Лекции / Конспект лекций по ФХОТЭС. ЮЗГУ. / Конспект лекций / Введение

Введение

Технология (от греч. téchne - искусство, мастерство, умение и logos - учение), совокупность приёмов и способов получения, обработки или переработки сырья, материалов, полуфабрикатов или изделий, осуществляемых в различных отраслях промышленности и т. д.; научная дисциплина, разрабатывающая и совершенствующая такие приёмы и способы. Технологией (или технологическими процессами) называются также сами операции добычи, обработки, переработки, транспортирования, складирования, хранения, которые являются основной составной частью производственного процесса. В состав современной технологии включается и технический контроль производства. Технологией принято также называть описание производственных процессов, инструкции по их выполнению, технологические правила, требования, карты, графики и др.

В результате осуществления технологических процессов происходит качественное изменение обрабатываемых объектов. Так, технология получения различных металлов основана на изменении химического состава, химических и физических свойств исходного сырья; технология механической обработки связана с изменением формы и некоторых физических свойств обрабатываемых деталей; химическая технология основана на процессах, осуществляемых в результате химических реакций и ведущих к изменению состава, строения и свойств исходных продуктов. Важнейшие показатели, характеризующие технико-экономическую эффективность технологического процесса: удельный расход сырья, полуфабрикатов и энергии на единицу продукции; выход (количество) и качество готовой продукции (изделий); уровень производительности труда; интенсивность процесса; затраты на производство; себестоимость продукции.

Основные направления развития современной технологии: переход от прерывистых (дискретных, циклических) технологических процессов к непрерывным поточным процессам, обеспечивающим увеличение масштабов производства и эффективное использование машин и оборудования; внедрение «замкнутой» (безотходной) технологии для наиболее полного использования сырья, материалов, энергии, топлива, что даёт возможность свести к минимуму или полностью ликвидировать отходы производства и осуществить мероприятия по оздоровлению окружающей среды.

Задачей технологии как науки является выявление физических, химических, механических и др. закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов, требующих наименьших затрат времени и материальных ресурсов.

В отраслях промышленности, производящих электронные средства (ЭС), используют разнообразные технологические процессы (ТП), в которых исходные материалы и полуфабрикаты преобразуются в сложные изделия, выполняющие различные функции. К основным ТП производства ЭС относятся:

- методы удаления материала с применением как жидкостного травления (в кислотных и щелочных средах), так и «сухого травления», основанного на использовании реактивных парогазовых смесей (газовое травление) и низкотемпературной плазмы (ионно-плазменное травление, плазмохимическое травление и т.д.);

- методы нанесения материала на поверхность изделия (термовакуумное и электронно-лучевое испарение, катодное и ионно-плазменное распыление материалов; химическое, электрохимическое и плазмохимическое осаждение; создание диэлектрических (окисных) слоев различными способами; создание монокристаллических слоев методами жидкофазной, газофазной и молекулярно-лучевой эпитаксии);

- методы модификации свойств материала с помощью диффузионного легирования и ионной имплантации, лазерной и фотонной обработки;

- методы локальной микрообработки (методы литографии: фотолитография, электронная литография, ионная литография, рентгеновская литография);

- нанотехнологии (сканирующая зондовая микроскопия, нано­трубки, квантово-размерные эффекты и т.д.);

- методы сборки и монтажа конструктивно-технологических элементов электронных средств;

- контроль и испытания электронных средств.

Физико-химические процессы изготовления ЭС, общие для различных технологий производства, называют базовыми (основными). Такими процессами можно считать получение пленок термовакуумным испарением, ионно-плазменное нанесение и травление пленок, диффузионные и литографические процессы, электрохимические процессы осаждения медных слоев на печатные платы (ПП) и т.п. Уровень понимания природы этих процессов во многих случаях определяют способы их осуществления, технико-экономическую эффективность технологии и рентабельность производства в целом.

В технологии ЭС трудно выделить процессы, которые можно однозначно отнести к чисто физическим или чисто химическим. Как правило, на химические процессы накладываются физические (адсорбция, диффузия, тепло- и массоперенос и др.), а на чисто физические процессы влияют химические (межмолекулярное взаимодействие, хемосорбция, реактивная диффузия, реактивное испарение, химико-кинетические механизмы захвата частиц и др.). Поэтому изучают и анализируют физико-химические основы ТП. Они могут быть представлены в виде определенных закономерностей и уравнений. В них решающую роль играют химический потенциал и такие параметры состояния, как температура, давление, состав, поверхностная энергия, а также электрические, магнитные, электромагнитные потенциалы и др.

Для современной технологии ЭС характерно большое число (несколько сотен) сложных операций, на каждую из которых влияет ряд технологических факторов, обусловливающих результаты обработки полуфабрикатов. Даже совершенное знание физико-химических параметров операций не позволяет точно определить конечный результат ТП, который в значительной степени зависит от характера распределений влияющих факторов на всех операциях. Поэтому для исследования и анализа таких ТП необходимо более широкое привлечение вероятностных и статистических методов, теорий массового обслуживания, информации, систем и т.п. Однако при любом методе исследования процесса основой является физико-химическая сущность процесса, так как каждый элементарный ТП в первом приближении можно с достаточной степенью достоверности рассматривать как процесс, не осложненный возмущающим влиянием случайных факторов. Поэтому использование теории физико-химических процессов оказывается эффективным при анализе ТП, разрабатываемых или (и) реализуемых в промышленной практике производства ЭС.

Без учета физико-химического механизма ТП формирования рабочих структур ЭС невозможно правильно описать и с минимальными затратами интеллектуальных и вычислительных ресурсов анализировать, а следовательно, и оптимизировать процессы производства. Таким образом, знание физико-химических основ технологии ЭС способствует повышению технико-экономической эффективности разрабатываемых и реализуемых ТП. Следует отметить, что затраты на исследования и совершенствование экспериментальной техники, как правило, быстро окупаются за счет роста эффективности усовершенствованных процессов производства изделий.

Дальнейшее развитие физико-химических процессов идет по пути определения и исследования явлений и процессов, протекающих на атомарном уровне при формировании элементов изделий ЭС, когда влиянием даже самых незначительных флуктуаций факторов и параметров уже нельзя пренебречь. Для решения возникающих при этом проблем привлекается широкий арсенал новейших физико-химических методов: электронная микроскопия, Оже- и масс-спектроскопия, эллипсометрия, спектрометрия, радиометрия и многие другие методы.