку, определяющего, какой части основной заработной платы равняются затраты на содержание и эксплуатацию оборудования % Зу = Зпл.осн. где Зу - затраты на цеховые расходы, грн. 10. Общезаводские расходы Общезаводские расходы находим при помощи коэффициента, определяющего, какой части основной заработной платы равняются затраты по этой статье расходов. Отраслевое значение коэффициента Коз приблизительно равно 70%. Зоз = Зпл.осн. где Зоз - общезаводские расходы, грн. 11. Прочие производственные расходы Прочие производственные расходы находим при помощи коэффициента, определяющего, какой части заработной платы равняются затраты по этой статье расходов. Отраслевое значение коэффициента Кпр приблизительно равно 11%. Зпр = Зпл.осн. 12. Внепроизводственные расходы Внепроизводственные расходы находим при помощи коэффициента, определяющего, какой части стоимости производственных затрат равняются затраты по этой статье расходов. Отраслевое значение коэффициента Квпр равно 2%. Звпр = Спр (1) где: Звпр - внепроизводственные расходы, грн. Спр - сумма всех производственных затрат, грн. Спр. = Зпок. + Звсп.м. + Зпл.осн. + Зпл.доп. + Зсоц.мер. + Зп.u. + Зuз + Зрсэо + Зу + + Зоз + Зпр = 306,50 + 61,30 + 122,60 + 24,52 + 55,17 + 24,52 + 77,56 + + 85,82 + 61,30 + 85,82 + 13,49 = 918,60 грн. Найденное значение подставляем в формулу (1) и получаем результат: Звпр = 918,600,02 = 18,37 грн. 13. Полная себестоимость рассматриваемого объекта Полная себестоимость рассматриваемого объекта равняется сумме производственных и непроизводственных затрат Спол. = Спр + Звпр = 918,60 + 18,37 = 936,97 грн. Где Спол - полная себестоимость объекта, грн. 14. Прибыль (с учетом рентабельности) Рентабельность Р для радиоэлектронной промышленности равна 40%. Пи = Спол. где Пи - прибыль (с учетом рентабельности) грн. 15. Оптовая цена на изделия Оптовая цена на единицу изделия Цопт равна сумме полной себестоимости и прибыли Цопт = Спол + Пи = 936,97 + 374,79 = 1311,76 грн. 3.3. Заключение Поскольку результатом модернизации не ставилось улучшение экономических показателей, а только придание ему новых функциональных возможностей, провести сравнительный анализ базового и нового варианта электрической схемы не представляется возможным. В этой связи в настоящем экономическом расчете ограничимся расчетом себестоимости единицы продукции, которая составляет 936,97 грн.. 5. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ Модернизируемая установка предназначена для осаждения диэлектрических и полупроводниковых слоев в вакууме. 5.1. Анализ условий труда Установка рассчитана на эксплуатацию в помещении при температуре окружающей среды 20 ± 5 оС, относительной влажности воздуха 60 ± 15% при нормальном атмосферном давлении. Питание автомата осуществляется трехфазным переменным током от четырех проводной линии (с нулевым проводом) частотой 50Гц напряжением 380В. Электрическая мощность, потребляемая автоматом не более 5 кВт. Для освещения рабочего места предпочтительно использовать естественное освещение, но в зимнее время, а также при пасмурной погоде, необходимо предусмотреть искусственное освещение, которое должно обеспечивать нормальные условия труда. Для поддержания в помещении, где расположена установка, требуемой температуры необходимо использовать устройства контроля климата. Выявленные потенциальные производственные опасности вызывают необходимость проведения технических, технологических и организационных мероприятий, которые должны быть разработаны для создания безопасных и безвредных условий труда. 5.2. ОсвещенностьСвет обеспечивает связь организма с внешней средой, обладает высоким биологическим и тонизирующим действием. Около 90% всей информации в внешнем мире человек получает через органы зрения. Рациональное производственное освещение улучшает условия зрительной работы, снижает утомление, способствует повышению производительности труда, уменьшению брака, снижает производственный травматизм, уменьшая потенциальную опасность многих производственных факторов, оказывает положительное психологическое воздействие на работающих. Плохая освещенность приводит к перенапряжению и быстрому утомлению органов зрения, плохо различаются производственные опасности, повышается производственный травматизм, действует угнетающе на организм и психическое состояние человека. При освещении производственных помещений используют: - естественное освещение, создаваемое светом небосвода; - искусственное освещение, осуществляемое электрическими источниками света; - совмещенное освещение, при котором в светлое время суток недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным. Естественное освещение по своему спектральному составу является наиболее благоприятным для органов зрения, оказывает оздоравливающее биологическое и тонизирующее воздействие на человека. По конструктивным особенностям естественное освещение подразделяется на боковое, осуществляемое через окна в наружных стенах; верхнее, осуществляемое через аэрационное и зенитные фонари, проемы в покрытиях, а также через световые проемы в местах перепадов высот смежных пролетов зданий; комбинированное, когда к верхнему освещению добавляется боковое. 5.3. Искусственное освещение Искусственное освещение применяют в ночное время в любых условиях, а в производственных помещениях без фонарей и сплошных проемов оно является основным. Одним из методов расчета искусственного освещения являются расчет по световому потоку для определения требуемой мощности (в Вт) лампы Fл светотехнической установки, обеспечивающей заданную освещенность: или фактическую освещенность от установленной мощности лампы где Еmin - нормируемая освещенность (выбирается по СНИП) для данного типа искусственного освещения (от ламп накаливания или от люминесцентных ламп) s - площадь производственного помещения в м2, k - коэффициент запаса, учитывающий старение ламп и загрязнение светильников; n - количество ламп в данной светотехнической установке одинаковой мощности z - коэффициент неравномерности распределения фактической освещенности в данном производственном помещении. Расчет по методу светового потока производят при условии равномерной освещенности горизонтальной плоскости светильниками рассеянного и отраженного света в помещениях с высокими коэффициентами отражения стен и потолка, хорошей оптической прозрачностью воздушной среды и площадью помещения более 10 м2. Вашем случае площадь помещения составляет 4,2 х 5,8 = 24,36 м2. Характеристика точности работ - точные (размер объектов (0,3-10 мм), разряд работы ІІІ, подразряд б (контакт объекта различения с фоном средний, фон светлый. Выбираем экономичные люминесцентные лампы ЛД 40. Для указанных характеристик работ наименьшая освещенность Еmin, составляет при комбинированном освещении 750 люкс. Коэффициент использования светового потока принимаем равным з=0,53, коэффициент запаса 1,15. Коэффициент неравномерности освещенности 0,08. Воспользовавшись этими данными определяем, что для создания нормального освещения по СНИП необходимо установить в помещении 2 светильника мощностью 2 х 40 Вт с люминесцентными лампами типа ЛД 40 5.4. Электробезопасность Помещение, в котором будет находиться данная установка, относится к помещению без повышенной опасности, так как это сухое беспыльное помещение с нормальной температурой воздуха и изолированном полом. К работе с системой допускаются лица, прошедшие инструкцию по технической безопасности при работе на данном оборудовании. А так же прошедшие инструктаж по технике безопасности на рабочем месте, он должен иметь квалификационную группу не ниже 1 при работе на электроустановках до 1000 В. Перед эксплуатацией составные части системы: блоки, емкости, устройство загрузок и выгрузок приборов должны быть каждый в отдельности подключены к шине защитного заземления медной шиной сечением не менее 6 мм2. Наладочные работы, осмотр и ремонт имеют право производить только лица, имеющим третью группу допуска при работе в электроустановках до 1000 В и достигших 18 лет, а также запрещается работа на системе с открытой обшивкой каркаса. Плавкие предохранители должны соответствовать номиналам, указанным на гравировке. Расчёт защитного заземления Исходные данные в таблице 5.1 Таблица 5.1
Допустимый уровень шума при среднегеометрических частотах октановых полос (63-8000)Гц в лаборатории для проведения экспериментальных работ (94-70)дБ. Для уменьшения шума системы вся механическая часть закрыта кожухом, электродвигатель установлен на резиновые прокладки, для уменьшения вибрации и шума. 5.6. Оздоровление воздушной среды Так как в помещении, где будет установлена система, необходимо поддерживать температуру 20 (±5)0С и влажность 50ч80%, то в холодное время года необходимо повысить температуру при помощи радиаторов, которые подключены к общей отопительной системе завода, что необходимые для поддержания заданной температуры условия. Одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха, поэтому необходимо в помещении установить кондиционер или подключить к общей вентиляционной системе. Для уменьшения физиологических нагрузок на работающего, применяют нажимные кнопки, поворотные галетные выключатели и тумблера с усилием переключения не более 2 кгс. Применение различной окраски на рабочем месте по - разному влияет на работающего, поэтому рациональное ее использование поможет снизить утомляемость, повысить тонус, а так же увеличить безопасность за счет предупреждающих цветов в опасных местах. Корпус системы окрашен в зеленый цвет или близкий к нему цвет устройства загрузки - выгрузки в желтый цвет, надписи «Сеть» и сами кнопки сделать красного цвета. 5.7. Пожарная безопасность На предприятиях электронной промышленности пожары представляют собой большую опасность для рабочих и могут причинить огромный материальный ущерб и привести к травмам работающих, так как тушить пожары на электроустановке необходимо лишь порошковым огнетушителем, потому что жидкостные огнетушители проводят электрический ток, опасный для человека. Тушение производить при отключенном оборудовании. Вывод: Данная установка содержит ряд опасных и вредных факторов: 1.Электробезопасность, поражение электрическим током в результате пробоя на корпус, в защитных мерах устанавливаем защитное заземление по которому делаем расчет из которого видно что данное заземление соответствует нормам ПУЭ и обеспечивает безопасность. 2.Возможность взрыва вакуумной колбы в результате воздействия высокого вакуума (напряженность стекла) и высокая температура порядка 3000 градусов, в целях безопасности колба защищена дополнительным колпаком выполненным из оргстекла. 3. Из-за низкой освещенности может страдать зрение через постоянное напряжение поэтому устанавливаем дополнительное освещение описанное в разделе 5.1 4. Шум. Согласно нормам для лабораторий соответствует нормам и дополнительно снижен шум за счёт кожухов и резиновых амортизаторов. 5. В целях пожарной безопасности в помещении устанавливаются порошковые огнетушители. Поэтому данная установка является безопасной для эксплуатации и обслуживания. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном дипломном проекте произведено усовершенствование блоков установки вакуумного напыления, а именно разработка трехканального устройства управления с разработкой печатной платы и электрической схемы и расчётом силового трансформатора. В результате получена расчётная мощность 4100 Вт с входным напряжением 220В и выходными 40/40/20В. Также усовершенствование механизма управления поворотной заслонкой путём внедрения ручного управления с использованием деформирующего ввода движения в вакуум показанного на рисунке __13___ Корректировки в разработке оптимизации метода вакуумного напыления позволили более эффективно использовать оборудование и улучшить качество нанесения тонких слоев и плёнок на подложки. Поскольку результатом усовершенствования не ставилось улучшение экономических показателей, а только придание ему новых функциональных возможностей, провести сравнительный анализ базового и нового варианта электрической схемы не представляется возможным. В этой связи в настоящем экономическом расчете ограничимся расчетом себестоимости единицы продукции, которая составляет 1071,39 грн., что не значительно по сравнению с улучшением качества и новых возможностей получения тонких металлических, полупроводниковых слоёв и диэлектрических пленок. Данная установка содержит ряд опасных и вредных факторов: 1.Электробезопасность, поражение электрическим током в результате пробоя на корпус, в защитных мерах устанавливаем защитное заземление, по которому делаем расчет из которого видно что данное заземление соответствует нормам ПУЭ и обеспечивает безопасность. 2.Возможность взрыва вакуумной колбы в результате воздействия высокого вакуума (напряженность стекла) и высокая температура порядка 1500 градусов, в целях безопасности кварцевый колпак защищен дополнительным колпаком, выполненным из оргстекла. 3. Из-за низкой освещенности может страдать зрение через постоянное напряжение, поэтому устанавливаем дополнительное освещение описанное в разделе 4.1 4. Шум. Согласно нормам для лабораторий соответствует и дополнительно снижен шум за счет кожухов и резиновых амортизаторов. 5. В целях пожарной безопасности в помещении устанавливаются порошковые огнетушители. Поэтому данная установка является безопасной для эксплуатации и обслуживания. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. И.Е.Ефимов, И.Я.Козырь, Ю.И.Горбунов. Микроэлектроника.М. Высшая школа. 1986.464с. 2. А.И.Пипко, В.Я.Плисковский, Б.И.Королев, В.И.Кузнецов. Основы вакуумной техники. М. Энергоиздат. 1981. 432с. 3. Технология тонких плёнок . под ред. Л.Майссела, Р. Гленга. М. Сов.радио.1977.664с. 4. Приборостроение и средства автоматики. Справочник в 5 томах. Т.З. под ред. Ю.В.Шарловского. М.:Машиностроение. 1964.599с. 5. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА/под ред.Э.Т.Романычевой.М.:Радио и связь.1989.-448с 6. С.Т.Усатенко, Т.К.Каченюк, М.В.Терехова. Выполнение электрических схем по ЭСКД.М.:Издательсво стандартов.1989.325с. 7. Медников М.И. Вводы движения в вакуум.М.:Машиностроение.1974.184с. 8. Милливольтметр для измерения и регулирования температуры типа Щ4541. Техническое описание и конструкция по эксплуатации. ДЖУ 2.821.102ТО 9. М.Л.Каминский, В.М.Каминский, Монтаж приборов и систем автоматизации. ВШ. М, 87г. 10. Д.Л.Кельберт. Охрана труда в электронной промышленности. Учебник для вузов.3-е издание. М. 1990. 11.Кузнецов И.Е. Методические указания к проведению лабораторных работ по курсу охрана труда для студентов всех специальностей. 12.Семерникова И.А. Методические указания к выполнению раздела «Экономика производства» дипломного проекта для студентов специальностей 090212 всех форм обучения. Херсон 2003г. |
РЕКЛАМА
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА | ||
![]() |
© 2010 | ![]() |