8

5.3.1Получение керамических материалов………………………………... 139

5.3.2Методы формования заготовок керамических изделий ……………141

Литература………………………………………………………………………... 146

ВВЕДЕНИЕ

Разработка любого электронного изделия, от дискретного прибора до са-

мой современной сверхбольшой интегральной схемы, невозможна без техноло-

гических операций получения исходных материалов, к которым, прежде всего,

следует отнести полупроводники и полупроводниковые соединения, диэлек-

трические материалы. От способа получения исходных материалов(монокри-

сталлов кремния и германия, полупроводниковых и диэлектрических подложек и т.д.) в конечном итоге зависят качество и функциональные возможности раз-

рабатываемого электронного изделия.

Данное учебное пособие предназначено для самостоятельного изучения курса «Технология материалов электронной техники» студентами специально-

стей, связанных с технологией и проектированием приборов и устройств твер-

дотельной электроники. Учебное пособие разработано на основе учебника для студентов вузов Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. «Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов». — М.: Высшая школа, 1983 г. и содержит ос-

новные разделы изучаемого курса. Методики расчетов важнейших технологи-

ческих процессов, использованные в пособии основаны на «Расчетах процессов полупроводниковой технологии. Соколов И.А.: Учебное полсобие для вузов. –

М.: Металлургия, 1994.-176 с.». При разработке учебного пособия ставилась за-

дача доступного изложения, предназначенного для самостоятельного изучения курса. Для успешного освоения материала рекомендуется также повторение ря-

да разделов из курсов химии и физической химии, таких, как «химическая ки-

нетика», «химическое равновесие», «кристаллохимия», «фазовые равновесия».

9

1 ОСНОВЫ ТЕПЛОМАССОПЕРЕДАЧИ И ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТЕХНОЛОГИИ МЭТ

1.1Тепловые процессы

Тепловые процессы являются одними из основных в технологии материа-

лов электронной техники. Движущей силой процессов переноса теплоты между телами является разность температур более нагретого и менее нагретого .тел Выделяют три способа распространения теплоты: за счет теплопроводности,

теплового излучения и конвекции.

Основным законом передачи теплоты за счет теплопроводности является закон Фурье, согласно которому элементарное количество теплотыdQ, переда-

ваемое через элемент поверхности ds, перпендикулярный тепловому потоку, за время dt, прямопропорционально температурному градиенту dT/dn, площади элемента поверхности ds и времени dt:

где а - коэффициент температуропроводности, м2/с.

При установившемся процессе передачи теплоты уравнение(1.2) прини-

мает вид:

aÑ2T = 0 .

10

Распределение температуры в технологической системе при передаче те-

плоты путем теплопроводности находят, решая дифференциальное уравнение теплопроводности при заданных граничных и начальных условиях.

Тепловое излучение.

Все тела обладают способностью излучать тепловую энергию. Конденси-

рованные тела обладают сплошным спектром излучения, интенсивность кото-

рого увеличивается с повышением температуры тела. Поток лучей, испускае-

мых нагретым телом, попадая на поверхность другого тела, частично отражает-

ся, частично поглощается и частично проходит сквозь него. Таким образом полный поток излучения Q можно записать как:

Q = Qпогл + Qотр + Qпр .

В технологии материалов электронной техники этот метод передачи теп-

ла реализуется в специальных печах, работающих в инфракрасном диапазоне излучения.

Конвекция.

Перенос теплоты в движущихся средах(жидкости, газы) связан с пере-

мешиванием частиц в самом движущимся веществе. Чем сильнее перемешива-

ются частицы, тем интенсивнее идет передача теплоты. В основной массе жид-

кости передача тепла осуществляется одновременно теплопроводностью и кон-

векцией. Такой процесс называется конвективным теплообменом. Конвектив-

ный теплообмен приводит к выравниванию температуры в основной массе жидкости до некоторой температурыТж. По мере приближения к стенке твер-

дого тела интенсивность хаотичного (турбулентного) движения уменьшается и все большее значение приобретает теплопроводность, в результате чего интен-

сивность теплоотдачи падает. Пристенный слой, в котором влияние турбулент-

ного движения на передачу теплоты становится пренебрежимо малым, а основ-

ную роль играет теплопроводность, называют тепловым пограничным слоем

(рис. 1.1).

Скорость конвективного теплообмена в системах с твердым телом опре-

деляется скоростью переноса теплоты в пределах теплового пограничного слоя,

11

поэтому для усиления конвективного теплооб-

ределяется как

необходимого для достижения нагреваемым телом требуемой температуры.

12

Различают процессы нагрева«массивных» и «тонких» тел. В первом слу-

чае в процессе нагрева температура внешней тепловоспринимающей поверхно-

где qп — плотность теплового потока к поверхности тела, Дж/(м2×с); Т∞ — тем-

пература рабочего пространства нагревательной установки (температура тепло-

отдающей поверхности); Тп — температура поверхности тела (тепловосприни-

мающей поверхности). В этом случае пользуются критериальным уравнением

в котором θ — относительная температура; Т0 — начальная температура тела,

обычно одинаковая для любой его точки; Т — температура в рассматриваемой точке тела в любой момент времени t; z — расстояние от центра тела (при двух-