Разработка автомата герметизации транзисторов

Разработка автомата герметизации транзисторов

Введение

Развитие технологии микроэлектроники в последние десятилетия в направление увеличения функциональной сложности, степени интеграции и быстродействия интегральной схемы, габаритов кристаллов рассеиваемой ими мощности при неизменно высоком уровне требований к надежности схем сопровождается возрастанием трудностей сборки и герметизации ИС, преодоление которых требует создания разнообразных конструкций типов корпусов.

Корпус служит для защиты полупроводникового кристалла от различных факторов окружающей среды, включая повышенную влажность, механические нагрузки, электромагнитные излучения, воздействие агрессивных химических веществ и т.д. Он должен обеспечивать коммутацию электрических сигналов и подвод электропитания к кристаллу, отвод выделяемого им тепла, допускать проверку электрических параметров схемы и применение высокопроизводительных, в том числе автоматизированных, процессов сборки ИС и их монтажа в аппаратуру. Корпус должен сохранять ее работоспособность при повышенных (до398 К и более) и пониженных (до 213 К) температурах. Такие разнообразные функции корпусов довольно жестко регламентируют номенклатуру используемых материалов, а также основные конструктивно-технологические решения, которые лежат в основе их классификации.

1. Исследование полевых транзисторов и анализ оборудования для герметизации

.1 Общие сведения о полевых транзисторах и история их создания

Полевые транзисторы появились значительно позже биполярных и имели сравнительно малое распространение. Однако бурный рост цифровой техники выявил их преимущество относительно потребляемой мощности, что дало новый толчок к их исследованию и совершенствованию.

.1.1 Схемы включения полевых транзисторов

Полевой транзистор в качестве элемента схемы представляет собой активный несимметричный четырехполюсник, у которого один из зажимов является общим для цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой из электродов полевого транзистора подключен к общему выводу, различают схемы: с общим истоком и входом на затвор; с общим стоком и входом на затвор; с общим затвором и входом на исток.

.1.2 Классификация полевых транзисторов

По физической структуре и механизму работы полевые транзисторы условно

делят на 2 группы. Первую образуют транзисторы с управляющим р-n переходом или переходом металл - полупроводник (баьер Шотки), вторую - транзисторы с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т. н. транзисторы МДП (металл - диэлектрик - полупроводник).

Транзисторы с управляющим p-n переходом

Рис.1.1 Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом - это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть отделен в электрическом отношении) от канала p-n переходом, смещенным в обратном направлении.

Такой транзистор имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электронно-дырочных перехода, смещенных в обратном направлении (см. рис. 1). При изменении обратного напряжения на p-n переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. Область, толщина и поперечное сечение которой управляется внешним напряжением на управляющем p-n переходе и по которой проходит управляемый ток основных носителей, называют каналом. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором.

Электропроводность канала может быть как n-, так и p-типа. Поэтому по электропроводности канала различают полевые транзисторы с n-каналом и р-каналом. Все полярности напряжений смещения, подаваемых на электроды транзисторов с n- и с p-каналом, противоположны.

Управление током стока, то есть током от внешнего относительно мощного источника питания в цепи нагрузки, происходит при изменении обратного напряжения на p-n переходе затвора (или на двух p-n переходах одновременно). В связи с малостью обратных токов мощность, необходимая для управления током стока и потребляемая от источника сигнала в цепи затвора, оказывается ничтожно малой. Поэтому полевой транзистор может обеспечить усиление электромагнитных колебании как по мощности, так и по току и напряжению.

Таким образом, полевой транзистор по принципу действия аналогичен вакуумному триоду. Исток в полевом транзисторе подобен катоду вакуумного триода, затвор - сетке, сток - аноду. Но при этом полевой транзистор существенно отличается от вакуумного триода. Во-первых, для работы полевого транзистора не требуется подогрева катода. Во-вторых, любую из функций истока и стока может выполнять каждый из этих электродов. В-третьих, полевые транзисторы могут быть сделаны как с n-каналом, так и с p-каналом, что позволяет удачно сочетать эти два типа полевых транзисторов в схемах.

От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе - входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделен от поверхности полупроводникового кристалла. Процессы рекомбинации носителей в p-n переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.

Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы):

Рис.1.2 Устройство полевого транзистора с изолированным затвором

Полевой транзистор с изолированным затвором - это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.

В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды - исток и сток. Расстояние между сильнолегированными областями истока и стока может быть меньше микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO2, выращенный на поверхности кристалла кремния путем высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод - затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП-транзисторами.

Входное сопротивление МДП-транзисторов может достигать 1010...1014 Ом (у полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом 107...109), что является преимуществом при построении высокоточных устройств.

Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом.

В МДП-транзисторах с индуцированным каналом (рис. 2, а) проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока отсутствует и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определенной полярности и при определенном значении напряжения на затворе относительно истока, которое называют пороговым напряжением (UЗИпор).

В МДП-транзисторах со встроенным каналом (рис. 2, б) у поверхности полупроводника под затвором при нулевом напряжении на затворе относительно истока существует инверсный слой - канал, который соединяет исток со стоком.

Изображенные на рис. 2 структуры полевых транзисторов с изолированным затвором имеют подложку с электропроводностью n-типа. Поэтому сильнолегированные области под истоком и стоком, а также индуцированный и встроенный канал имеют электропроводность p-типа. Если же аналогичные транзисторы созданы на подложке с электропроводностью p-типа, то канал у них будет иметь электропроводность n-типа.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом:

При напряжении на затворе относительно истока, равном нулю, и при наличии напряжения на стоке ток стока оказывается ничтожно малым. Он представляет собой обратный ток p-n перехода между подложкой и сильнолегированной областью стока. При отрицательном потенциале на затворе (для структуры, показанной на рис. 2, а) в результате проникновения электрического поля через диэлектрический слой в полупроводник при малых напряжениях на затворе (меньших UЗИпор) у поверхности полупроводника под затвором возникает обедненный основными носителями слой эффект поля и область объемного заряда, состоящая из ионизированных нескомпенсированных примесных атомов. При напряжениях на затворе, больших UЗИпор, у поверхности полупроводника под затвором возникает инверсный слой, который и является каналом, соединяющим исток со стоком. Толщина и поперечное сечение канала будут изменяться с изменением напряжения на затворе, соответственно будет изменяться и ток стока, то есть ток в цепи нагрузки и относительно мощного источника питания. Так происходит управление током стока в полевом транзисторе с изолированным затвором и с индуцированным каналом.

В связи с тем, что затвор отделен от подложки диэлектрическим слоем, ток в цепи затвора ничтожно мал, мала и мощность, потребляемая от источника сигнала в цепи затвора и необходимая для управления относительно большим током стока. Таким образом, МДП-транзистор с индуцированным каналом может производить усиление электромагнитных колебаний по напряжению и по мощности.

Принцип усиления мощности в МДП-транзисторах можно рассматривать с точки зрения передачи носителями заряда энергии постоянного электрического поля (энергии источника питания в выходной цепи) переменному электрическому полю. В МДП-транзисторе до возникновения канала почти все напряжение источника питания в цепи стока падало на полупроводнике между истоком и стоком, создавая относительно большую постоянную составляющую напряженности электрического поля. Под действием напряжения на затворе в полупроводнике под затвором возникает канал, по которому от истока к стоку движутся носители заряда - дырки. Дырки, двигаясь по направлению постоянной составляющей электрического поля, разгоняются этим полем и их энергия увеличивается за счет энергии источника питания, в цепи стока. Одновременно с возникновением канала и появлением в нем подвижных носителей заряда уменьшается напряжение на стоке, то есть мгновенное значение переменной составляющей электрического поля в канале направлено противоположно постоянной составляющей. Поэтому дырки тормозятся переменным электрическим полем, отдавая ему часть своей энергии

Рис.1.3 Выходные статические характеристики (a) и статические характеристики передачи (б) МДП-транзистора со встроенным каналом

В данной схеме в качестве нелинейного элемента используется МДП транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом.

В связи с наличием встроенного канала в таком МДП-транзисторе при нулевом напряжении на затворе (см. рис. 2, б) поперечное сечение и проводимость канала будут изменяться при изменении напряжения на затворе как отрицательной, так и положительной полярности. Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: в режиме обогащения и в режиме обеднения канала носителями заряда. Эта особенность МДП-транзисторов со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности (рис. 3).

Статические характеристики передачи (рис. 3, b) выходят из точки на оси абсцисс, соответствующей напряжению отсечки UЗИотс, то есть напряжению между затвором и истоком МДП-транзистора со встроенным каналом, работающего в режиме обеднения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения

МДП-структуры специального назначения

В структурах типа металл-нитрид-оксид-полупроводник (МНОП) диэлектрик под затвором выполняется двухслойным: слой оксида SiO2 и толстый слой нитрида Si3N4. Между слоями образуются ловушки электронов, которые при подаче на затвор МНОП-структуры положительного напряжения (28..30 В) захватывают туннелирующие через тонкий слой SiO2 электроны. Образующиеся отрицательно заряженные ионы повышают пороговое напряжение, причем их заряд может храниться до нескольких лет при отсутствии питания, т.к. слой SiO2 предотвращает утечку заряда. При подаче на затвор большого отрицательное напряжения (28...30 В), накопленный заряд рассасывается, что существенно уменьшает пороговое напряжение.

Структуры типа металл-оксид-полупроводник (МОП) с плавающим затвором и лавинной инжекцией имеют затвор, выполненный из поликристаллического кремния, изолированный от других частей структуры. Лавинный пробой p-n-перехода подложки и стока или истока на которые подается высокое напряжение, позволяет электронам проникнуть в слой оксида и достигнуть затвора, вследствие чего на нем появляется отрицательный заряд. Изолирующие свойства диэлектрика позволяют сохранить заряд десятки лет. Отвод электрического заряда с затвора осуществляется с помощью ионизирующего ультрафиолетового облучения кварцевыми лампами, при этом фототок позволяет электронам рекомбинировать с дырками.

.1.3 Области применения полевых транзисторов

Значительную часть используемых в настоящий момент полевых транзисторов составляют КМОП (CMOS) транзисторы, которые в свою очередь используются повсеместно в цифровых интегральных схемах.

За счёт того, что полевые транзисторы управляются полем (величиной напряжения приложенного к затвору), а не током, протекающим через базу (как в биполярных транзисторах), полевые транзисторы потребляют значительно меньше энергии, что особенно актуально в схемах ждущих и следящих устройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения (реализация спящих режимов).

Выдающийся пример устройства построенного на полевых транзисторах - пульт дистанционного управления для телевизора. За счёт применения полевых транзисторов пульт может работать до нескольких лет непрерывно ожидая нажатия кнопок, потому что практически не потребляет энергии.

.2 Материалы деталей для корпусов полевых транзисторов

Всю совокупность материалов, применяемых для изготовления корпусов, можно разделить на две группы - металлические и неметаллические (органические и неорганические). К первым относятся ленты, полосы, прутки и проволока из цветных и железоникелевых сплавов, псевдосплавы, металлизационные пасты, металлические покрытие, твердые и мягкие припои. Неметаллы в конструкциях корпусов включая различные типы стекла, керамики и стеклокерамики, а также большой класс полимеров- герметиков и клеев.

В электроннной промышлености для корпусов полупроводниковых приборов используются следующие металлы и их сплавы: медь, никель, сталь, железоникелевый сплав, ковар (29% Ni, 17%Co, 53% Fe), платинит вольфрам, молибден, многослойные металлические материалы.

Медь отлично смачивается и паяется мягкими и твердыми припоями. Холодной сваркой меди с медью, коваром и сталью получают надежные и герметичные сварные швы. Контактная электрическая сварка меди довольно сложна, так как медь обладает малым электрическими сопротивлением и большой теплопроводностью. По химическим свойствам медь является малоактивным металлом. Окисляясь на воздух, она приобретает зеленоватый цвет (закись меди). К воздействию щелочей медь устойчива. Кроме того, она хорошо растворяется в азотной кислоте, а в серной и соляной вступает в реакции при нагреве.

Никель используется как правило, для штамповки крышек. Для никеля характерны высокая прочность и пластичность, но при воздействии высоких температур он мало формоустойчив.

Сталь обладает сравнительно высокой температурой плавления, высокой прочностью, способностью к глубокой вытяжке, хорошо обрабатывается резанием и сваривается, является дешевым. Но при этом сталь не обладает химической стойкостью и низка формоустойчивость при длительном воздействии высоких температур.

Все славы Fe-Ni допускают гальваническую обработку и пайку, достаточно пластичны и хорошо обрабатываются давлением и имеют приемлемую для большинства областей применения тепло- и электропроводность, малый коэффициэнт температурного расширения (КТР), близкий к КТР стекла и кремния. Они используются для изготовления деталей, работающих в спаях со стеклом или керамикой и выводных рамок.

Ковар обладает малой теплопроводностью и высоким удельным сопротивлением, что позволяет применять контактную электросварку для соединения деталей. Он хорошо паяется мягкими и твердыми припоями.

Платинит имеет сердечник из никелевой стали и медную оболочку и поэтому обладает разными КТР в осевом и радиальных направлениях.

Молибден и вольфрам имеют одинаковый с кремнием КТР, поэтому часто служит материалом термокомпрессирующих элементов в конструкции корпуса. Из аллюминия и фосфорной бронзы изготовляют крышки, а в некоторых случаях - и выводы корпусов.

Псевдосплавы представляют собой смеси твердого металла (молибдена, вольфрама) с мягкими (медью, серебром). Заданные свойства псевдосплавов получают, изменяя соотношение компонентов. Псевдосплавы W-Cu, Mo-Cu обеспечивают получение ненапряженных соединений с керамикой.

Для герметизации в последние годы стали ипользоваться триметаллические ленты. Основой лент является медь чистая или ее сплавы, планированные с двух сторон никелем или ее сплавы, планированные с двух сторон никелем или железоникелевыми сплавами. Такие рамки имеют лучшее тепло - и электропроводность.

В производсттве керамических корпусов пасты на основе тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, смеси молибдена с марганцем) используются для формирования токоведущих дорожек в объеме многослойной керамики и открытых метализированных площадок. Вольфрамовая паста позволяет получать более плотную металлизацию, а паста из смеси Mo-Mu обеспечивает более высокую адгезию металлизации к керамике благодаря образованию атомами марганца и аллюминия химического соединения типа шникеля. Удельное поверхностное сопротивление такой металлизации -0.010-0.015 и 0.35 Ом/кВ, соответственно, что в ряде случаев ограничивает быстродействие. Меньше сопротивление (0.004-0.090 Ом/кВ) имеют тонкопленочные проводники на основе паст из драгоценных металлов.

Для герметизации корпусов, вакуумного-плотного соединения деталей из разнообразных металлов, а также горячего лужения выводов используются припои. В зависимости от температуры плавления пртпои разделяются на легкие или низкотемпературные (температура плавления до 400), и твердые или высокотемпературные (температура плавления выше 400).

В корпусах полупроводниковых приборов используются в качестве электроизоляционного материала стекло и керамика. С коваром и платинитом стекло различных составов образует герметичные различные металлостеклянные спаи. Из стекла изготавливают корпуса маломощных полупроводниковых приборов. Стекло является плохим проводником теплоты и нестойко к воздействию кислот. Кроме того стекло хрупкий материал, а его электрические свойства заметно изменяются с температурой.

Поэтому для корпусов полевых транзисторов более подходящей является керамика. Керамика почти по всем показателям превосходит стекло (лишь диэлектрическая проницаемость стекла меньше, чем керамики). В производстве корпусов полупроводниковых приборов используются несколько видов керамик: корундовую, бериллевую,фторстеритовую и другие

Корундовая керамика (, , ,  в виде порошка Является основным компонентом паст, служащих для изготовления керамических лент и пленок. Из корундовой керамики изготавливают литьем крышки, технологическую оснаску и другое. Корундовая керамика отличается высокой механической прочностью, лыми электрическими потерями в широком диапазоне частот и температур, большим интервалом температуры спекания, устойчивостью структуры. Кроме того она не токсична.

Берилловая керамика (бромеллит) представляет свой спеченный оксид беррилия () и используется для изготовления изоляторов, подложек и других деталей полупроводниковых приборов. Бромеллит получил широкое применение благодаря высокой теплопроводности и хорошим электроизоляционным свойствам. Максимальное значение теплопроводности керамики имеют образцы, изготовленные методом горячего прессования у которых количество пор приближается к нулю. С с повышением температуры теплопроводность начинает уменьшаться. Уменьшение примеси в бромеллите повышает теплопроводность,и наоборот. Бромеллит имеет высокую термическую стойкость (температура плавления 2650). Высокая термостойкость бромеллита обеспечивает необходимую климатическую надежность полупроводниковых приборов во всем интервале рабочих температур, а согласование по КТР бериллевой керамики и полупроводникового материала (кремния) в диапазоне тех же температур исключает разрушение полупроводникового кристалла. По сравнению с другими видами керамики при высоких температурах характеризуется самым высоким объемным удельным электрическим сопротивлением, которое зависит от температуры и уменьшается по линейному закону при ее повышении. Высокая стоимость и токсичность берилловой керамики препятствует более широкому ее применению. Механическая прочность бромеллита зависит от способа ее изготовления, температуры, размеров кристаллов, а также процентного содержания оксида беррилия и плотности.

Используется также в качестве изоляционного материала корунд, рубин, сапфир, нитриды бора и аллюминния, карбид еремния и материалы на его основе. Нитриды бора и алюминия по некоторым свойствам превосходят даже бромеллит.

Используются также алмазы для изготовления полупроводниковых приборов, но алмазные теплоотводы могут использоваться только в исключительных случаях, так как получаются очень дорогие приборы.

В зависимости от выбранного способа герметизации полимерные материалы поставляются в жидком состоянии или в виде пресс-порошка, таблеток и гранул. Пластмассы и компаунды представляют собой сложные композиции, состоящие из основного материала -полимерного соединения () смолы и добавок (наполнителя, отвердителя, пластификатора и др.). Существует несколько видов смол, приеняемых в электронной промышленности: эпоксидные, кремний оганические, фенолформальдегидные.

Эпоксидные смолы- полимеры, получаемые поликонденсацией эпи- или дихлоргидрина и двух- или полиатомных фенолов в щелочной среде. При добавке аминов (полиэтилен, полиамин) в эпоксидную смолу она отвердевает при комнатной температуре. Эпоксидные смолы используют в качестве клеев холодного и горячего отвердения для склеивания различных материалов.

Кремнийорганические смолы-полимеры, получаемые поликонденсацией арихлорсиланов, обычно имеют жидкое состояние (стадия резола). При нагревании до  кремнийорганическая смола переходит в стадию разита, т.е. находится в твердом неплавком и нерастворимом состоянии. Кремнийорганические смолы применяют в качестве высокотермостойких электроизоляционных лаков, водоотталкивающих покрытий.

Фенолформальдегидные смолы (ФФС)- синтетические полимеры, получаемые поликонденсацией фенола или его производных (крезола, ксилола) с формальдегидом в присутствии кислых или щелочных катализаторов. ФФС используется для изготовления пресс-порошков, клеев, лаков и других изоляционных материалов.

Для мощных полупроводниковых приборов очень важно, чтобы полимерный материал имел достаточно высокие коэффициэнт теплопроводности, электрическую прочность, удельное электрическое сопротивление.

.3 Характеристики методов герметизации транзисторов

Общие сведения

Надежность полупроводниковых приборов и интегральных микросхем при работе в аппаратуре и хранении в значительной степени зависит от герметичности корпуса.

Под герметичностью понимают способность какой-либо замкнутой конструкции не пропускать через свои элементы жидкость или газ. Абсолютно непроницаемых конструкций не существует, поэтому герметичность характеризуется допустимой утечкой (течью) в единицах потока жидкости или газа. Поток жидкости или газа через микроотверстия выражают в единицах объема при определенном давлении, отнесенных к определенному времени.

В вакуумной технике поток измеряют в литрах микрометрах ртутного столба на секунду (л∙мкм рт. ст/с) или литрах миллиметрах ртутного столба на секунду (л∙мм рт. ст/с), а в Международной системе единиц (СИ) - в кубических метрах паскалях на секунду (м3 ∙Па/с); 1 л∙мкм рт. ст/с= 1,32∙10~4 м3∙Па/с. Корпуса полупроводниковых приборов считаются герметичными при натекании гелия не более 10-5 л∙мкм рт. ст/с.

Герметизация - одна из завершающих операций технологического процесса производства полупроводниковых приборов, так как обеспечивает их долголетнюю работу при механических и климатических воздействиях. Кроме того, она является последней операцией сборки полупроводниковых приборов, от качества которой зависит выход годных изделий.

Постоянное стремление к повышению компактности, миниатюризации и быстродействию электронных систем вызывает увеличение плотности рассеиваемой мощности (особенно в микросхемах), что усложняет теплоотвод от активных компонентов и предъявляет дополнительные требования к конструкции корпусов и способам их герметизации.

Герметизация и конструктивное исполнение корпусов являются не менее сложной проблемой, чем создание работающего кристалла.

Хорошо известно, что проникновение в корпус полупроводниковых приборов и микросхем незначительного количества влаги приводит к деградации электрических параметров и коррозии металлизации.

Под герметизацией прибора или микросхемы обычно понимают комплекс мер по обеспечению работоспособности ' изделий при их изготовлении, хранении и последующей длительной эксплуатации. Для этой цели могут быть использованы широкая номенклатура материалов и различные способы герметизации, реализованы разные конструктивные решения. При этом все герметизируемые изделия можно разделить на две группы: полые конструкции, в которых рабочая поверхность изделия не контактирует непосредственно с герметизирующим материалом, и конструкции без внутренних газовых полостей, в которых герметизирующий материал контактирует с рабочей поверхностью изделия (монолитные конструкции).

К первой группе относят металлостеклянные, металло-керамические, пластмассовые и другие корпуса, ко второй - бескорпусные изделия и монолитные пластмассовые корпуса.

Необходимо различать понятия внешней и окружающей сред. Среду, в которой хранят и эксплуатируют приборы и микросхемы, называют внешней, а среду, ограниченную поверхностью герметизирующей конструкции (среда внутри корпуса),- окружающей.

Окружающая среда может быть газообразной (полые корпуса), жидкой (полые корпуса, заполненные, например, теплоотводящей жидкостью или вазелинами) или в виде твердого покрытия (монолитные герметизирующие конструкции).

Особенностями герметизации в полых корпусах с воздушной или другой газовой средой являются отсутствие воздействия на герметизируемые изделия механических напряжений, возможность расположения внутри корпусов геттеров для регулирования состава газовой среды и влажности, а также возможность заполнения при необходимости внутреннего объема инертным газом.

Однако герметизация изделий в полых корпусах не всегда обеспечивает требуемую механическую прочность элементов конструкции изделия. В таких случаях изделия предварительно покрывают эластичным материалом для механического крепления и электрической изоляции проводников друг от друга и от металлической крышки корпуса.

Следует учитывать также возможность влияния на работоспособность элементов изделий летучих веществ из газовой среды, попадающих во внутренний объем герметичного корпуса на стадии изготовления или эксплуатации изделий. В результате в таких корпусах эксплуатационная надежность изделий может резко снижаться. Поэтому материалы, используемые для изготовления полых корпусов, должны обладать высокой нагревостойкостью, а технология сборки должна гарантировать от попадания внутрь корпусов летучих веществ при герметизации (например, сваркой или пайкой).

Наиболее надежны корпуса и покрытия на основе неорганических материалов; очень распространена герметизация изделий, помещенных в металлостеклянные или металло-керамические корпуса. Такие корпуса могут иметь самую различную форму и любое число выводов в зависимости от типа герметизируемого изделия.

Хотя герметизация в полые корпуса является технически оправданной, использование их усложняет сборку изделий, затрудняя ее механизацию и автоматизацию. Объем и. масса корпусов часто в десятки, а иногда в сотни раз превышают объем и массу герметизируемых изделий, что не согласуется с требованиями микроминиатюризации. Поэтому герметизация в полые корпуса используется тогда, когда к изделиям предъявляют особенно жесткие требования.

Существует большое количество способов корпусной герметизации полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. В зависимости от типа корпуса и предъявляемых требований герметизация может осуществляться пайкой, холодной сваркой, электроконтактной сваркой, сваркой плавлением и др. В полупроводниковой промышленности наиболее распространены способы герметизации холодной и электроконтактной сваркой и пайкой.

К конструкциям без внутренних газовых полостей относят монолитные пластмассовые корпуса. При такой герметизации химические реакции отверждения и образования адгезийных связей, протекающие в покрытиях и материале корпуса, а также усадки и внутренние механические напряжения, связанные с ними, могут оказывать влияние на параметры изделия. В этом случае предъявляются повышенные требования к химической чистоте и термостойкости, герметизирующих материалов, С другой стороны, изделия, загерметизированные таким способом, приобретают высокую жесткость и устойчивость к различным механическим воздействиям - ударам, вибрации, ускорению и т. д.

Для нанесения герметизирующих материалов непосредственно на поверхность изделий применяют различные способы. Однако, независимо от типа используемых материалов и способа герметизации надежность работы изделий зависит от ряда общих факторов: обеспечения механической целостности коммутирующих проводников и соединений, чувствительных к механическим воздействиям элементов; отсутствия повреждений элементов и узлов герметизированных изделий при кратковременном изменении факторов внешней среды (например, нагрев, охлаждение, резкое изменение температуры и т. д.); выбора влагостойких материалов, особенно при отсутствии адгезии материала к поверхности герметизируемого изделия; высокой химической чистоты и нагревостойкости материалов и др.

Органические полимерные материалы, используемые для этих целей, являются влагопроницаемыми и менее нагревостойкими по сравнению с неорганическими материалами. Они могут выделять летучие продукты, не обеспечивать в полной мере требований по химической чистоте и т. д. Однако конструкции на их основе более экономичны и практически незаменимы при герметизации изделий массового производства общепромышленного и бытового назначения.

.3.1 Герметизация холодной сваркой

Среди различных способов получения неразъемных соединений большое распространение получила холодная сварка. Отличаясь простотой и доступностью, она позволяет осуществлять прочные и надежные соединения. Холодной сваркой можно соединять не только однородные, но и разнородные металлы.

Этот способ применяется в основном для герметизации металлостеклянных корпусов транзисторов и диодов средней и большой мощности, выполняемых из металлов с высокой теплоэлектропроводностыо.

Как уже указывалось в гл. III, в основу холодной сварки положена пластическая деформация свариваемых металлов при нормальной температуре под действием большого давления, при которой чистые поверхности, вступая в контакт друг с другом, образуют цельнометаллические соединения с непрерывной кристаллической структурой.

Достоинством способа холодной сварки является отсутствие нагрева при герметизации и сопровождающего его явления-выделения газов внутри объёма.

В полупроводниковом производстве для герметизации корпусов применяют чаще холодную сварку, образующую нахлесточное соединение-точечную холодную сварку по замкнутому контуру(периметру) силами Р, направленными перпендикулярно свариваемой поверхности(рис.1.4), и значительно реже -холодную сварку сдвигом или продавливанием при одновременном действии нормальных тангенциальных усилий(рис.1.5)

рис.1.4                         Рис1.5

Рис.1.4 Схема холодной сварки корпусов (нахлесточное соединение) 1 - стакан, 2, 5-'.верхний-и нижний пуансоны, 3 - баллон, 4 - держатель

Рис. 1.5 Схема холодной сварки корпусов сдвигом или продавливанием с вырубкой крышки: 1-пуансон, 2-съемник, 3-лента, 4-матрица, 5-основании корпуса, 6-загерметизированный прибор,7 - кристалл

Хотя прочность на отрыв получается меньшей, чем при сварке с двусторонним деформированием.

Сварку с двусторонним деформированием используют для соединения однородных металлов. Недостатком ее является необходимость точной фиксации выступов пуансона и матрицы. Смещение выступов при сварке разнородных металлов вызывает подрезание (утонение) более мягкого из них.

Режим холодной сварки по замкнутому контуру определяется степенью относительной деформации:

Где Sи- толщина буртика ножки;Sн - толщина буртика баллона; h - толщина шва.

Деформация должна быть не ниже определенного значения, характерного для данного металла. Усилие для создания такой деформации зависит от многих факторов и может меняться в широких пределах. Значения относительной деформации при холодной сварке различных однородных и разнородных металлов толщиной до 1 мм приведены в табл. 13.

В промышленных условиях для материалов, применяемых в корпусах полупроводниковых приборов, считается, что холодная сварка (по замкнутому контуру) осуществлена правильно, если величина относительной деформации находится в интервале 75-85%.

При заданном значении относительной деформации можно определить толщину сварного шва:

.

Усилие сжатия при холодной сварке Q = n∙P∙F, где п - коэффициент, учитывающий склонность материала к упрочнению (обычно 1,5-2); Р - удельное давление; F - площадь проекции поверхности рабочей части пуансона.

При сварке однородных металлов удельное давление можно определить (приближенно) по формуле при условии, что ширина рабочей части пуансонов вдвое превышает необходимую толщину свариваемого металла: Р=GT[1.5 + 100/(100-К)], где GT - предел текучести металла. Необходимые удельные давления для холодной сварки по замкнутому контуру некоторых металлов приведены в табл. 13.

Давление обычно в 5-8 раз превышает предел прочности свариваемых металлов при растяжении. При одно- и двусторонней сварках целесообразно толщину S буртиков выбирать одинаковой. Разная толщина буртиков допускается при отношении их толщин до 1,4.

Детали корпусов полупроводниковых приборов должны изготовляться из материалов, сочетания которых приведены ниже.

Особенностью способа герметизации холодной сваркой является значительная деформация околошовной зоны с сильным искажением формы детали. Деформация может передаваться в другие части детали и достигать зон металло-стеклянных и металлокерамических спаев и мест крепления полупроводниковых кристаллов. Это может вызвать разрушение спаев, ухудшение контакта полупроводникового кристалла с держателем (фланцем), растрескивание полупроводникового материала с изменением электрических параметров приборов.

Деформация свариваемых деталей при холодной сварке (рис. 97) вызывает увеличение наружного диаметра прибора

Рис. 1.6 Деформация деталей корпуса при холодной сварке

, уменьшение диаметра верхней детали баллона  в околошовной зоне, увеличение высоты баллона Н.

Чтобы избежать деформации корпуса, применяют конструкции фланцев, держателей и баллонов с разгрузочными (компенсационными) элементами, способными в результате деформации снизить механические напряжения до безопасных значений.

Эти элементы ограничивают развитие пластической деформации в той зоне корпуса, где располагается полупроводниковый кристалл или подложка микросхемы. В качестве таких элементов (компенсаторов) чаще всего используют тонкие, способные легко деформироваться вертикальные стенки баллона или держателя 4 и разгрузочную канавку 3 во фланце 6 основания (рис. 98, а, б, в), реже - гофрированные детали.

Для уменьшения вероятности появления подреза (рис. 99, а, б) и более равномерной деформации свариваемых металлов толщина сварочной кромки со стороны относительно мягкого материала должна быть на 10-20% больше, чем со стороны твердого. Конструкцию деталей и способ защиты от деформации выбирают в зависимости от размеров I прибора, условий его работы в аппаратуре и других факторов.

Рис.1.7 Элементы корпусов полупроводниковых приборов, герметизируемых холодной сваркой

а-держатель с разгрузочной канавкой, б-держатель с углублением вместо разгрузочной канавки,в-ножка с разгрузочной канавкой;1-плоскость монтажа кристалла,2-баллон,3-разгрузочная канавка,4-держатель,5-изолятолр,6-фланец.

Рис. 1.8 Схема холодной сварки корпусов без подрезания крышки (а) и с образованием подреза (б):- крышка, 2- корпус прибора, 3, 4- нижний и верхний пуансоны

Качественное соединение деталей холодной сваркой можно получить в том случае, если будут созданы условия контакта чистых металлов соединяемых элементов, свободных I от оксидного слоя и жировых пленок. Поверхность деталей, подлежащих сварке, предварительно очищают от загрязнений и жировых пленок (промывают и обезжиривают). Однако к при такой обработке оксидный слой образуется вновь, поэтому необходимо применять специальные меры-нанести защитную пленку. Твердость защитной пленки должна быть выше твердости основного металла. Твердая пленка при деформации деталей в процессе холодной сварки растрескивается в околошовной зоне, выдавливается из зоны сварки, 1 основной материал оголяется и тем самым обеспечивается I качественное сцепление соединяемых материалов.Эффективным защитным покрытием для деталей полупроводниковых приборов является пленка из никеля толщина которой (3-9мкм) выбирается в зависимости от толщины буртиков под холодную сварку. Ее наносят химическим или гальваническим методом. Дефекты поверхности свариваемых деталей^ (трещины, раковины, расслоения и глубокие риски) должны составлять не более половины допуска на толщину материала деталей до покрытия. Чистота свариваемых поверхностей необходима 4-5-го класса. После промывки и обезжиривания детали разрешается брать только пинцетом, специальным инструментом и руками в резиновых перчатках или напальчниках.

Герметизация прибора холодной сваркой заключается в следующем. Собранный узел устанавливают в приспособление для холодной сварки (см. рис. 95), состоящее из направляющего стакана / и сварочного инструмента (верхнего 2 и нижнего 5 пуансонов). Приспособление после загрузки перемещают под шток гидроцилиндра пресса, на прессе задают предварительно выбранное давление и производят холодную сварку. После снятия давления приспособление разбирают и вынимают сваренный прибор.

Правильный выбор размеров рабочих частей инструмента (пуансонов)-одно из важных условий получения надежного холодносварного шва. Эти размеры зависят от толщины и диаметра свариваемых деталей. Рабочие части пуансонов должны иметь трапецеидальную форму с притуплением острых кромок с внутренней стороны для устранения подреза на утоненной части шва. Так, ширину рабочей части пуансона при суммарной толщине свариваемых кромок менее 0,8 мм рекомендуется выбирать от 0,8 до 1,4 толщин кромок для двусторонней сварки и 0,8-1,2 для односторонней. Высоту рабочей части пуансонов принимают 0,6-0,75 толщины кромки верхней (буртика) или нижней сварной детали (колпака или держателя).

Если верхняя и нижняя свариваемые детали выполнены из одного материала с одинаковой толщиной буртика, то размеры рабочих выступов должны быть одинаковые.

Пуансоны для холодной сварки изготовляют из легированных инструментальных сталей марок Х12, Х12М, ХВГ, ШХ13, а также из твердых сплавов ВК-20. Твердость материала пуансонов из стали после термической обработки должна быть 58-62, чистота их рабочих поверхностей соответствовать 7-10-му классу. Стойкость сварочного инструмента составляет не менее 5-8 тыс. сварок.

Перед началом и во время работы через каждые 300- 500 сварок пуансон следует протирать сухой бязью. Заданная степень деформации свариваемых деталей обеспечивается ограничением хода рабочих частей пуансонов. Чистота обработки поверхности пуансона, забоины, вмятины, сколы и его твердость после термообработки имеют решающее значение для качества соединения. Трещины в пуансоне, несоответствие его размеров деталям герметизируемого корпуса, осадка рабочих частей вследствие недостаточной их твердости после термообработки могут являться причиной негерметичности соединения. Некачественное соединение возможно также из-за недостаточного усилия давления пуансонов на свариваемые детали.

Для холодной сварки используют механические, гидравлические и пневмогидравлические прессы, обеспечивающие давление не ниже 3-10 Па и заданную производительность.

Особенностью холодной сварки является сравнительно малый рабочий ход инструмента (до 5 мм), что позволяет упрощать конструкцию оборудования и повышать его производительность. В массовом производстве для герметизации корпусов диаметром до 30-40 мм применяют специализированные отечественные установки.

Из-за трудности автоматической загрузки деталей корпусов (с собранной внутренней арматурой приборов) в основном применяют полуавтоматические установки с ручной загрузкой, автоматическим проведением процесса герметизации и автоматической выгрузкой, например, гидравлические установки ИО 20007 и ИО 20011, являющиеся полуавтоматами. Полуавтоматы представляют собой механизмы периодического действия карусельного типа (рис. 100, а. б, в).

Весь механизм компактно смонтирован на литой станине (внутри которой помещена гидросистема) и закрыт скафандром, обеспечивающим при необходимости сварку в контролируемой среде. Скафандр служит для создания микроклимата при герметизации корпусов, полупроводниковых приборов и представляет собой сварной металлический каркас, закрытый органическим стеклом с резиновыми уплотнителями. В передней стенке скафандра имеются два отверстия, на обечайки которых надеты резиновые перчатки. Загерметизированные приборы подают в скафандр и извлекают из него через два шлюза 12. При герметизации скафандр заполняют инертным газом или осушенным воздухом.

Рис. 1.9.Полуавтомат И020007 для герметизации полупроводниковых приборов холодной сваркой:

а - устройство, 6 - кинематическая схема, в - схема гидравлической системы; - траверса, 2 - бак, 3, 19 - электродвигатели, 4 - редуктор, 5-кли переменная передача, 6-механизм разгрузки, 7скафандр,8-карусель,9-отверстие для ввода рук,10-коробка с электрооборудованием,11-гидроцилиндр,12-шлюз,13,16-кулачки,14-улитка,15-золотник,17-диск с роликами,18-распределительный вал,20-насос,21-фильтр,22-манометр,23-инструмент,24-предохранительныйм клапан,25-маслопровод.

Двенадцатипозиционная карусель 8 служит для перемещения установленных в ее гнезда полупроводниковых приборов к месту сварки и к месту их выгрузки из сварочного инструмента. Холодную сварку выполняют только на одной позиции. Поршень приводится в движение маслом, поступающим по маслопроводам 25 от лопастного насоса 20. Гидравлическая система (рис. 100, в) работает следующим образом. При рабочем ходе масло поступает под поршень, который поднимается вверх и сжимает сварочный инструмент, находящийся в этот момент между штоком поршня и траверсой /, закрепленной на двух колонках. При этом масло из верхней полости гидроцилиндра сливается в бак. При обратном ходе поршня золотник 15 перемещается и масло по маслопроводам поступает в верхнюю полость цилиндра; поршень опускается вниз, давление с пуансонов снимается и масло из нижней полости цилиндра сливается в бак.

Предохранительный клапан 24 с переливным золотником предназначен для поддержания заданного постоянного давления в гидросистеме, а также для предохранения ее от перегрузки.

Для герметизации алюминиевых корпусов применяют холодную сварку сдвигом или продавливанием (см. рис. 96). Подготовленное под холодную сварку основание 5 корпуса вставляют в матрицу 4, и оно фиксируется по ее цилиндрической поверхности. Над основанием 5 помещается лента 3. Пуансон / при движении вниз вначале производит вытяжку крышки из ленты, затем совместную пластическую деформацию стенок основания и крышки, т. е. осуществляется холодная сварка сдвигом (продавливанием).

При дальнейшем движении вниз пуансон своим режущим плоским пояском 7 вырубает крышку из ленты 3 и в конце рабочего хода вытягивает через матрицу загерметизированный прибор 6. При движении пуансона вверх съемник 2 отделяет от него ленту. Сварной шов при такой сварке не выходит за пределы образующей цилиндрической части корпуса.

При холодной сварке сдвигом на соединенных деталях не образуется вмятин и углублений, а в месте сварки не уменьшается площадь поперечного сечения, т. е. пластическая деформация происходит в очень тонких слоях металлов, прилегающих к поверхности раздела соединения элементов.

К недостаткам холодной сварки относят ограниченный выбор материалов по свойствам и значительные деформации металлов, которые усложняют конструкцию корпуса и увеличивают габаритные размеры полупроводниковых приборов.

.3.2 Герметизация контактной сваркой

Контактная (электроконтактная) сварка наиболее широко применяется для герметизации полупроводниковых приборов и микросхем в металлостеклянных корпусах круглой и прямоугольной формы со штырьковыми выводами (рис. 101), а также СВЧ-приборов в керамических корпусах.

Основными ее видами являются контактная сварка по контуру и шовная (роликовая).

Как указывалось ранее, контактной сваркой называется процесс получения неразъемного соединения материалов нагревом свариваемых кромок до пластического или расплавленного состояния с последующим их сжатием (осадкой). Нагрев свариваемых деталей производится в результате выделяемой теплоты при прохождении через них электрического тока.

Схема процесса герметизации контактной сваркой на конденсаторной сварочной машине показана на рис. 102. Процесс сварки состоит из сжатия свариваемых деталей корпуса, включения (замыкания) и выключения сварочного тока, а также снятия усилия сжатия.

Рис.1.10.Конструкция элементов корпусов, герметизируемых контактной сваркой: а -с узкнм сварным полем, б - с рельефом

Рис.1.11 Схема процесса герметизации точечной контактной сваркой: 1 - герметизируемый корпус, 2 - электроды, 3 - электрическая цепь сварочной машины,4 - батарея конденсаторов,,5 - выпрямитель

Основными элементами установки контактной сварки являются выпрямитель 5, который служит для преобразования переменного тока в постоянный, батарея 4 конденсаторов для накопления (аккумулирования) электроэнергии и переключатель для последовательного соединения батареи конденсаторов с источником питания (выпрямителем) и сварочным трансформатором, предназначенным для получения в сварочной цепи больших токов при низком напряжении.

Электрическая энергия накапливается при заряде конденсаторов от источника постоянного напряжения (выпрямителя), а затем расходуется при их разряде, превращаясь в процессе сварки в тепловую энергию. Нагрев металла происходит при замыкании сварочной цепи.

Количество выделяемой теплоты определяют по закону Джоуля - Ленца:

=kI2Rt,

где I- сварочный ток; R - полное сопротивление между сварочными электродами; t - время протекания сварки, k - коэффициент пропорциональности.

Из формулы видно, что количество теплоты в значительной степени зависит от силы тока в сварочной цепи. Поэтому для быстрого нагрева свариваемых кромок применяют большие токи, достигающие нескольких десятков тысяч ампер. Полное сопротивление R состоит из сопротивления деталей, сопротивления между электродом и деталями и сопротивления сварочного контакта:

Электрическое сопротивление прохождению тока в месте контакта свариваемых деталей особенно велико, поэтому на этом очень малом участке выделяется большое количество теплоты.

С повышением температуры металла в зоне контакта его сопротивление возрастает, следовательно, еще более увеличивается количество выделяющейся теплоты и ускоряется процесс нагрева металла. Участки контакта вначале нагреваются током неравномерно, а затем ток перераспределяется между горячим и холодным металлом и нагрев выравнивается. Преимущественное тепловыделение в зонеконтакта сохраняется, и между деталями корпуса появляется расплавленное ядро, которое растет в объеме, перемещается и выравнивается по составу электромагнитным полем, создаваемым сварочным током. При использовании больших сварочных токов сварку выполняют за десятые и даже сотые доли секунды.

Герметизация изделий контактной сваркой - высокопроизводительный процесс, легко поддающийся механизации и автоматизации. Режим контактной сварки характеризуется основными параметрами -током и временем его прохождения, силой сжатия и временем ее действия.

Ток во вторичной цепи, т. е. ток, проходящий через свариваемые детали,

где N - мощность разряда; С - емкость конденсаторов (принимаемая от 800 до 1200 мкФ на 1 мм периметра свариваемого корпуса);  - кпд процесса для точечной контактной сварки на конденсаторной машине (обычно 0,65);  - напряжение зарядки.

Мощность разряда, выделяемая источником питания и обеспечивающая заданную глубину проплавления по контуру, составляет от 50 до 150 кВт. Ее можно выразить через энергию, накапливаемую в конденсаторной батарее, которую регулируют изменением емкости и напряжением зарядки,

где -энергия, накапливаемая в конденсаторной батарее; С - емкость конденсаторов; tp - время разряда. Из последней формулы можно определить напряжение зарядки

Для определения тепловых и температурных режимов пользуются часто понятием плотности тока, проходящего через контакт: , где  - площадь контакта свариваемых деталей. Усилие сжатия свариваемых узлов можно определить по формуле  где  - удельная нагрузка (ббычно 12-18 кг/мм2).

Учитывая, что плотность сварочного тока должна быть очень большой, площади контакта часто уменьшают, создавая свариваемую поверхность определенного вида (рис. 103, а - г) или придавая отбортовке деталей специальную наклонную конфигурацию. При этом сварка осуществляется в месте контакта острой кромки отбортовки одной из деталей с плоской поверхностью отбортовки другой детали (рис. 104, а, б), что значительно повышает качество и стабильность контактной сварки.

Рис.1.12 Виды рельефа свариваемых поверхностей корпусов:а, б •- полый, в, г - сплошной

Рис.1.13 Способы увеличения контактного сопротивления касанием фланца ножки:а-наклонным фланцем баллона, б-торцом баллона,1,3-верхний и нижний электроды,2-баллон,4-ножка.

Контактную сварку по контуру на конденсаторных машинах по тепловому воздействию на корпус можно отнести к разряду низкотемпературных. Длительность сварочного импульса при этой сварке настолько мала (20-80 мс), что выделяемая теплота не успевает распространиться в глубь тела корпуса, а преимущественно отводится в электроды, которые обычно выполняют из меди или медных сплавов с высокой теплопроводностью.

К достоинствам контактной сварки по контуру на конденсаторных машинах относятся: точная дозировка энергий; хорошая воспроизводимость процесса; слабый общий нагрев свариваемых изделий вследствие кратковременности процесса сварки и резко выраженной локализации нагрева свариваемых металлов, что особенно важно при герметизации корпусов полупроводниковых приборов и микросхем, для которых общий нагрев корпуса не допускается выше рабочей температуры прибора.

Герметизация достигается правильно выбранным режимом и строгим соблюдением технологического процесса. Необходимый режим сварки может быть подобран регулированием емкости конденсаторов, коэффициента трансформации сварочного трансформатора и усилия сжатия электродов. Суммарная толщина отбортовки корпусов без рельефа должна быть от 0,4 до 0,8 мм. Правильный выбор материала электродов и оптимальной площади электродного контакта также важно для качества сварного соединения. Для герметизации корпусов контактной конденсаторной сваркой по контуру в отечественной промышленности применяют несколько моделей одно- и многопозиционных сварочных машин (табл. 14).

Наиболее ответственными элементами в конденсаторных сварочных машинах являются электроды, которые должны обладать высокой электро- и теплопроводностью при достаточной твердости и износостойкости. Форма и размеры контактных поверхностей электродов должны обеспечивать надежный подвод электрической энергии и передачу давления к свариваемым деталям корпусов.

Электроды для контактной конденсаторной сварки могут быть комбинированными и некомбинированными (рис. 1.14, а, б). Основание / комбинированного электрода изготовляют из меди Ml, M2 или МЗ, а рабочую часть (наконечник 2) - из сплава эльконайт ВМ (20-30% Си и 70-80% W). Для обеспечения минимального теплового сопротивления комбинированного электрода наконечник припаян к основанию серебряными припоями.

Рис.1.14 Электроды и фиксатор для ■; контактной сварки: а - комбинированные, б - не-комбинированные; - основание, 2 - наконечник, 3 - фиксатор

Материалом некомбинированных электродов служит бронза марок БрБ2, БрХБ или специальные сплавы, обладающие повышенной стойкостью (например, НБТ, представляющий собой сплав меди, никеля, бериллия и титана). Для повышения механической прочности бронзу термически обрабатывают (закаливают и отпускают) и она приобретает свойства, необходимые электродным материалам, при этом превосходит эльконайт по электро- и теплопроводности и лишь незначительно уступает ему в твердости. Твердость рабочих поверхностей электродов должна быть не ниже НВ 240, а чистота этих поверхностей - не ниже 7-10-го класса, при этом на поверхности не допускаются забоины, вмятины, заусенцы и другие дефекты.

Номинальные размеры рабочих частей электродов, предназначенных для герметизации корпусов, определяются сопрягаемыми размерами свариваемых деталей.

Материалом фиксаторов 3 для центровки электродов (рис. 1.14) служит латунь ЛС59-1. Детали корпуса полупроводниковых приборов и микросхем, подлежащие сварке, целесообразнее изготовлять из материалов в сочетаниях, приведенных ниже.

Чистота поверхности свариваемых деталей должна быть не ниже 5-го класса. На свариваемых поверхностях, не допускается трещин, расслоения, раковин, глубоких рисок, выходящих за пределы половины допуска на толщину материала деталей. Лучшее качество сварки получается на деталях корпусов, предварительно покрытых тонким слоем -никеля (3-9 мкм) химическим или гальваническим способом. Детали из никеля и нержавеющей стали применяют без покрытия. Поверхность свариваемых деталей должна быть чистой и обезжиренной без загрязнений и следов коррозии.Технология герметизации контурной контактной сваркой I заключается в подборе режима сварки, сборке деталей корпусов вместе с электродами в специальное приспособление (рис. 1.15), которое служит для строгой центровки сварочных электродов и самого процесса сварки. После сварки и снятия усилия сжатия приборы освобождают из приспособления и помещают в тару.

При каждой смене электродов, в начале работы и после определенного (экспериментально устанавливаемого) количества сварок следует проверять их внешний вид и параллельность по отпечатку. Чтобы получить отпечаток, складывают вдвое копировальную бумагу, внутри которой помещают кусок белой бумаги. Сложенную бумагу кладут между электродами в приспособление для сварки и нажимают кнопку сварочной машины, создавая тем самым давление, затем вынимают бумагу и проверяют на ней качество отпечатка. Он должен быть равномерным, четким и замкнутым но псом у кругу. В этом случае считается, что электроды установлены параллельно и пригодны для работы.

Рис. 1.15.Сварочное приспособление для герметизации корпусов контурной контактной сваркой:

- наконечник, 2, Я - верхний и нижний электроды, 3, 9 - верхняя и нижняя втулки, 4 - стакан, 5 - наружная обойми, 6-герметизируемый корпус, 7 - распорная втулка, 10 - пружина,11-кольцо, 12 - штифт

Внешний вид свариваемых деталей проверяют с помощью лупы. Прожоги, выплески, непровары, наплывы металла и смещение свариваемых деталей, приводящие к отклонению от размеров, не допускаются. Основные виды дефектов при герметизации приборов контактной сваркой и способы их устранения приведены в табл. 15.

Шовная (роликовая) сварка применяется для герметизации прямоугольных корпусов интегральных микросхем. По природе она близка к точечной сварке, поскольку в ней из отдельных точек образуется сварочный шов, необходимый для обеспечения герметичности корпуса. Обычно ток подается в виде импульсов, паузы между которыми можно регулировать, изменяя расстояние между точками. Для герметичности шва точки должны перекрывать одна другую. При шовной сварке для соединения деталей корпусов используют вращающиеся ролики, к которым подведен сварочный ток и приложено давление сжатия. Ролик можно рассматривать в качестве электрода с распределенным рабочим участком.:

Цикл герметизации состоит из следующих операций. Корпус микросхемы 3 с предварительно прихваченной крышкой укладывают в гнездо поворотного столика 4 каретки (рис. 10). При прохождении столика каретки под вращающимися роликами 2 происходит сварка двух сторон корпуса микросхемы 3. По достижении кареткой крайнего положения столик с корпусом микросхемы поворачивается на 90°, а ролики раздвигаются на необходимую величину. Каретка движется в противоположном направлении, и при прохождении столика микросхемой под роликами происходит сварка остальных двух сторон герметизируемого корпуса.

Основными параметрами режима являются мощность источника питания, длительность сварочного импульса, скорость сварки, скважность режима сварки.

Выходная мощность источника питания в импульсе , где b - ширина поверхности контакта деталей;  - эффективный кпд (для шовной сварки обычно 0,5); длительность сварочного импульса  где  - время, по истечении которого начинается интенсивное испарение, приводящее к выплескам и негерметичности; скорость сварки V=bf/(k + 1), где b/(k + 1) - шаг точек; k - коэффициент перекрытия сварной точки (обычно 0,5-0,66); / - частота следования импульсов.

Для герметизации корпусов интегральных микросхем контактной шовной сваркой применяют различные сварочные машины. Наиболее распространены полуавтоматические сварочные машины ПГРС-1М, ПГРС-2 и полуавтомат 10СС900-007, позволяющие герметизировать плоские металлостеклянные и металлокерамические корпуса с выводами, расположенными как параллельно, так и перпендикулярно плоскости основания.

Рис.1.16.Схема герметизаций корпусов роликовой сваркой: а - схема, б - варианты включения сварочных роликов,1-каретка, 2-сварочный ролик, 3-микросхема, 4-поворотный столик с посадочным гнездом для микросхемы.

Для увеличения производительности машин шовной сварки целесообразно разделять процесс герметизации на две операции: сборку основания и крышки с предварительной приваркой (прихваткой) их на специальных приспособлениях и непосредственно шовную сварку.

.3.3 Герметизация сваркой плавлением

С развитием производства интегральных микросхем и новых типов полупроводниковых приборов все чаще применяют способы герметизации сваркой плавлением кромок соединяемых деталей (рис. 108). Это объясняется особенностями конструкции ряда широко распространенных корпусов микросхем - боковым расположением выводов и наличием стеклоизолятора или керамического изолятора непосредственно под зоной герметизации или вблизи ее, что делает герметизацию сваркой давлением практически невозможной, а при герметизации пайкой требуется нагрев всей микросхемы (температура плавления припоя для герметизации обычно лишь на несколько градусов ниже, чем у припоев, применяемых для напайки компонентов и подложек).

Наиболее распространены следующие способы герметизации сваркой плавлением: аргонно-дуговая, микроплазменная, электронно-лучевая и лазерная.

а) аргонно-дуговая

Рис.1.17 Типовая конструкция корпуса, герметизируемого аргонно-дуговой сваркой: - крышка, 2 - основание корпуса, 3 - сварочный шов

Эта сварка является одним из видов электродуговой сварки, при которой нагрев свариваемых кромок осуществляется теплотой электрической дуги. В зону дуги подается защитная струя аргона, которая, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. Герметизация происходит при расплавлении кромок свариваемых деталей корпуса с образованием сварочной ванны и последующего процесса кристаллизации металла шва. В полупроводниковой промышленности для герметизации корпусов применяется аргонно-дуговая сварка неплавящимся электродом (эти электроды служат только для возбуждения и поддержания горения дуги). Ее используют для герметизации металло-стеклянных корпусов со штырьковыми выводами, периметр сварки которых превышает 50 мм, а суммарная толщина кромок отбортовки составляет 0,2-0,6 мм.

Основное преимущество аргонно-дуговой сварки - возможность Применения местного нагрева деталей корпуса, а недостаток ее - повышенные требования к точности изготовления оснастки и совмещения свариваемых деталей, а также чувствительность к отклонениям рабочих параметров дуги, т. е. нестабильность ее горения.

Рассмотрим технологический процесс герметизации корпусов аргонно-дуговой сваркой (рис. 1.18). Детали корпусов собирают в кассеты 4 и, предварительно проверяя (внешним осмотром) чистоту поверхности свариваемых кромок, устанавливают на столе (планшайбе) сварочной установки. Конец электрода 5 помещают относительно свариваемых кромок на расстоянии длины дуги. В качестве неплавящегося электрода используют прутки вольфрама, содержащие 1,5-2% тория. Диаметр электрода для импульсного режима зависит от сварочного тока. Конец электрода должен быть заточен на конус с углом от 15 до 30°. К торцовой поверхности свариваемых кромок электрод следует располагать под углом 70°.

Для предупреждения блуждания сварочной дуги по поверхности герметизируемого корпуса используют весьма малые диаметры электродов и очень короткую (до 0,6-0,7 мм) дугу, при этом для получения стабильной глубины проплавления металла допускаемое отклонение длины дуги не должно превышать ±0,1 мм.

Рис.1.18 Схема герметизации корпусов аргонно-дуговой сваркой: 3 - теплоотводы крышки и основания, 2 - микросхема, 4 - корпус кассеты, 5 - электрод, 6 - сопло горелки

Основными параметрами технологического режима аргонно-дуговой сварки являются: сварочный ток, скорость сварки, длина дуги, давление защитного газа в рабочей камере.

Сварочный ток и скорость сварки подбирают в зависимости от свариваемых металлов и толщины кромок. Давление защитного газа в сварочной камере должно быть 0,2-10 Па. Передвигая горелку 6 с электродом 5 вдоль кассеты с собранными микросхемами 2, осуществляют сварку в установленном режиме. Перекрытие шва происходит на длине 10-25% от его периметра с плавным снижением тока до минимального.

Кроме технологических режимов, важное значение для качества сварочного соединения имеет подбор материалов, из которых изготовляют детали корпусов. Например, если основание сделано из сплава 29НК, крышку следует изготовлять из сплава 29НК или нержавеющей стали 1Х18Н9Т. Контроль сварного соединения осуществляется внешним осмотром и проверкой герметичности. Сварные швы должны иметь гладкую или мелкочешуйчатую поверхность по всей их длине без видимых дефектов (непроваров, подрезов, пор, трещин, незаплавленных кратеров).

Основные дефекты, обнаруженные при контроле швов сварных соединений, причины их возникновения и способы устранения приведены в табл. 16.

Для герметизации интегральных микросхем аргонно-дуговой сваркой разработан ряд установок (техническая характеристика их приведена в табл. 17), обеспечивающих сварку в наполненных защитным газом камерах в импульсном или непрерывном режиме.

Разновидностью аргонно-дуговой сварки является микроплазменная, применяемая для герметизации корпусов с малой толщиной. Для сварки этим способом используется сжатый дуговой разряд с интенсивным плазмообразованием (рис. ПО). Плазменная сварка не имеет тех недостатков, которые присущи аргонно-дуговой: сравнительно большого активного пятна и нестабильности при малых токах.

Плазменная дуга характеризуется высокими скоростями потока плазмы и температурой столба. Для получения дуговой плазменной струи используют специальные плазменные головки, или плазмотроны, в которых имеется неплавящийся вольфрамовый электрод, изолированный от канала и сопла, при этом анодом обычно служит герметизируемое изделие

Рис.1.19 Схема герметизации корпусов микроплазменной дугой: 1 - электрод, 2 - плазмообра-зующий газ, 3 - корпус горелки, 4 - защитный газ. 5 - тепло-отвод, 6 - свариваемые кромки корпуса

Газовая среда в плазмотроне выполняет следующие функции: защищает от окисления и охлаждает вольфрамовый электрод и сопло; обеспечивает получение стабильной плазменной струи с необходимой температурой и скоростью, а также максимальную теплопередачу к герметизируемому изделию.

Газы разделяются на плазмообразующие и защитные. В качестве плазмообразующего газа при микроплазменной сварке обычно используют смесь Аг - Не или Аг - Н2, а в качестве защитного - аргон.

б) герметизация электронно-лучевой сваркой

Сварка электронным лучом по сравнению с другими видами имеет выгодные особенности - точное регулирование и управление тепловой энергией, локальный нагрев, высокая чистота при сварке благодаря наличию вакуума, которые позволяют успешно применять ее для герметизации микросхем.

Сущность герметизации электронно-лучевой сваркой состоит в формировании непрерывного сварного шва по всему контуру корпуса за счет перекрывающихся сварных точек, образующихся в результате воздействия нагрева до температуры плавления сфокусированного электронного луча на отбортовку вращающегося корпуса (крышки и основания). Нагрев электронным лучом осуществляется вследствие превращения кинетической энергии ускоренных электронов в тепловую при торможении в свариваемых металлических деталях.

В отличие от обычных широко применяемых источников теплоты, производящих нагрев теплопередачи через поверхности металла, высвобождение энергии при электроннолучевой сварке происходит в самом веществе, причем наиболее интенсивное тепловыделение наблюдается на некоторой глубине (порядка 1 мкм), поэтому тепловой источник можно считать поверхностным.

Герметизацию электронно-лучевой сваркой можно выполнять в непрерывном и импульсном режимах, но предпочтительнее в импульсном, так как возможна герметизация с малой зоной термического влияния.

Основными параметрами технологического процесса являются: ускоряющее напряжение, диаметр электронного луча, скорость сварки, длительность и частота следования импульсов (для импульсного режима).

При герметизации корпусов электронно-лучевой сваркой суммарная толщина отбортовки под сварку должна быть 0,4-0,8 мм, необходимая глубина проплавления, обеспечивающая герметичность корпуса,-0,5-0,8 мм, а степень перекрытия сварных точек -50-60% от их диаметра (она определяется их размером и шагом).

Рис.1.20.Электронно-лучевая установка:

- высоковольтный трансформатор, 2 - выпрямитель, 3 - электронная пушка, 4 - катод, S - анод, 6 - электромагнитная фокусирующая линза, 7 - отклоняющая система, 8 - корпус полупроводникового прибора, 9 - ходовой винт, 10, 11 - форвакуумный и диффузионный насосы, 12 - электродвигатель привода столика, 13 - столик. 14 - рабочая камера. 15 - электронный пучок

Шаг S = V/Tц,

где К -скорость сварки, Тц - время цикла.

Сварные швы, полученные данным способом, имеют гладкую или мелкочешуйчатую поверхность по всей длине. Основным дефектом швов могут быть непровары, образующиеся из-за увеличения зазора между свариваемыми кромками, смещения линии стыка кромок относительно оси луча, несоблюдения технологических режимов.

Способ герметизации электронным лучом применяется реже из-за сложности конструкции установок по сравнению с другими способами, обеспечивающими качественную герметизацию.

Схема установки для герметизации электронным лучом (рис. 111) включает катодный узел 4, фокусирующую линзу 6, размещенную соосно с катодом, анод 5 с отверстием на пути следования луча. Расстояние между катодом и анодом составляет 10-15 см.

Прикатодный фокусирующий электрод и анод 5 имеют форму, обеспечивающую такую конфигурацию электрического поля, которая формирует электроны в узкий пучок (электростатическая фокусировка). Отрицательный потенциал катода 4 обычно составляет от 20 до 200 кВ. Прерывание и регулировка тока луча осуществляются подачей высокого напряжения (около 3 кВ) на прикатодный электрод. Электроды после выхода из анода 5 фокусируются с помощью линзы 6: Сфокусированный электронный пучок 15 направляется на кромки деталей герметизируемых корпусов 8 с помощью отклоняющей системы 7. Для герметизации корпусов полупроводниковых приборов и микросхем применяют установки с различными техническими характеристиками

в) герметизация лазерной сваркой

Сущность герметизации лазерной сваркой состоит в совместном оплавлении соединяемых материалов под действием интенсивного светового потока (переводом импульсной световой энергии в тепловую) с образованием шва (рис. 112).

Лазерная технология по сравнению с традиционными способами сварки, применяемыми для герметизации, обладает рядом преимуществ. Основное достоинство лазерного излучения как источника теплоты при сварке - возможность концентрации сравнительно больших энергий на малых поверхностях в короткие промежутки времени, т. е. высокая локальность процесса нагрева. В результате этого можно сваривать металл в непосредственной близости от металло-стеклянных или металлокерамических спаев, проводить герметизацию практически без термического влияния на элементы и компоненты микросхем и структуры полупроводниковых приборов. Как уже указывалось ранее, к преимуществам способа относится возможность легкого фокусирования излучения обычными оптическими системами. Для работы лазерной установки не требуется создания специальных сред (вакуум, защитная атмосфера), а лазерное излучение может проникать сквозь оптически прозрачные вещества (стекло, кварц).

Для герметизации корпусов применяют шовную лазерную сварку, выполняемую как в непрерывном, так и в импульсном режимах работы лазера, тогда как точечная сварка чаще всего используется при приварке выводов и пайке тонких деталей.

Рис.1.21 Схема герметизации корпусов лазерной сваркой: 1 - оптическая система, 2 - свариваемые детали, 3 - лампа накачки, 4 - активный элемент

Основными параметрами режима лазерной сварки являются энергия лазерного излучения в импульсе или мощность лазерного излучения, длительность лазерного импульса, диаметр луча, частота следования импульсов и скорость сварки, которые обусловливают обобщенный энергетический параметр - интенсивность излучения в фокальном пятне:

,

где ,- энергия лазерного излучения; -диаметр луча;  - длительность лазерного импульса.

Для каждой пары соединяемых металлов существует предельное значение интенсивности излучения в фокальном пятне, выше которого сварка будет сопровождаться значительным испарением металла из зоны нагрева или выплеском части расплавленного металла. Оптимальные условия сварки большинства сочетаний металлов (температура на границе сварочной ванны равна температуре плавления, а в центральной области меньше или равна температуре кипения) обеспечиваются интенсивностью 10s-106 Вт/см2.,

Управление интенсивностью излучения в фокальном пятне осуществляется тремя способами: изменением длительности воздействия излучения на материал, изменением выходной энергии, изменением площади фокального пятна.

Для получения вакуумно-плотного шва при сварке в импульсном режиме степень перекрытия сварных точек должна составлять 50-80% от диаметра сварной точки. Она зависит от их диаметра и шага. Шаг

,

где  - скорость сварки;  - время цикла; - частота следования импульсов.

Для примера рассмотрим технологический процесс герметизации миниатюрного диода в круглом металлокерамическом корпусе. Он состоит из подготовки к сборке свариваемых деталей и загрузке их в специальное приспособление, обеспечивающее стабильное положение деталей относительно лазерного луча, собственно лазерной сварки и проверки качества сварного шва.

Свариваемые кромки корпуса не должны иметь заусенцев, раковин, царапин, трещин, следов припоя, жировых пятен и других загрязнений, препятствующих получению качественного соединения. Зазор между свариваемыми элементами в зоне сварки должен быть минимальным (не превышать 10-25% от меньшей толщины свариваемых кромок). Он обеспечивается с помощью прижимов при сжатии свариваемых кромок в сварочном приспособлении или предварительной приваркой деталей в одной или двух точках.

После установки режима сфокусированный лазерный луч направляется на свариваемые кромки корпуса и крышки. Круглый корпус диода вращается вокруг оси, перпендикулярной оси луча. Все точки периметра корпуса последовательно проходят под лучом на одинаковом расстоянии.

Внешний вид сварных соединений проверяют осмотром через лупу. При этом не должно быть прожогов, непроваров, выплесков, свищей и пор. Механическая прочность соединения должна быть не менее 0,8 предела прочности свариваемых металлов.

Недостатками герметизации лазерной сваркой являются незначительная глубина проплавления соединения металлов при средних мощностях излучения, выплески испаряемого металла при использовании мощных лазеров, значительные потери энергии лазерного пучка при сварке металлов, обладающих высокими коэффициентами отражения.

Из различных типов оптических квантовых генераторов для герметизации лазерной сваркой используют те, которые могут обеспечить непрерывный и импульсный (с достаточной частотой) режимы работы и сравнительно большую мощность. К ним относят твердотельные на алюмоиттриевом гранате с неодимом и газовые, активная среда которых состоит из смеси диоксида углерода, азота и гелия.

Рис. 1.22.Схема полуавтоматической двухлучевой установки Квант-17.

-призма полного отражения,2-объектив,3-кассета,4-корпус микросхемы,5-сферическое зеркало,6-активныйэлемент,7-лампа накачки,8-источник питания

Схема специализированной полуавтоматической двухлучевой установки Квант-17 показана на рис, 113. Она предназначена для герметизации одновременной сваркой с двух сторон корпусов микросхем размерами от 10 до 40 мм. Для этого в установке имеются два активных элемента 6, которые расположены соосно и помещены в отдельные камеры с импульсными лампами накачки, подключенными к общему источнику питания 8 последовательно для обеспечения одинаковых излучений, и резонатор, состоящий из двух сферических зеркал 5. С помощью призм полного внутреннего отражения и объективов 2 лазерные лучи с двух сторон направляются на сварочные кромки корпуса 4 микросхемы и фокусируются на них.

Для укладки герметизируемых микросхем служит многоместная кассета 3, которая после сварки двух параллельных сторон корпуса автоматически перемещается с заданной скоростью и поворачивается на 90° для герметизации двух других сторон.

Техническая характеристика установок для герметизации лазерной сваркой приведена в табл. 19.

1.3.4 Герметизация пайкой

Герметизация пайкой первоначально была широко распространена в производстве полупроводниковых приборов, но новые способы герметизации постепенно вытеснили ее, хотя некоторые типы приборов продолжают герметизировать пайкой (маломощные диоды в металлостеклянном корпусе с охватывающим спаем, некоторые конструкции микросхем в плоских металлостеклянных и металлокерамических корпусах).

Сущность процесса герметизации пайкой заключается в соединении металлических или металлизированных поверхностей деталей корпусов с помощью припоя, который при температуре пайки смачивает паяемые поверхности, заполняет капиллярный зазор между ними и, кристаллизуясь, связывает их в монолитную герметическую конструкцию. Активация соединяемых поверхностей в этом случае осуществляется действием флюса. При бесфлюсовых способах пайки роль флюса выполняет газовая среда или специальные компоненты припоя. Прочность соединения, как правило, равна прочности припоя.

К преимуществу герметизации пайкой относят отсутствие значительных давлений и специального инструмента (электроды для сварки), а к недостаткам - необходимость нагрева всего прибора до значительной температуры (200-350°С) и вредное влияние флюса (остатки флюсов, которые не могут быть полностью удалены, попадая на полупроводниковые структуры, ухудшают стабильность электрических параметров), необходимость работы в атмосфере водорода или дорогостоящего инертного газа, критичность режимов пайки, особенно при герметизации микросхем с наличием юлота на соединяемых деталях.

Рис.1.23 Закладные детали различной формы

- припойные детали с просеченными отверстиями, 2 - детали с припобным покрытие

В полупроводниковой промышленности применяют в основном два вида герметизации низкотемпературной пайкой: в конвейерных печах и струей горячего газа на специальных установках.

Выбор припоев для герметизации ограничен, так как при проведении этого процесса должны сохраняться все ранее полученные соединения. Обычно используют оловянносвинцовые припои, особенно ПОС-61 и ПСр-2,5. Состав и свойства припоев, используемых для герметизации, приведены в табл. 20.

Широкое применение получили припои в виде закладных деталей (рис. 114), представляющие собой выпускаемые в больших количествах детали одной и той же массы. В зависимости от способа пайки они могут быть офлюсованы, т. е. предварительно покрыты слоем флюса.

Использование для пайки закладных деталей позволяет вводить заранее в паяемый узел определенное количество припоя и флюса, в результате чего получают однородные соединения. В качестве примера рассмотрим герметизацию пайкой в конвейерной печи маломощных диодов в металлостеклянном корпусе и струей горячего газа микросхем в плоском металлокерамическом корпусе. Как указывалось ранее, конвейерные печи просты и надежны по конструкции, обладают достаточно равномерным распределением температуры в рабочем объеме. Рабочий канал печи, выполненный из жаростойких сталей, представляет собой прямонакальный нагреватель.

Движущаяся лента с определенной скоростью проходит непрерывно через печь. Она перемещает загруженные кассеты, установленные с одного конца трубы. Для предохранения паяемых деталей корпусов и припоя от окисления в процессе нагрева рабочее пространство печи заполняют чистым и сухим инертным газом, который выбирают в зависимости от паяемых деталей корпусов и припоя (обычно это азот).

Технологический процесс герметизацией пайкой включает подготовку деталей корпусов к пайке, непосредственно пайку и контроль загерметизированных изделий.

Как указывалось ранее, необходимым условием качественной пайки является тщательная очистка (обезжиривание в различных растворителях) паяемых поверхностей. Для лучшего смачивания паяемых поверхностей припоем используют предварительное золочение их, лужение и другие покрытия.

Пайка осуществляется нагревом в печи собранных в кассеты деталей с заранее вложенным припоем, покрытым флюсом. При этом следует правильно выбирать конструкцию кассеты (рис. 115), которая должна обеспечивать в процессе пайки взаимное расположение деталей с необходимой точностью и определенное давление для контакта, паяемых поверхностей. При загрузке кассеты сначала загружают шайбу 7 припоя в гнездо кассеты 6, затем металлостеклянный баллон 4, держатель 5, далее шайбу припоя в I пробку 2 кассеты, вывод 3 в пробку со стороны шайбы при-I поя, устанавливают загруженную пробку в направляющее I- отверстие кассеты и опускают вывод в верхнее отверстие I баллона до прижима к алюминиевому электроду кристалла, а шайбу - на торец баллона.

Кассеты обычно выполняют из чистого графита или дру-1 того жаростойкого материала (нержавеющей стали), который не загрязняет арматуру и гарантирует фиксацию деталей относительно друг друга.

Весь узел подогревается в печи до температуры пайки замедленно, поэтому большое значение имеет скорость, с которой подводится теплота. Температура печи должна обеспечить расплавление припоя и перегрев его на 50-60°С В выше точки плавления при определенном времени выдержки. При нагреве припойная шайба расплавляется и образует припойный конус, соединяющий выводы и держатели с облуженными коваровыми втулками.

После пайки детали охлаждают в холодильной камере. При этом не допускается относительное смещение деталей корпусов, поэтому кассеты с арматурой в печи необходимо перемещать медленно.

Способ пайки в конвейерной печи обеспечивает высокое качество паяных соединений.

Преимуществами способа герметизации низкотемпературной пайкой в конвейерной печи являются: отсутствие окисления поверхностей деталей и припоя при нагреве; уменьшение деформации узлов благодаря равномерности их нагрева и жесткости кассет; отсутствие пережогов, коробления, наплывов припоя, требующих зачистки; возможность сборки приборов или микросхем с несколькими паяемыми выводами.

При незначительных объемах выпускаемой продукции целесообразно применять пайку струей горячего газа. Этот способ заключается в нагреве паяемых деталей и расплавлении припоя направленным потоком воздуха или инертного газа (азот, аргон), температура и расход которого тщательно регулируются.

Схема герметизации плоских металлостеклянных и металлокерамических корпусов струей горячего газа показана на рис. 116. Основание микросхем укладывают в одноместную кассету. На основание помещают припойную рамку, покрытую флюсом, и крышку корпуса, которую с помощью приспособления 4 прижимают к основанию, при этом усилие прижима Q =pS, где р-удельная нагрузка (для припоя ПСр-2,5 она составляет 100-200, а для ПОС-61-5- 10 г/см2); S-площадь крышки.

Кассета в фиксированном положении устанавливается под струю инертного газа 2, который предварительно пропускается через специальные нагреватели, где нагревается до необходимой температуры. В момент установки кассеты начинается автоматический отсчет времени пайки. Под действием струи инертного газа припой плавится и смачивает поверхность (обычно золоченую) основания и крышки, при этом между ними образуется ровная галтель припоя. По истечении определенного времени из-под нагревателя выдвигают кассету и вынимают загерметизированную микросхему, которую охлаждают.

Анализ микроструктуры паяных швов показывает, что они в основном имеют однородную монолитную структуру и плотный контакт с поверхностью крышки и основания корпуса.

Пайка струей горячего газа обладает многими достоинствами. Инертная среда, применяемая при данном способе, предотвращает окисление деталей при высокой температуре пайки. Ход процесса определяется температурой пайки, расходом газа и временем выдержки. Эти параметры легко поддерживаются в заданных пределах, что позволяет получать надежные паяные соединения. Оборудование просто и удобно в эксплуатации.

Рис;.1.24 Схема пайки горячим воздухом или газом: 1 - нагреватель, 2 - горячий газ, 3 - герметизируемая микросхема в сборе перед пайкой, 4 - приспособление для прижима крышки к корпусу

.4 Оборудование для герметизации изделий электронной техники

Для герметизации корпусов полупроводниковых приборов и ИМС применяются установки со следующими техническими характеристиками:

Скорость до 500 мм/с

Емкость загрузки -10 схем,

Производительность до 120 корпусов в час.

Для герметизации изделий методом холодной сварки используется полуавтомат ИО 20.007, который состоит из скафандра, стола, карусели, гидросистемы и электрического блока. Скафандр служит для создания микроклимата при сварке и закрывается оргстеклом

Для герметизации изделий методом пайки с применением флюса используют очень простое оборудование. Оно состоит состоит из скафандра с обеспыленной средой и нагревательным элементом внутри скафандра с регулируемой температурой. Потребляемая мощность при этом не более 1 кВт, производительность сборки и герметизации (одновременно)- 200-300 шт/ч

При контактно-рельефной сварке используют конденсаторные машины, которые имеют малую мощность, поэтому область их применения ограничивается сваркой деталей толщиной до 0.5-0.7 мм из цветных и черных металлов и времени разряда батареи конденсатора от десятков микросекунд до долей миллисекунды.

В настоящее время операции монтажа кристаллов и присоединение выводов выполняется на автоматическом роботизированном оборудовании. Рассмотрим некоторые виды установок.

Автоматы монтажа кристаллов ЭМ-4085А предназначены для присоединения кристаллов интегральных микросхем к корпусам полупроводниковых приборов. Микропроцессорный контроллер осуществляет управление автоматами. Автоматы оснащенным оптикотелевизионной системой автоматического поиска немаркированных кристаллов, а также устройством автомеханической загрузки рамочного носителя с полупроводниковыми пластинами, разделенными на кристаллы. Многомагазинный механизм автоматической подачи корпусов ИС позволяет, не останавливая автоматы, загружать их кассетами с приборами, что обеспечивает непрерывность работы в течении длительного времени. Автоматы оснащены системой диагностики, упрощающей поиск и устранение неисправностей. Имеется встраивания в гибкую производственную систему

Исполнение автоматов зависит от типа обрабатываемого корпуса и метода присоединения ЭМ-4085А (-1;-2).

Технические характеристики ЭМ-40854А

Производительность кристалл/ч

ЭМ-4085А 2000

ЭМ-4085Ф-1 1000

ЭМ-4085-2…..600

Размеры присоединяемых кристаллов:

При захвате с адгезионного носителя с распознаванием годных кристаллов:

ЭМ-4085А, ЭМ-4085-1

ЭМ-4085А-2

При захвате из многоразрядной кассеты без распознования кристаллов до

Максимальный диаметр обрабатываемых пластин 125мм

Автомат присоединения выводов ЭМ-4160 предназначен для автоматического присоединения проволочных выводов из золота к металлизированным контактным площадкам и выводам корпуса интегральных и полупроводниковых приборов методом термозвуковой сварки.

Линейный трехкоординатный шаговый двигатель (привод) для перемещения сварочной головки позволяет увеличить производительность и надежность работы автомата, т.к. все перемещения осуществляются на воздушных подушках. Наличие датчика касания обеспечивает возможность автоматического определения оптимального уровня сварки. Определение положения контактных площадок кристалла производится автоматически.

Технические хаорактеристики ЭМ-4160

Производительность 5000 присоед/ч

Время цикла на выполнение одной перемычки 0.14с

Диаметр присоединяемых выводов 25-40мкм

Погрешность присоединяемых выводов  мм

Температура нагрева (регулируемая) 100…400

Рабочая частота ультрозвукового генератора кГц

Установка присоединения выводов ЭМ-42160 предназначена для присоединения аллюминевых выводов увеличенного диаметра к контактным площадкам гибридных интегральных микросхем методом ультрозвуковой сварки. Установкой управляют вручную. Обеспечена возможность присоединения разнообразных по длине, диаметру, уровнем сварки и количество стяжков перемычек.

Технические характеристики ЭМ-4210

Производительность 2000 сварок/ч

Усиление сжатия соединяемых элементов 2…12 Н

Мощность ультрозвукового импульса УЗГ 4…40Вт

Рабочая частота УЗГ кГц

Длительность сварочного импульса 0.01…1с

Диаметр присоединяемых выводов (проволока) 0.125…0.5мм

Однако операции наклейки крышек до сих пор выполняются с использованием ручных приспособлений и малой производительностью, требуя применения большого количества установок и увеличивая себестоимость полевых транзисторов. Поэтому поставлена задача повышения уровня выхода годных и увеличения производительности.

2. Назначение и работа автомата герметизации транзисторов

.1 Назначение и техническая характеристика установки

Установка предназначена для напрессовки клея на крышку полевых-транзисторов. Установка обеспечивает напрессовку порошкообразного клея на ободок круглой крышки. При этом, при ручной загрузке крышек в направляющую нагревателя, производиться автоматическая загрузка крышек в гнездо карусели, напрессовка клея на крышку и выгрузка готовой крышки с клеевым пояском во фторопластовую кассету.

Установка моет применяться автономно и в составе линии.

Установка изготовлена в и полнении УХЛ категории 4.1 по ГОСТ 15150-89 и предназначена для работы в помещениях класса чистоты 100.000 с допускаемой концентрацией аэрозолей для производственных помещений -350 ч/л размером 0.5 мкм и более, при температуре от 20 до 25 и точности поддержания температуры , при относительной влажности () по ОСТ 11050.067-82.

Питание установки от трехфазной с нулевым проводом сети переменного тока напряжением ()В, частоты () Гц. Нормы качества электрической энергии, по ГОСТ 13109-67.

Установка обеспечивает работу при подаче сжатого воздуха класса 2 по ГОСТ 17433-80 под давлением 0.4-0.6 МПа (4-6 ), осушенного воздуха класса 2 по ГОСТ 11.050.003-83 под давлением 0.1-0.2МПа (1-2 ), подводе вакуума разрешением не менее 380 мм.рт.ст.

Для эксплуатации установка должнпа быть подключена к системе вытяжной вентиляции с расходом воздуха не менее 100 .

Фундамент для монтажа установки не требуеться.

Габаритные размеры установки не более:

Длина-1120мм

Ширина-840мм

Высота-1400мм

Масса установки не более 200 кг.

Время цикла напрессовки (перевод карусели плюс выстой) (КР) регулируется от 2 до 4 секунд.

Температура нагрева поверхности нагревателя (КР) -(100…200 ).

Допускаемое отклонение температуры рабочей поверхности нагревателя от номинального значения (КР) не более .

Время выхода нагревателя на режим (КР) не более …30 с.

Контроль и регулирование температуры (КР) нагревателя - автоматическое с помощью прибора контроля и регулирования ПРТА-550 в тумбе стола.

Количество одновременно напрессовываемых крышек - 1 шт.

Способ напрессовки - от пневмоцилиндра на позиции напрессовки 4-х позиционной карусели, с предварительным подогревом крышки.

Усилие напрессовки (КР)…300…400 кГс.

Количество загружаемого клеевого порошка в бункер не менее …50  (до для 1000 крышек) и не более…60 .

Количество операторов…1 чел.

Освещение рабочей зоны - местное не менее 1000 лк в соответствии с пунктом 181 “Отраслевые нориы и скусственног освещения предприятий электронной промышленности” Н-743-73.

Уровень шумов в зоне обслуживания не более 75 дБ со средней частотой 1000 Гц.

Максимальная электрическая мощность потребляемая установкой не более …1.2 кВт.

Расход сжатого воздуха, подаваемого в установку, не более. .

Расход сжатого воздуха, подаваемого в установку, не более. .

Время непрерывной работы установки в нормальном режиме не менее …8ч.

Наработка на отказ при доверительной вероятности 0.8 не менее …180ч.

Коэффициэнт готовности не менее …0.9

Среднее время восстановления не более …1ч.

Срок службы до списания не менее…5 лет.

.2 Описание установки напрессовки клея на крышку полевого транзистора

В основе работы установки лежит принцип напрессовки дозированного порошкового клея на подогретую крышку. Установка состоит из стола, который является несущей частью установки и имеет скафандр с вытяжной системой и встроенный светильник в верхней части скафандра. Под плиней стола закреплен привод с электродвигателем. С приводом соединяется через мальтийский механизм карусель, закрепленная на валу, проходящей через плиту стола. Карусель имеет четыре позиции. Вокруг карусели на плите стола распологаются основные механизмы установки:

механизм загрузки порошка;

механизм загрузки крышек;

пневмоцилиндр;

механизм выгрузки крышек.

На плите стола закрепляется и направляющая с нагревателем. В глубине скафандра на плите стола свободно без закрепления устанавливается блок пневматический, имеющий штуцера для подвода вакуума, сжатого воздуха и осушенного воздуха, выходящего через заднюю стенку скафандра. В левой части стола размещается тумба с электрооборудованием. На плите стола справа от оператора на подставке закреплен пульт управления. Все механизмы установки имеют отдельный привод от своих двигателей и каждый механизм снабжен разъемом.

Перечень исполнительных механизмов установки и функциональное назначение:

а) двигатель ПЛ-062 привода карусели (М1)

б) двигатель РД-09 привод механизма загрузки порошка (М2);

в) шаговой двигатель механизма выгрузки крышек, служащий для перемещения вакуумной присоски вниз-вверх (для забора крышки) (ШД1);

г)шаговый двигатель механизма выгрузки крышек, служащий для поворота вала с присоской на  в вертикальной плоскости (ШД2);

д) электропневматический клапан, служащий для подачи сжатого воздуха в цилиндр напрессовки (ЭК1);

е) электропневматический клапан, служащий для подвода вакуума к присоске в момент захвата и удержании крышки (ЭК2);

ш) электропневматический клапан, служащий для подачи сжатого воздуха в цилиндр механизма загрузки крышек (ЭК3);

з) электромагнит отсекателя, служащий для поштучной выдачи крышек из нагревателя направляющей в механизм загрузки крышек (С1).

Перечень датчиков, место установки, их условное обозначение и функциональное назначение:

а) индуктивный датчик в приводе карусели, служит для управления исполнительными механизмами установки ЭК1, ЭК3, С1 и М1 (Д1)

б) фотодатчик на валу ШД1, информирует что присоска находиться в верхнем положении и служит датчиком оборота ШД1, выключая его через оджин оборот (ФД2);

в) фотодатчик на валу ШД2, служит датчиком 1/2 оборота вала с присоской в вертикальной плоскости (ФД3);

г)фотодатчик на валу с присоской служит, служит датчиком оборота присоски на , т.е. датчиком исходного положения присоски при ее повороте (ФД4);

д) дтчик вакуума, фотодатчик информирующий о захвате крышки присоской механизма выгрузки (Д5);

е)индуктивный датчик в механизме загрузки, датчик положения положения штока пневмоцилиндра загрузки над гнездом карусели (Д6);

ж) индуктивный датчик в механизме загрузки, датчик исходного пололжения штока пневмоцилиндра загрузки (Д7);

з) индуктивный датчик, датчик верхнего полрожния штока пневмоцилиндра напрессовки (Д8);

и) фотодатчик на валу ШД1 механизма выгрузки крышек, информирует,что присоска находится в нижнем положении (ФД9);

к) индуктивный датчик в приводе карусели, информирует о нахождении карусели в процессе выстоя (Д10)

.3 Устройство и работа установки

Привод соединяется клиноременной передачей с электродвигателем постоянного тока ПЛ-062 (М1). Привод используется для передачи вращения на карусель и управление процессом дозировки порошка в гнездо карусели во время ее выстоя. Привод имеет встроенную предохранительную муфту, соединяемую со втулкой, сидящей на валу червячного колеса четырмя фиксаторами. Предварительный момент может измениться регулировкой пружины фиксаторов, на выходном валу привода закреплен кривошип привода мальтийского креста кулачок для перемещения центрального стержня в гнезде карусели в процессе ее выстоя. В приводе имеются два индуктивных датчика. Для управления работой датчика служат диски.

Карусель имеет четыре гнезда в матрице. В гнезде размещается пуансон внутри которого имеется подпружиненный стержень соединенный с сердечником. Пуансон может перемещаться в отверстии матрицы. В нормальном положении верхний торец стержня находиться одной плоскости с верхней плоскостью матрицы. В сердечнике закрепляется палец. Во время выстоя карусели стержень с сердечником имеют возможность перемещаться вверх толкателя, воздействующим на палец. Толкатель перемещается от кулачка привода. В нижней части пуансона во втулке закрепляется ролик, который в процессе вращения карусели бежит по неподвижному контуру.

На позиции загрузки порошка в гнездо карусели верхний торец пуансона заглублен относительно верхней плоскости матрицы на 1-1.5 мм. Размер заглубления регулируется вращением втулки. Карусель сидит на одном валу с мальтийским крестом и вместе с ним получает периодическое вращение от кривошипа привода. При перемещении гнезда с позиции напрессовки на позицию выгрузки пуансона через ролик от копира перемещается вверх, выталкивая из гнезда крышку с напрессованным кольцом.

Механизм загрузки порошка имеет автономный привод от электродвигателя РД-09 (М2), включаемый и выключаемый кнопкой с пульта управления. Механизм загрузки порошка имеет бункер, в который загружается клеевой порошок. Нижняя часть бункера открыта снизу и скользит по верхней поверхности матрицы карусели при ее вращении, прижимаясь к ней пружиной. Загрузка порошка в кольцевой зазор происходит следующим образом. В начале высота карусели на позиции загрузки порошка стержень в гнезде карусели вместе с сердечником через палец толкателем от кулачка поджимается вверх. Бункер с порошком все время вращается вокруг стержня. Затем стержень опускается вниз вместе с сердечником под воздействием пружины в пуанчсоне при опускапни толкателя. Опускаясь, стержень увлекает за собой порошок в кольцевой зазор в матрице гнезда карусели. Внутри бункера механизма загрузки порошка происходит кольцевой прижим, который через рычаг соединен с тягой связанной с толкателем и отжимается пружинами вниз при опускании толкателя вниз, тяга через рычаг перемещает вниз кольцевой прижим внутри буркепра с порошком. При этом при вращении мбункера и воздействии кольцевого прижима происходит затирание порошкав кольцевой зазор в матрице карусели. Подъем кольцевого прижима осуществляется от кулачка толкателем через тягу рычаг.

.Направляющая служит для подогрева крышек и поштучной выдачи их в механизм загрузки крышек. В направляющую вмонтирован спиральный нагреаватель. Температура нагрева направляющей . Для контроля в правой части направляющей установлена термопара. Для поштучной выдачи крышек служит отсекатель с приводом от электромагнита. Отсекатель установлен на выходе из направляющей в правой ее части. Крышки приборов в направляющую устанавливаются вручную в левой холодной ее части и под наклоном скатываются под собственным весом по пазу нагретой направляющей к отсекателю, который по команде датчика Д7 механизма загрузки и осуществляет выдачу очередной крышки в этот механизм. Время нагрева крышек 30 секунд.

Механизм загрузки представляет собой вибробункер от куда крышки поступают по направляющей в гнездо карусели. На одном валу с каруселью находится механизм с пазами.В момент подачи крышки в гнездо карусели этот паз находится на одном уровне с гнездом

Основным механизмом напрессовки является силовой пневмоцилиндр одностороннего действия с управлением от электропневматического клапана ЭК1. Пневмоцилиндр имеет два поршня, которые работают параллельно. Сжатый воздух в полости к этим поршнем поступает от одного клапана ЭК1. Пневмоцилиндр имеет два поршня, которые работают параллельно. Сжатый воздух в полости к этим поршням поступает от одного клапана ЭК1 через тройник. В механизме имеется датчик верхнего положения штока пневмоцилиндра. Пневмоцилиндр закрепляется на стойке, пололжение которой1 на плите регулируется упором. Плита имеет пазы для регулировки в поперечном направлении, так что шток пневмоцилидра выставляется соосно с гнездом карусели. На штоке пневмоцилиндра закрепляется обрезиненный прижим, который в процессе напрессовки давит на крышку прибора, сидящую в гнезде карускли. На штоке пневмоцилиндра закрепляется также зажим, в котором зажимается фиксатор с размыкателем. Размыкателем при верхнем положении штока пневмоцилиндра замыкает датчик. Фиксатор служит для более точной фиксации карусели на позиции выстоя. При этом при ходе штока певмоцилиндра вниз вначале фиксатор заходит в фиксирующее отверстие карусели и только затем к крышке прибора подходит прижим. В зажиме также закрепляется подпружиненный прижим, который при ходе штока пневмоцилиндра вниз тоже опускается на мкрышкуприбора, но на позиции загрузки крышек, и фиксирует крышки в гнездо карусели, несколько вдавливая в него.

Напрессовка клея производится на крышку прибора, лежащую ободком вниз на клеевом кольце в гнезде карусели. При этом прижим давит сверху на крышку прибора, а снизу пуансон прижимает порошковое кольцо к ободку крышки. Пуансон при этом опирается через ролик на неподвижный копир.

Механизм загрузки крышек находится на противоположной стороне карусели. Механизм выгрузки крышек имеет вакуумную подпружиненную присоску, вращающегося корпуса. Вращающейся корпус имеет сбионированный с ним кулачок и зубчатое колесо. Присоска имеет возможность вертикально перемещаться во втулке вала от кулачка, к которому прижимается ролик, сидящей на присоске. Для предотвращения разворота на присоске имеется другой ролик, который перемещается по пазу фланца вала при вертикальном перемещении присоски. Корпус вращается в подшибниках от шестерни, сидящей на валу шагового двигателя ШД1. Полый вал приводится во вращение от шагового двигателя ШД2 шестерней, находящейся в зацеплениис зубчатым колесом, закрепленным на валу. Вакуум на присоску подается через штуцер и полость в корпусе, соединяющейся с центральной полость вала. В месте соединения ала и полости корпуса имеются уплотнения. На фланце вала закрепляется сбрасыватель. На валу ШД1 имеется диск с прорезью, который вращается в пазах фотодатчиков ФД2 и ФД9. На валу шагового двигателя ШД2 имеется диск управления работой фотодатчика ФД3. На валу закрепляется диск для управления работой фотодатчика ФД4. вакуум на присоске включается электропневматическим клапаном ЭК2. Для контроля вакуума и забора крышки присоской в механизме имеется датчик вакуума Д5 со встроенным фотодатчиком.

Механизм работает следующим образом. После получения команды на выгрузку крышки из гнезда карусели механизм производит цикл выгрузки и отключается самостоятельно. При этом во время выгрузки сначала подается вакуум на присоску клапаном ЭК2 и одновременно включается ШД1 для перемещения присоски вниз кулачком Присоска опускается, забирает крышку из гнезда карусели и поднимается вверх, где ШД1 отключается по команде датчика ФД2. Затем вал с присоской совершает один оборот в вертикальной плоскости, для того что бы перевернуть крышу донышком вниз. При этом через один оборот ШД2, то есть через 180 С поворота присоски, когда крышка будет донышком вниз, по команде датчика ФД3 производится снятие вакуума с присоски отключением клапана ЭК2. При дальнейшем повороте присоски она проходит через паз наклонной направляющей и крышка с клеевым кольцом на ее ободке сбрасывается по направлению в наклонно установленную фторопластовую кассету, по которой крышки расползаются самостоятельно, равномерно заполняя ее пространство. Когда же присоска завершит полный оборот, то есть ШД2 завершит два оборота, по сигналам датчиков ФД3 и ФД4 производится выполнение ШД2.

Устройство имеет два режима работы: автоматический и ручной. В автоматическом режиме работы установка происходит по специальному алгоритму. В автоматическом режиме происходят постоянные работа двигателя М1 привода карусели. При этом карусель с четырмя гнездами для крышек приборов постоянно переодически поворачивается на 90 для перевода крышки на следующую позицию. После перевода по циклу происходит выстой, в течении которого и совершаются технологические операции по напрессовке клея на крышку прибора. Все операции на четырех позициях производятся параллельно.

На первой позиции, справа от оператора, происходит загрузка дозы порошкового клея в кольцевой зазор в гнезде карусели. Механизм загрузки порошка имеет автономное питание для привода бункера с порошком и включается и выключается в любом режиме работы установки своей кнопкой на пульте управления. Загрузка порошкового клея в кольцевой зазор в гнезде карусели производится при постоянно вращающихся двигателях М1 и М2.

На второй позиции перед оператором находится механизм загрузки крышек в гнездо карусели. При этом предварительно крышки вручную загружаются в направляющую с нагревателем. Из нагревателя направляющей крышки поштучно выдаются отсекателем в механизм загрузки крышек. Откуда они подаются к гнезду карусели толкателем с приводом от пневмоцилиндра по сигналу датчика Д1 в приводе карусели (во время ее выстоя).

На третьей позиции слева от оператора находится пневмоцилиндр механизма напрессовки. При рабочем ходе штока пневмоцилиндра прижим (11) давит на крышку, опирающуюся через кольцо из порошка на пуансон, который в свою очередь опирается на ролик, который передвигается по неподвижному контуру. В начале выстоя карусели толкатель механизма загрузки подает крышки к гнезду карусели, срабатывает датчик Д6, после чего начинает работать пневмоцилиндр напрессовки. При этом вначале происходит точная фиксация карусели фиксатором (61), а потом прижим на позиции загрузки слегка вдавливает крышку в гнездо карусели, и на позиции напрессовки одновременно прижим напрессовывает крышку на клеевое кольцо.

На четвертой позиции по сигналу датчика Д6 происходит полный цикл выгрузки крышки из гнезда карусели в цеховую фторопластовую кассету. При этом присоска забирает крышку, предварительно вытолкнутую из гнезда карусели при переводе карусели, переворачивает ее и сбрасывает на наклону направляющую, по которой она скатывается в кассету.

Работа оператора на установке напрессовки заключается в следующем. Оператор должен перед началом работы включить нагреватель направляющей, загрузить порошковый клей в бункер и установить кассету для крышек с напрессованными на них клеевыми кольцом. Загрузка крышек в направляющую с нагревателем осуществляется вручную. В зависимости от своих возможностей оператор сам регулирует время полного цикла напрессовки регулятором на пульте управления, изменяя этим производительность установки изменением скорости вращения М1. Время цикла регулируется в пределах 2..4 секунд. При необходимости можно остановить автоматический режим работы установки. При этом установка перейдет в режим работы и сигнальная лампа погаснет.

Ручной режим работы используется для наладки установки и отдельных ее механизмов. В ручном режиме кнопками с пульта управления можно управлять работой любого механизма.

3. Расчет бункера автомата герметизации транзисторов

.1 Расчет производительности установки по графу передач

Схема графа передач

Рис 3.1

-сборка корпуса полевого транзистора;

-никелерование;

-золочение;

-монтаж кристалла в корпусе;

-герметизация полевого транзистора

План-1000 штук/ч

Составим матрицу в соответствии с графом передач см рис

=

Вычитаем из исходной матрицы единичную матрицу

T-I=

Транспонируем матрицу

-запуск (производительности оборудования)

П-план

Составим уравнение по матрице в системе

Решаем систему и получаем:

4. Технология изготовления детали

.1 Описание конструкции детали и условие ее работы в механизме

Основное служебное назначение крышки заключается в ограничении осевого перемещения вала, установленного на подшипниках в изделии (машине), путем создания необходимого натяга или гарантированного осевого зазора между торцом фланца и торцом наружного кольца подшипника.

Крышки создают необходимые уплотнения отверстий под валы.

Конструкции крышек весьма разнообразны, однако все они к корпусу крепятся винтами и, как правило, с утопленными головками.

Основными базами (конструкторскими) у таких фланцев являются посадочная цилиндрическая поверхность по размеру отверстия в корпусе, малый торец центрирующего пояска, прилегающий непосредственно (или через промежуточное кольцо) к торцу наружного кольца подшипника. Этот торец выполняет роль установочной базы.

По техническим требованиям точность цилиндрической поверхности центрирующего пояска выполняется не выше чем по 7-му квалитету, а параметр шероховатости поверхности Ra - 1,25... 2,5 мкм. Во избежание перекоса подшипника в процессе затяжки фланца винтами для обеспечения натяга (или требуемого зазора) допуск взаимного расположения поверхности торцов крышки устанавливают достаточно малым. Так, например, допустимое, отклонение от параллельности торца большой крышки по отношению к торцу центрирующего пояска 0,02 мм. Такое же допустимое отклонение от перпендикулярности торца по отношению к оси поверхности центрирующего пояска. В конструкциях некоторых машин применяют иногда специальные стаканы, в которые монтируют подшипники, являющиеся опорами валов. Стаканы во многом по конструкции напоминают крышки, но к ним предъявляются более жесткие технические требования и технологический маршрут их изготовления более сложен.

Крышки изготовляют из различного материала: чугуна СЧ 15, сталей 30, 45 и других деталей.

В зависимости от серийности выпуска в качестве заготовок для крышек применяют отливки (чугунные и стальные), поковки и штампованные заготовки, а также диски, отрезанные от сортового прутка. При достаточно большой серийности литые крышки изготовляют по выплавляемым моделям с минимальными припусками, ряд их поверхностей может не подвергаться в дальнейшем механической обработке, например, отверстия под крепежные болты.

.2 Технические условия на изготовление детали

В зависимости от вида заготовки, материала и технических требований крышки подвергают термической обработке - отжигу.

Технологический процесс механической обработки во многом зависит от серийности производства. Как было сказано, основными (конструкторскими) базами крышки являются поверхности центрирующего пояска и торцы фланцев. Из курса основ технологии машиностроения известно, что в качестве технологических баз при обработке заготовки целесообразно выбирать основные базы детали. Другие поверхности для технологических баз рекомендуется выбирать тогда, когда основные по разным причинам не могут быть технологическими базами (трудность установки и закрепления, малые габариты и т. п.). Исходя из этого, на первых операциях обрабатывают основные базы с тем, чтобы на последующих операциях их использовать в качестве технологических баз. На первой операции в качестве технологических баз используют наружную цилиндрическую поверхность и торец большого фланца. На этой операции обрабатываются посадочная поверхность цилиндрического пояска, два торца и выточки. Затем на базе этих обработанных поверхностей обрабатывают цилиндрическую поверхность, торец и фаски большой крышки.

На этих же базах обрабатывают крепежные отверстия и лыски, если они предусмотрены конструкцией.

Обработка отверстий может быть произведена на вертикально-сверлильном станке с применением многошпиндельных головок, а также на агрегатно-сверлильном станке.

Неуказанные предельные отклонения размеров фланца . Торцевые поверхности детали изготовляются с шероховатостью Rz=40. Посадочное отверстие с шероховатостью Ra=l,25, остальные поверхности с шероховатостью Rz=80. Межцентровое расстояние крепежных отверстий изготавливается по 14 квалитету. Диаметр изготовляют по 1 квалитету. Подрезка торца осуществляется перпендикулярно оси детали. Для закрепления детали необходимо выполнить крепежные отверстия.

.3 Определение типа производства

Тип производства рационально определять в три этапа. На первом этапе тип производства определяется ориентировочно по объему выпуска и массе детали. На втором этапе тип производства определяется по коэффициенту закрепления операций, с использованием укрупненных нормативов штучно-калькуляционных времен. На третьем этапе тип производства определяется окончательно, по коэффициенту закрепления операций после разработки операционной технологии и расчета штучно-калькуляционных времен.

В табл. 6, 7, 8, 26, 34, 35 и п. 3.5 [1] приведены цены на материалы, стружку, заготовки, тарифные ставки, цены на оборудование и приспособления и скорректированные затраты на базовом рабочем месте по состоянию на 1975 год. Для определения цен, ставок и затрат рекомендуется учитывать инфляцию.

Исходные данные

Деталь - крышка. Материал - сталь 40х. Годовой объем выпуска N = 100000 штук.

Этап 1

Ориентировочно тип производства определяется по объему выпуска и массе детали [1, с. 129, табл.1]. Масса детали находится по формуле

Плотность стали  кг/м3 приведена в табл. 2 [1, с. 130]. Объем детали, имеющей форму круглого цилиндра вычисляется по формуле:

Объем втулки определяется как сумма объемов двух полых цилиндров без объема одной кольцевой канавки и без объёмов 3-х отверстий.

Объем выпуска N = 100000 шт., соответствует среднесерийному типу производства по табл. 1.[1, с. 129].

Этап 2

Предварительное определение типа производства по коэффициенту закрепления операций, с использованием укрупненных нормативов штучно-калькуляционных времен, выполняется в следующей последовательности.

Для планового периода, равного одному месяцу, коэффициент закрепления операций определяется по формуле

где О - число различных операций; Р - число рабочих мест с различными операциями.

Приняты следующие коэффициенты закрепления операций для производств:

массового Кз.о.. = 1;

крупносерийного свыше 1 до 10 включительно;

среднесерийного свыше 10 до 20 включительно;

мелкосерийного свыше 20 до 40 включительно.

Необходимо малозагруженное оборудование догружать аналогичными операциями по обработке других деталей, что обычно выполняется в производственных условиях. Поэтому в учебном проекте допускается условная догрузка оборудования другими операциями, сопоставимыми по трудоемкости с базовой, выполняемой на этом рабочем месте, до некоторого нормативного коэффициента .

Среднее значение нормативного коэффициента  загрузки оборудования при двухсменной работе следует принимать: для мелкосерийного производства - 0,8 - 0,9 и выше; для серийного - не ниже 0,75 - 0,85; для массово-поточного и крупносерийного - не ниже 0,65 - 0,75.

Число операций, закрепленных за одним рабочим местом, определяется по формуле

где  - нормативный коэффициент загрузки рабочего места всеми закрепленными за ним операциями; - коэффициент загрузки рабочего места проектируемой операцией; FM - месячный фонд времени работы оборудования при двухсменном режиме (FM = 4015/12 = 334,5 ч.); КB - средний коэффициент выполнения норм времени (КB = 1,3); ТШ.К. - штучно-калькуляционное время выполнения операции, мин [2, с. 173].

где - коэффициент, учитывающий оборудование и вид производства, приведен в табл. 3 [1, с. 130]; То - основное технологическое время. Приближенные формулы для его определения в табл. 4 [1, c. 130]; DM - месячная программа выпуска деталей, штук.

Для определения числа операций, которыми загружено каждое рабочее место, необходимо знать T0 затрачиваемое на обработку детали на каждом рабочем месте, а следовательно, иметь план обработки детали.

Для детали изображенной на рис. 1 этот план может иметь следующую последовательность.

Операция 005. Токарно-револьверная.

Переход 1. Подрезка торцевой поверхности начерно с искового суппорта станка инструментом 1. Основное время работы инструмента находится по формуле (1) из табл.4 [1, с. 130], в соответствии с размерами детали.

Переход 2. Обточка начерно наружной цилиндрической поверхности резцом 3 и зенкерования отверстий инструментами 4, 5. Инструменты работают одновременно и основное время их работы определяется

Время работы инструментом 3 перекрывает время работы инструментов 4, 5 и является расчетным.

Переход 3. Обточка начисто наружной цилиндрической поверхности резцом 7 и зенкерование чистовое центрального отверстия инструментом 6. Основное время работы инструментов определяется по формуле (14), табл. 4 [1].

Переход 4. Расточка кольцевой канавки в центральном отверстии инструментом 8, основное время работы которого является расчетным и определяется до формуле (7), табл. 4 [1].

- расчетное.

Переход 5. Развертывание черновое центрального отверстия инструментом 9, основное время работы которого является расчетным и определяется по формуле (15), табл. 4 [1].

- расчетное.

Переход 6. Развертывание чистовое центрального отверстия инструментом 10, основное время работы которого является расчетным и определяется по формуле (16), табл. 4 [1].

Основное время обработки детали на токарно-револьверном станке, определяется как сумма расчетных времен всех переходов.

автомат герметизация полевой транзистор

Штучно-калькуляционное время обработки детали на токарно-револьверном станке

Коэффициент находится как среднее значение из табл. 3 [1]:.

. Операция 010. Автоматно-токарная черновая.

Подрезается торец

Штучно-калькуляционное время черновой обработки детали на многорезцовом полуавтомате

Значение  определяется из табл. 3 [1].

. Операция 015. Автоматно-токарная чистовая.

При рабочем движении поперечного суппорта обтачиваются две наружные фаски инструментами 13,14. Все инструменты работают одновременно и основное время их работы определяется по формуле (3), табл. 4 [1]. Время работы инструмента 13 принято расчетным, как большее

Штучно-калькуляционное время чистовой обработки детали на многорезцовом полуавтомате

. Операция 020. Агрегатно-сверлильная.

Три трехшпиндельные силовые головки работают одновременно. Три инструмента 15 одной из головок сверлят три отверстия Ø3 мм, после этого три инструмента 16 другой головки растачивают три отверстия Ø12. Основное время работы инструментов находится по формулам (12),(14), табл. 4 [1].

Штучно-калькуляционное время агрегатно-сверлильной операции

Значение определяется из табл. 3 [1].

. Операция 025. Круглошлифовальная черновая по 4 классу точности.

Основное время работы инструмента 17 находится по формуле (8), табл. 4 [1].

Штучно-калькуляционное время на круглое шлифование

Значение  определяется из табл. 3, [1, с.130].

. Операция 030. Круглошлифовальная чистовая по 3 классу точности.

Основное время работы инструмента 18 находится по формуле (9), табл. 4 [1].

Штучно-калькуляционное время на круглое шлифование

Значение  определяется из табл. 3, [1, с.130].

Ориентировочно, в п. 1.2, тип производства определен как среднесерийный,     для         которого принято:

По формуле (6) находится DM = 100000/12 =12500 штук.

Подставляются известные значения в уравнение (4)

Подстановкой в это уравнение штучно-калькуляционных времен, рассчитанных в п.3 определяется, какое число закрепленных операций выполняет каждый станок.

Токарно-револьверный

Многорезцовый полуавтомат черновой

Многорезцовый полуавтомат чистовой

Агрегатно-сверлильный

Круглошлифовальный черновой

Круглошлифовальный чистовой

Число различных операций равняется сумме всех операций закрепленных за рабочими местами - станками, применяемыми в техпроцессе

Коэффициент закрепления операций определяется по формуле (3) и соответствует среднесерийному типу производства

Число рабочих мест (станков) Р=6 (станки: токарно-1 револьверный, многорезцовый полуавтомат черновой, многорезцовый полуавтомат чистовой, агрегатно-сверлильный, круглошлифовальный черновой, круглошлифовальный чистовой).

В серийном производстве изготовление деталей осуществляется партиями. Определение оптимального количества деталей в партии производится по формуле

где n - количество деталей в партии для одновременного запуска, шт.; N - годовая программа выпуска деталей, шт.; а - число дней, на которое надо иметь запас деталей на складе для крупных деталей 2-3 дня, для мелких 5-10 дней; F - число рабочих дней в году (принимать 253 дня)

При проектировании поточного производства следует определить такт выпуска t, мин. по формуле

где Ф - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч.; N - годовая программа выпуска деталей, шт.

Этап 3.

Окончательное определение типа производства по коэффициенту закрепления операций выполняется после разработки операционного технологического процесса, расчета режимов резания и технического нормирования. Расчет производится по методике, изложенной в п.3, но вместо укрупненных нормативов используется штучно-калькуляционное время, полученное расчетным путем.

.4 Анализ технологичности

Деталь - крышка. Деталь изготовлена из стали 40х штамповкой, поэтому конфигурация наружного контура и внутренних поверхностей не вызывают трудностей при получении заготовки.

Обрабатываемые поверхности (Ø30+0,033 и Ø50-0,025) должны быть выполнены в пределах указанных отклонений.

Размеры и формы кольцевых канавок в центральном отверстии и на наружной цилиндрической поверхности пригодны для обработки на токарно-револьверном и автоматно-токарном станках соответственно.

В целом деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводственных режимов обработки, она проста по конфигурации. Расположение крепежных отверстий допускает многоинструментальную обработку.

4.5 Выбор метода получения заготовки и его технико-экономическое обоснование

Заготовки деталей машин выполняют из проката, давлением и в виде отливок.

. Исходные данные. Деталь - крышка. Материал сталь 40х. Годовая программа N=100000 шт. Тип производства - среднесерийный. Необходимо определить стоимость заготовок, выполненных из проката, давлением и литьем.

. Стоимость заготовки полученной из проката определяется по формуле

Масса заготовки из проката, кг

Плотность стали , табл. 2 [1].

Объем заготовки из проката, м3

Диаметр заготовки из проката с учетом припуска на обработку черновым и чистовым обтачиванием и шлифованием, мм.

Припуски  табл. 37 [1].

Диаметр заготовки выбирается из табл. 38 [1] ближайший и больший . Рассчитываем длину заготовки согласно методике расчета, приведенной в таблице 36 (см. примеч.).

Длинна заготовки  определяется как длина детали м, с учетом припуска на отрезку заготовки с двух сторон дисковой пилой на отрезном станке  и припуска на подрезку торцов с двух сторон заготовки, после отрезки , табл. 5 [1].

Рассчитываем количество деталей, получаемых из проката каждого вида и определим остаток материала.

Диаметры заготовки из проката и их длины приведены в табл. 36 [1]. Выбирается прокат диаметром  и длиной L = 0,36 м. Количество деталей, изготавливаемых из такого проката,  Остаток составит . На каждую заготовку дополнительно приходится . Длина заготовки для детали составит . Цена 1 кг материала заготовки S = 0,12 руб, табл. 6 [1]. Масса готовой детали определена в п.3. q = 0,42 кг. Цена 1 т стружки стальной SOTX = 14,4 руб, табл. 7 [1].

. Стоимость заготовок, полученных методами литья, в рублях, определяется по формуле

Базовая стоимость 1 т отливок приведена в табл. 8 [1]. Для отливок, получаемых в земляных формах и кокилях из чугуна, массой 1-3 кг, 3 класса точности, 3 группы сложности и 3 группы серийности стоимость Ci = 290 р. Масса заготовки определяется по формуле (5.1).

Плотность стали , табл. 2 [1]. Объем заготовки, при наибольших габаритах детали до 120 мм и номинальном размере 120 мм, определяется с учетом припуска на деталь Z = 5 мм, табл. 40 [1], и допуска на наружные цилиндрические поверхности ,отверстие и длину δ= +0,5 мм, табл. 41 [1].

Для отливок, получаемых литьем в обычные земляные формы и кокиль, коэффициенты, зависящие от класса точности Кт (табл. 41 [1]), группы сложности Кс (табл. 21 [1]), массы Кв, марки материала КМ объема производства заготовок КП приведены в табл. 9, 10,12, 13,14 [1]; для отливок, получаемых литьем по выплавляемым моделям, коэффициенты в табл. 15, 16, 17, 18 [1]; для отливок, получаемых литьем под давлением, коэффициенты в табл.19, 20 [1]; группы серийности приведены в табл. 11 и табл. 20 [1], а группы сложности в табл. 21 [1].

Масса детали q = 0,42 кг. Стоимость 1 т стружки SОТХ = 14,4 руб, табл. 7 [1]

. Стоимость заготовки, полученной методами давления, определяется по формуле (5.2), приведенной в п.5.3

Базовая стоимость 1 т штамповок из конструкционной углеродистой стали, массой 2,5-4 кг, 2 класса точности, 2 группы сложности, 2 группы серийности Сi = 315 р. [1, табл. 8].

Масса заготовки определяется по формуле

Плотность стали [1, табл. 2]. Объем заготовки определяется с учетом основного припуска Z = 1,5 мм, определенного по номограмме [1, табл. 72-73] и [1, табл. 74] и допуска определенного по [1, табл. 75]. Обозначения символов, приведенных в номограмме, имеются в [1, табл. 71].

Для горячештампованных заготовок коэффициенты, зависящие от класса точности Кт, группы сложности Кс, массы Кв, марки материала КМ определяются по [1, табл. 22,23]. Коэффициент, зависящий от объема производства, принимается равным Кп=1, кроме случаев, когда объем производства (годовая программа) превышает значение, указанные в [1, табл. 24]. Масса детали q=0,42 кг. стоимость 1 т стружки SOTX=14,4 p, [1, табл.7].

. Результаты расчета объема, массы и стоимости заготовки, полученной различными методами, приведены в табл. 1. Стоимость получения заготовки из проката и штамповки меньше чем из отливки, однако, вес заготовки из проката наибольший, что требует дополнительных операций для снятия припуска. Окончательно метод получения заготовки назначается после составления маршрутов обработки детали из штамповки и проката и технико-экономического обоснования.

Таблица 4.1

.6 Расчет припусков на механическую обработку

Исходные данные: деталь - крышка общей длиной L= 25 мм. Материал детали - сталь 40х. Обработке подлежит ступень крышки lk = 15 мм до диаметра Dд =50-0,025 мм и среднего арифметического отклонения профиля Ra =1,25 мкм. Тип производства среднесерийный.

Заготовка - штамповка на ГКМ выбрана по [1, табл. 33], группа точности - 2. Масса заготовки 0,553 кг.

Технологический маршрут обработки поверхности Ø 50-0,025 мм состоит из обтачивания чернового и чистового и шлифования предварительного и окончательного.

Припуск под черновое обтачивание после штамповки определяется по формуле

где , [1, табл. 57], т.к. масса 0,553 кг.

Пространственное отклонение заготовки:

, [1, табл. 59], т.к. масса 0,553 кг, тип производства среднесерийный.

 эксцентричность отверстий.

Допуск на заготовку:

где .

Припуск под чистовое обтачивание после чернового обтачивания, мкм:

где , [1, табл. 60],

, [1, табл. 58].

Припуск под черновое шлифование после чистового обтачивания определим по формуле

где , [1, табл. 60],

, [1, табл. 58].

Припуск под чистовое шлифование после чернового шлифования определим по формуле

где , [1, табл. 60],

, [1, табл. 58].

Наименьший предельный размер детали

Верхнее отклонение (плюс)

Нижнее отклонение (минус)

Общий номинальный припуск на заготовку

Номинальный диаметр заготовки

Выполненные расчеты сведены в табл. 2

Таблица 4.2

Проверка:

Исходные данные: деталь - крышка общей длиной L = 25 мм. Диаметр крышки Dкр.=76 мм. Материал детали - сталь 40х. Обработке подлежит цилиндрическое отверстие крышки до диаметра     Dд = 30 + 0,033 мм и среднего арифметического отклонения         Ra =1,25мкм. Тип производства - серийный. Заготовка - штамповка на ГКМ. Группа точности - 2. Масса заготовки 0,553 кг.

Технологический маршрут обработки поверхности Ø30+0,033 мм состоит из зенкерования чернового и развертывания чернового и чистового.

Обработка отверстия производится на токарно-револьверном станке при одном закреплении в 2-х кулачковом самоцентрирующем патроне с пневмоприводом,

Припуск под однократное зенкерование после штамповки

где , [1, табл. 57], т.к. масса 0,553кг.

,  [1, табл. 59],

так как патрон с пневмоприводом снижает погрешность установки на 20-40 % [1, табл. 63].

Припуск под черновое развертывание после однократного зенкерования.

где , [1, табл. 55],

 [1, табл. 58]; ;

Припуск под чистовое развертывание после чернового развертывания

где , [1, табл. 55],

 [1, табл. 58]; ;

(так как нет переустановки заготовки).

Допуск на заготовку

где .

Нижнее отклонение (минус)

Верхнее отклонение (плюс)

Общий номинальный припуск на заготовку

Номинальный диаметр заготовки

Выполненные расчеты сведены в табл. 3

Таблица 4.3

Проверка:

4.7 Расчет режимов резания

Обработка на токарно-револьверном станке.

Исходные данные: деталь - крышка, материал - сталь 40х. Оборудование - токарно-револьверный станок 1П365.

Содержание операции: резцом 1 подрезать торец диаметром 76 мм на длину 13 мм, снимая припуск на сторону 2,2мм. Резцом 2 обтачивать поверхность диаметром 50 мм на длину 9 мм. Зенкерами 4 и 5 начерно точить отверстия диаметрами 30 мм и 32 мм на длину 10 мм и 15 мм соответственно, параллельно резцом 3 обтачиваем начерно наружную цилиндрическую поверхность диаметром 50 мм. Зенкером 6 начисто растачиваем отверстие диаметром 32 мм, параллельно резцом 7 начисто обтачиваем цилиндрическую поверхность диаметром 50 мм. Канавочным резцом 8 протачиваем кольцевую канавку диаметром 32 мм, шириной 4 мм, на глубину 1 мм. Разверткой 9 разворачиваем начерно отверстие диаметром 30 мм на длину 15 мм. Разверткой 10 разворачиваем начисто отверстие диаметром 30 мм на длину 15 мм.

Характеристика инструмента: 1,2-резцы подрезные. Резцы 3,7 - проходные прямые правые с углом в плане φ=45º. Зенкеры 4 и 5 - черновые. Зенкер 6 - получистовой. Резец 8 - канавочный. Развертка 9 - черновая, 10 - чистовая. Материал режущей части резцов Т5К10,черновых зенкеров - Р6М3, чистовых зенкеров и разверток -Т15К6.

Подрезка торца.

Глубина резания t, мм, равна припуску на сторону t=z=2,2 мм. Подача для черновой обработки стали So, мм/об:

По паспорту станка принимаем Sст=0,7мм/об. [1, табл. 34].

Длина рабочего хода суппорта Lрх, мм, с учетом длины резания lрез, мм, врезания lвр, мм, подвода и перебега lп.п., мм:

Скорость резания V, м/мин:

где  [1, табл. 102, 103, 104],  [1, табл. 105].

Число оборотов шпинделя, n, об/мин

По паспорту станка [1, табл. 34], тогда скорость резания:

Составляющие силы резания, кГс, при точении для t=0,5-10мм, Sо=0,1-1,2мм/об, V<100 м/мин

Мощность резания, кВт, при точении

Мощность станка

Обточка начерно и зенкерование черновое.

Глубина резания определяется как величина припуска на сторону: для чернового обтачивания t1=zв=2 мм, для зенкерования t2=2мм, t1=2мм.

Подача на оборот детали для чернового точения стали, при высоте неровности Rz=40мкм и радиусе при вершине резца r=0,5мм

Подача на оборот детали для чернового зенкерования

Два зенкера и резец работают одновременно и для получения требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности Rz=40мкм

По паспорту станка принимаем Sст=0,7мм/об. [1, табл. 34].

Скорость резания при обработке отверстия зенкером

Частота вращения детали, n, об/мин

По паспорту станка

Скорость резания при обработке отверстия зенкером

Скорость резания для обработки резцом наружной цилиндрической поверхности с учетом припуска 2Zвi=4мм

Мощность резания при зенкеровании

Составляющие силы резания, кГс, при точении для t=0,5-10мм, Sо=0,1-1,2мм/об, V≤100м/мин

Мощность резания, кВт, при точении

Мощность резания при 2-ом переходе

Получистовые обточка и зенкерование.

Глубина резания определяется как величина припуска на сторону: для получистового обтачивания t1=zв=0,41 мм, для зенкерования tз=0,17мм.

Подача на оборот детали для получистового точения стали, при высоте неровности Rz=20мкм и радиусе при вершине резца r=0,5мм

Подача на оборот детали для чернового зенкерования

Зенкер и резец работают одновременно и для получения требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности Rz=20мкм

По паспорту станка принимаем Sст=0,7мм/об. [1, табл. 34].

Скорость резания при обработке отверстия зенкером

Частота вращения детали, n, об/мин

По паспорту станка

Скорость резания при обработке отверстия зенкером

Скорость резания для обработки резцом наружной цилиндрической поверхности с учетом припуска 2Zвi=0,82 мм

Мощность резания при зенкеровании

Составляющие силы резания, кГс, при точении для t=0,5-10мм, Sо=0,1-1,2мм/об, V≤100м/мин

Мощность резания, кВт, при точении

Мощность резания при 2-ом переходе

Проточка кольцевой канавки

Глубина резания t, мм, равна глубине кольцевой канавки t=z=1мм. Подача для черновой обработки стали So, мм/об

Длина рабочего хода резца lрх, мм, с учетом длины резания lpез, мм, врезания lвр, подвода и пробега lп.п., мм, [1. табл. 99, 100]

Длина рабочего хода револьверного суппорта lрхс, мм, с учетом длины захода головки в отверстие lз, мм, подвода lп, мм, (проводится на максимальной подаче Smax=0,1мм/об).

Скорость резания V, м/мин

где  [1, табл. 102, 103, 104],  [1, табл. 105].

Число оборотов шпинделя, n, об/мин

По паспорту станка [1, табл. 34], тогда скорость резания:

Составляющие силы резания, кГс, при точении для t=0,5-10мм, Sо=0,1-1,2мм/об, V>100м/мин

Мощность резания, кВт, при точении

Мощность станка

Развертывание черновое

При черновом развертывании глубина резания составляет

Подача So, мм/об, определяется по формуле из [1, табл. 107] и корректируется по паспорту станка. Подача при черновом развертывании составляет:

По паспорту So з.ч.=1,4 мм/об.

Стойкость инструмента

,

Если , то принимать Tp=TM.

Стойкость TM, мин, сверл, зенкеров, разверток рассчитывается по формулам [1, табл. 108].

Длина рабочего хода lрх, мм, состоит из длины резания lp, мм, и длины подвода, врезания и перебега lп.п., мм, определяется по формулам [1, табл. 109]

Скорость резания V, м/мин

Скорость резания при черновом развертывании [1, табл. 110]

Значения K1, K2, K3 из [1, табл. 111].

Частота вращения шпинделя, n, об/мин

По паспорту станка [1, табл. 34], тогда скорость резания:

Составляющие силы резания, кГс

Мощность резания при развертывании

Развертывание чистовое

При чистовом развертывании глубина резания составляет

Подача So, мм/об, определяется по формуле из [1, табл. 107] и корректируется по паспорту станка. Подача при чистовом развертывании составляет:

По паспорту So з.ч.=1,4мм/об.

Стойкость инструмента

,

Если , то принимать Tp=TM.

Стойкость TM, мин, сверл, зенкеров, разверток рассчитывается по формулам [1, табл. 108].

Длина рабочего хода lрх, мм, состоит из длины резания lp, мм, и длины подвода, врезания и перебега lп.п., мм, определяется по формулам [1, табл. 109]

Скорость резания V, м/мин

Скорость резания при чистовом развертывании [1, табл. 110]

Значения K1, K2, K3 из [1, табл. 111].

Частота вращения шпинделя, n, об/мин

По паспорту станка [1, табл. 34], тогда скорость резания:

Составляющие силы резания, кГс

Мощность резания при развертывании

Обработка черновая на многорезцовом автомате

Исходные данные. Деталь - крышка. Материал - сталь 40х, σв= 550 МПа (~55 кГс/мм2), НВ = 207. Масса детали 0,42 кг. Оборудование - токарный многорезцовый полуавтомат 1Н713.

Содержание операции. Установить и снять деталь. При движении продольного суппорта обточить начерно наружную цилиндрическую поверхность резцом 12 точить поверхность длиной l1 = 10мм до диаметра Д1 = 76мм, снимая припуск на сторону Z1=2мм. При движении поперечного суппорта резцом 11 точить торцовую поверхность Д2 = 76мм на длину l2 = 23 мм, снимая припуск Z2 = 2.2 мм.

Характеристика режущего инструмента: резец 12 - проходной упорный, резец 11 - подрезной. Материал режущей части всех инструментов - твердый сплав Т5К10.

Глубина резания t определяется как величина припуска на сторону. Глубина резания для суппортов: продольного tпр. и поперечного tпоп.

Длина рабочего хода суппортов продольного Lpx.np и поперечного Lpx.nоп определяется [3, с. 14]

где 1рез. - длина резания по лимитирующему инструменту, мм; У - величина врезания, подвода и перебега инструмента, мм, определяется; lдоп. - дополнительная длина

хода, вызванная особенностями наладки и конфигурации заготовки, мм.

,

где Увр. - длина врезания, мм, находится из [3, табл.1]; Упп - длина подвода и перебега, мм, находится из [3, табл. 2].

Наибольшую длину резания из резцов продольного суппорта имеет резец 2, а поперечного суппорта резец 5.

Подача на оборот шпинделя для суппортов продольного Sо.np. и поперечного So.поп, в зависимости от суммарной глубины резания определяется по [3, табл.3.]:.np.= 0,6 мм/об; S0.nоп = 0,6 мм/об.

Подачи суппортов для требуемой шероховатости обработанной поверхности Ra=20мкм, при скорости резания V = 100 м/мин, радиусе при вершине резца r = 1,5 мм определяются по [3, табл. 4] и составляют S0.поп = 0,5 мм/об. Принимаем:.поп = 0,5 мм/об.

Ориентировочно скорость резания при обработке стали определяется по формуле

Частота вращения детали, n, об/мин

По паспорту станка

Минутная подача [5, с. 22]

Рассчитанная минутная подача соответствует паспортным данным станка модели 1Н713.

Вначале назначаем подачу для лимитирующего суппорта, имеющего большее время работы, и корректируем по паспорту станка, а затем второго суппорта. Так как время работы второго суппорта меньше, а работают они одновременно, то можно уменьшить, величину подачи второго суппорта без снижения производительности. Этого можно достичь исходя из условия выравнивания продолжительности работы суппортов (равенства частоты вращения шпинделя за ход каждого суппорта):

Минутная расчетная подача продольного суппорта

По паспорту станка ближайшая минутная подача SM.пр. = 200 мм/мин.

Подача на оборот детали продольного суппорта .np. = 200/630 = 0,32 мм/об.

Периоды стойкости лимитирующих инструментов Тр, мин с учетом периода стойкости в минутах машинной работы станка ТM и коэффициента времени резания λ

где Тм - стойкость в минутах машинной работы станка, выбирается по [3, табл. 7.] При работе одним суппортом коэффициент резания подсчитывают по формуле:

По этой формуле определяется λ, когда очевидно, что лимитирующие по стойкости инструменты установлены на суппорте, имеющем наибольшее продолжительное время работы (при параллельной работе суппортов станка). В случаях, когда λ> 0,7, можно, не рассчитывая, принимать Тр = Тм.

Число оборотов шпинделя за время резания для продольного и поперечного суппортов

Коэффициент времени резания для резца 12

Коэффициент времени резания для резца 11

Скорость резания определяется, как правило, для предположительно лимитирующих инструментов [5, с. 340]

Коэффициенты K1, K2, K3 приведены в [3, табл. 10, 11, 12] K1= 0,95 (НВ = 207);= 1 - для продольного суппорта, а для поперечного K3 = 1,35; К2 = 1,25

Для точения проходными, подрезными и расточными резцами скорость резания

Коэффициент С и показатели степеней формулы представлены в [3, табл.8.]

Для резца 12 продольного суппорта скорость резания рассчитывается по формуле

Для резца 11 поперечного суппорта скорость резания

Резец 12 - лимитирующий, допускает наименьшую скорость резания.

Частота вращения шпинделя станка для лимитирующего

по скорости резания резца 12

По паспорту станка [1, табл. 34], тогда действительная скорость резания:

Минутные подачи суппортов определяются по формуле

Для продольного суппорта подача соответствует паспорту станка

Для поперечного суппорта подача соответствует паспорту станка

Тангенциальная составляющая силы резания Pz для диапазона глубин резания t=0,5-10мм и подач S0 = 0,1 - 1,2 мм/об

Составляющая силы резания для каждого из резцов наладки:

Мощность резания

Мощность станка

Мощность станка достаточна, и обработка возможна.

Нормирование процесса обработки детали. Основное время [5, с. 343]

Продольный суппорт является лимитирующим по времени работы.

Вспомогательное время [3, с. 14]

где ty - время, связанное с установкой и снятием детали, мин; определяется по [3, табл. 15] (ty = 0,29 мин); tn - время, связанное с переходом, принимается равным 0,02 мин для станков с полуавтоматическим циклом или с ЧПУ; tи - время, связанное с измерением деталей, мин, определяется по [3, табл. 16] с учетом формулы

где Ки - периодичность измерения, определяется по [3, табл.17]; Кв - поправочный коэффициент на вспомогательное время в зависимости от характера и серийности работ, выбирается из [3, табл. 18].

Время обслуживания рабочего места [3, с. 14]

где αобс. - коэффициент, учитывающий обслуживание рабочего места для многорезцовых и гидрокопировальных станков, выбирается из [3, табл. 19.] αобс. = 6,5.

Время перерывов на отдых и личные надобности [3, с. 14]

где αотд - коэффициент, учитывающий перерывы в работе. При механической подаче станка αотд = 4 [3, с. 14].

Штучное время [6, с. 94]

Подготовительно-заключительное время определяется по [1, табл. 20]:

Штучно-калькуляционное время

Норма выработки в смену [3, с. 15]

где Тсм, - время смены, мин.

Время обработки партии деталей

Чистовая обработка на многорезцовом токарном станке.

Суммарная глубина резания для суппортов: продольного Σ tпр. и поперечного Σ tп.

Подача при чистовой обработке при Ra=5мкм

Скорость резания

Частота вращения детали, n, об/мин

По паспорту станка

Принимаем подачу

Длина рабочего хода

Период стойкости лимитирующего режущего инструмента

, значит

Скорость резания при обточке

Частота вращения детали, n, об/мин

По паспорту станка

Составляющие силы резания, кГс, при точении для t=0,5-10мм, Sо=0,1-1,2мм/об.

Мощность резания, кВт, при точении

Мощность станка

Обработка на агрегатно-сверлильном станке

Исходные данные: Деталь - крышка. Материал - сталь 40х. Оборудование - четырехдиапазонный трехшпиндельный агрегатный станок 2Н125. Приспособление - оправка с быстросменной шайбой. Вспомогательный инструмент: переходные втулки для крепления режущего инструмента.

Материал инструмента P6M3.

Глубина резания при сверлении

Подача при сверлении составляет

Подача при цековании составляет

Длина рабочего хода

Стойкость инструмента

,

Если , то принимать Tp=TM.

Скорость резания:

Значения K1, K2, K3 из [1, табл. 111].

Частота вращения шпинделя, n, об/мин

По паспорту станка [1, табл. 34]

Минутная подача инструментов

Корректируем скорости резания по частотам вращения:

Мощность резания при сверлении

Мощность станка достаточна.

Черновая обработка на шлифовальных станках

Исходные данные. Деталь - крышка. Материал - сталь 40х, σв= 550 МПа (~55 кГс/мм2), НВ = 207. Масса детали 0,42кг. Оборудование - круглошлифовальный станок 3М131.

Скорость вращения шлифовального круга [7, с. 308]

Радиальная подача [2,табл. 76]:

Скорость вращения детали [2, с. 106]

Период стойкости круга T=25 мин.

Частота вращения детали, n, об/мин

Припуск под шлифование Zв=0,078мм.

Эффективная мощность при врезном шлифовании с радиальной подачей.

Радиальная составляющая силы резания

Основное время:

Коэффициент точности шлифования

Чистовая обработка на шлифовальных станках

Скорость вращения шлифовального круга [7, с. 308]

Радиальная подача [2,табл. 76]:

Скорость вращения детали [2, с. 106]

Период стойкости круга T=15 мин.

Частота вращения детали, n, об/мин

Припуск под шлифование Zв=0,044мм.

Эффективная мощность при врезном шлифовании с радиальной подачей.

Радиальная составляющая силы резания

Основное время:

Коэффициент точности шлифования

Краткая техническая характеристика применяемого оборудования

Токарно-револьверный станок 1П365.

Станок с вертикальной осью вращения шестипозиционной револьверной головки.

Наибольшие размеры, мм:

Прутка круглого 80

Детали:

Над станиной 500

Над суппортом 320

Отверстие шпинделя 85

Число оборотов шпинделя 34-1500

Подача револьверного суппорта, мм/об 0,09-2,7

Подача поперечного суппорта, мм/об 0,045-1,35

Мощность, кВт 14

Габариты станка, мм2 3320х1530

Цена, р.  114000 р.

Токарный многорезцовый полуавтомат 1Н713

Высота центров - 250мм. Расстояние между центрами - до 1400мм. Число суппортов - 2. Мощность двигателя Мд = 18,5 кВт; КПД станка η= 0,8. Частота вращения шпинделя, об/мин: 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 40O; 500; 630; 800; 1000; 1250. Продольные и поперечные подачи суппортов, мм/мин: 25; 31,5; 40; 50; 63; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400. Максимальная осевая сила резания, допускаемая механизмом подачи, Рх = 16000 Н (~1630кгс). Габариты станка 2792x1450 мм. Цена 261900 р.

Вертикально-сверлильный станок 2Н125.

Наибольший диаметр обрабатываемого отверстия в заготовке из стали - 25 мм. Мощность двигателя Na = 2,8 кВт; КПД станка η = 0,8. Частота вращения шпинделя, об/мин: 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000; 1400; 2000. Подачи, мм/об: 0,1; 0,14; 0,2; 0,28; 0,4; 0,56; 0,8; 1,12; 1,6. Максимальная осевая сила резания, допускаемая механизмом подачи, Рх = 900 кгс ~ 9000 Н. Габариты станка 1130x805 мм. Цена 49500 р.

Круглошлифовальный станок ЗМ131.

У шлифуемой поверхности наибольший диаметр 280 мм; длина - 700 мм.

Мощность двигателя шлифовальной бабки Кд = 7,5 кВт; КПД станка η = 0,8. Частота вращения круга, об/мин: 1112 и 1285. Частота вращения обрабатываемой заготовки 40 - 400 об/мин (регулируется бесступенчато).

Скорость продольного хода стола 50 - 5000 мм/мин (регулируется бесступенчато). Периодическая поперечная подача шлифовального круга 0,002 - 0,1 мм/ход стбла (регулируется бесступенчато). Непрерывная подача для врезного шлифования 0,1 - 4,5 мм/мин. Размеры шлифовального круга нового: Дк = 600 мм; Вк =63 мм. Габариты станка 5500x2585 мм. Цена 166170р.

4.8 Выбор и расчет приспособлений

Станочные приспособления расширяют технологические возможности металлорежущего оборудования, повышают производительность обработки заготовок, облегчают условия труда рабочих и повышают культуру производства на предприятии.

Расчет патрона на усилие зажима

В машиностроении наибольшее применение имеют трехкулачковые самоцентрирующиеся клиновые и рычажные патроны с винтовым и механизированным приводом для перемещения кулачков.

Исходные данные: Патрон трехкулачковый с рычажным перемещением кулачков, осуществляющий зажим от вращающегося пневматического цилиндра двустороннего действия. Материал заготовки сталь 40Х.

Подберем пневматический цилиндр для совместной работы с трехкулачковым самоцентрирующимся рычажным патроном.

Определяем коэффициент запаса для самоцентрирующегося трехкулачкового патрона с пневматическим приводом зажима по табл. 88 и 89.

Определим силу зажима детали одним кулачком патрона по табл. 91

где n - число кулачков в патроне, n=3шт.; f - коэффициент трения на рабочих поверхностях кулачков, f=0,8 (с зубьями параллельно оси патрона); диаметр зажимаемой поверхности D=76 мм; диаметр обрабатываемой поверхности D1=50 мм.

Определим силу Q на штоке механизированного привода трехкулачкового патрона по формуле табл. 91:

где  - коэффициент, учитывающий дополнительный силы трения в патроне, =1,05; l-вылет кулачка от середины его опоры в пазу патроне до центра приложения силы зажима на одном кулачке, l =40 мм; l1 - длина направляющей части кулачка, l1 = 65 мм; f1 -коэффициент трения кулачка, f1 =0,1; a и b - размеры короткого и длинного плеч двухплечевого рычага (конструктивно a=20мм, b=100 мм):

Определим диаметр поршня цилиндра и выберем ближайший больший стандартный

размер пневматического вращающегося цилиндра по формуле [4, с. 115]:

 мм,

где р - давление сжатого воздуха, Мн/м, р=0,39 Мн/м. Принимаем диаметр пневмоцилиндра .

Определим действительную силу зажима детали по принятому диаметру пневмоцилиндра по табл. 90

где  - коэффициент полезного действия,

Определим время срабатывания пневмоцилиндра табл. 90

где L - длина хода поршня, см (для диаметра DЦ=100 mm, L=25 мм); рекомендуется dв=8...10 мм, dв=10 mm; v - скорость перемещения сжатого воздуха, v=1600-2600 см/с; принимаем v=2000 см/с.

5. Организационно-технический расчет

.1 Технико-экономическое обоснование эффективности проектируемого варианта

Данном разделе дипломного проекта определяется экономическая эффективность разрабатываемого варианта путем расчета и анализа основных показателей экономической эффективности. В качестве основных показателей рассчитываются: годовая экономия от повышения выхода годных изделий при эксплуатации нового варианта; годовая экономия текущих затрат; годовой экономический эффект; срок окупаемости капитальных затрат и коэффициент экономической эффективности. В качестве дополнительных показателей рассчитываются: изменения производительности труда, фондоотдачи, фондоемкости, съема продукции с 1 м2 производственной площади. Изменения рассматриваются в связи с заменой ранее существующего, базового варианта конструкции проектируемым. Наилучшим в экономическом отношении должен быть признан вариант с наименьшими затратами на проектирование и с более

Таблица 5.1 - Исходные данные для оценки экономической эффективности и конкурентоспособности проектируемого варианта

Низкими эксплуатационными характеристиками по большей части сопоставляемых элементом конструкции [16].

Количественное доказательство экономической эффективности и целесообразности создания и внедрения разрабатываемого варианта достигается в результате расчета основных и дополнительных показателей экономической эффективности и интегрального показателя конкурентоспособности. Качественное доказательство целесообразности достигается за счет анализа технических, социальных, организационных и других параметров проектируемого варианта и сопоставление их с базовым вариантом.

Исходные данные для расчета приведены в таблице 5.1.

Цена единицы разрабатываемого оборудования рассчитывается в соответствии с формулой (5.1) и таблицей 5.2, где проектная себестоимость и оптовая цена разрабатываемого варианта определяется по статьям затрат в порядке, установленном на предприятиях электронной промышленности.

Затраты на основные материалы, полуфабрикаты, комплектующие рассчитываются исходя из чертежей, спецификаций на основании норм расхода и действующих прейскурантных цен за единицу расхода в соответствии с таблицей 5.3.

Основная заработная плата основных производственных рабочих

Таблица 5.2 - Проектная себестоимость и цена единицы узла основного оборудования разрабатываемого варианта, р.

Таблица 5.3 - Затраты на материалы и полуфабрикаты, комплектующие изделия (расходуемые на изготовление разрабатываемого варианта)

Таблица 5.4 - Основная заработная плата основных производственных рабочих (изготавливающих разрабатываемый вариант)

Проектная цена всей конструкции (Цк) определяется по формуле [17]:

 р.,                                              (5.1)

где Цуз и Ууз - цена узла конструкции, определяемая по таблице 5.2, и удельный вес этого узла в конструкции соответственно.

р.

Экономическую эффективность рассчитываем на годовую программу выпуска

Qг.в=0,8qFэф.                                          (5.2)

Здесь Fэф - эффективный фонд времени работы оборудования, ч, определяемый как:

,                                 (5.3)

где Fном - номинальный фонд времени работы в рабочих днях (Fном=254 дня);

Тсм - продолжительность смены (Тсм=8 ч.);

Н - число смен в сутки (Н=1);

Ррем - время простоя оборудования на ремонта, выраженное в процентах от номинального фонда (Ррем=10%),

ч.;г.в.б=Qг.в.р=0,8×1250×1829=1829000 шт.

Годовая экономия от повышения выхода годных изделий в случае, когда бракованные изделия не подлежат исправлению

Эв.г.=(Qг.з.б-Qг.з.р)Сб,                                    (5.4)

где Qг.з.б и Qг.з.р - годовые программы запуска по разрабатываемому и базовому вариантам, шт.,

г.з=Qг.вkзап,                                            (5.5)

где kзап - коэффициент запуска, (kзап=100/ПВ),зап.б=100/99=1,1;зап.р=100/99.6=1,004;г.з.б=1829000×1,01=1847290 шт;г.з.р=1829000×1,004=1836316 шт.

Подставив численные значения в выражение (5.4), полученные по формуле (5.5), получим

Эв.г.=(1847290-1836316)×50=548700 р.

Годовую экономию текущих затрат (эксплуатационных затрат) рассчитываем на единую годовую программу по разрабатываемому варианту как сумму экономий по изменяющимся статьям себестоимости

,                                           (5.6)

где φ=1, 2, 3…ω - изменяющиеся со временем статьи себестоимости при внедрении проектируемого варианта.

Экономию по заработной плате основных и вспомогательных рабочих (Эз) рассчитываем как разность затрат на заработную плату с начислениями по базовому и разрабатываемому вариантам

Эз=Зз.б-Зз.р.                                            (5.7)

В случае сдельной оплаты труда основных рабочих [18]

Зз.осн=kв.н.kдопQг.з.прtистСч,                                (5.8)

где kв.н. - коэффициент, учитывающий средний процент выполнения технически обоснованных норм (kв.н.=1,1);доп - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату (kдоп=1,6);шт - норма времени на единицу продукции, норма-ч., определяется как величина обратная производительности или норма выработки;

Сч - часовая тарифная ставка, р.

Зз.осн.б=1,1·1,6·1847290·0.0008·18=46817,72 р.

Зз.осн.р=1,1·1,6·1836316·0,0008·18=46539,59 р.

В случае повременной оплаты труда вспомогательных рабочих

Зз.всп=kдопkпрFрRр.вспСч,                                     (5.9)

где kпр - коэффициент, учитывающий премию к тарифу, принимается 1,2;р - полезный годовой фонд времени работы рабочего (Fр=1900 р.);р.всп - численность рабочих, работающих повременно с учетом сменности работ,

.                            (5.10)

Здесь Нобсл.всп - норма обслуживания одним рабочим оборудования или рабочих мест, ед.обор/чел;

Пнев - процент невыходов, учитывающий дополнительных рабочих для замещения ушедших в отпуск, по болезни (Пнев=10 %);р - расчетное количество единиц оборудования, шт.,

.                                (5.11)

Здесь qг - годовая производительность единицы оборудования, шт./г.,

,                                              (5.12)

где kв - коэффициент использования оборудования по времени (kв=0,8);о - коэффициент выполнения норм времени (kо=1,2).

шт./г.

Подставив численные значения в выражение (5.11), полученные по формуле (5.12), получим

шт.

Найденное значение подставим в выражение (5.8), получим

чел.;

чел.

Рассчитанные значения подставим в формулу (5.9), имеем

Зз.всп.б=1,2·1,6·1900·0,0921·18=6047,65 р.;

Зз.всп.р=1,2·1,6·1900·0,093·18=6566.4, р.

Значения, полученные по формулам (5.8) и (5.9) подставим в выражение (5.7), получим

Эз=(46817.72+6047.65)-(46539,59+6566.4)=-240.62 р.

Экономию (убыток) затрат на электроэнергию (Зэл.), используемую для технологических целей, рассчитываем по формуле:

Ээ=Зэ.б-Зэ.р,                                            (5.13)

где Зэ.б и Зэ.р - годовые затраты на электроэнергию (Зэ) по базовому и разрабатываемому вариантам, рассчитываем по формулам:

Зэ=НэFэфmрkвkмЦэл..                                     (5.14)

Здесь kм - коэффициент использования оборудования по мощности (kм=0,6);

Цэл. - стоимость единицы расхода электроэнергии соответственно (Цэл.= =1,1 р.),

Зэл.б=1.2·1829·0,837·0,8·0,6·1,1=969.96 р.;

Зэл.р=1,4·1829·0,837·0,8·0,6·1,1=1131,62 р.

Полученные значения подставим в выражение (5.13), получим

Ээ=969.96-1131,62=-161,66 р.

Экономию (убыток) затрат на амортизационные отчисления от стоимости оборудования (Эам.об.) рассчитываем в результате изменения стоимости оборудования, его состава по формулам:

Эам.об.=Зам.об.б-Зам.об.р;                             (5.15)

Зам.об=КблНам.об;                                          (5.16)

Кбл=Цпрmпрkт.м,                                            (5.17)

где Зам.об.б и Зам.об.р - годовые затраты на амортизационные отчисления по базовому и разрабатываемому вариантам, р.;

Кбл - балансовая стоимость единицы оборудования, р.;

Нам.об - норма амортизационных отчислений (Нам.об=0,2);т.м - коэффициент учета затрат на транспортировку и монтаж оборудования (принимается 1,15),

Кбл.б.=12850000·0,837·1,15=12368767.5 р.;

Кбл.р=12075995.89·0,695·1,15=12075995,89 р.;

Зам.об.б=12368767,5·0,2=2473753,5 р.;

Зам.об.р=12075995,89·0,2=2415199,18 р.;

Эам.об=2473753.5-2415199,18=58554.32 р.

Экономию (убыток) затрат на амортизационные отчисления на ремонт и техническое обслуживание оборудования (Эрем.) рассчитываем в связи с изменением ремонтной сложности оборудования по формулам:

Эрем.=Зрем.б-Зрем.р;                             (5.18)

Зрем.=WmпрCРЕ,                                             (5.19)

где Зрем.б и Зрем.р - годовые затраты на ремонт оборудрвания по базовому и разрабатываемому вариантам, р.;РЕ - средняя стоимость ремонтных работ и технического обслуживания на 1 РЕ (принимается 1200 р.),

Зрем.б=16·0,837·1200=160704 р.;

Зрем.р=17·0,837·1200=170748 р.;

Эрем=160704-170748=-10044.

Определим экономию эксплуатационных затрат, для этого значения рассчитанные по (5.7), (5.13),(5.15) и (5.18) подставим в выражение (5.6), получим

Эт.з.=219,03-161,66+58554,32-10044=48567.69 р.

Дополнительные капитальные затраты (ΔК) рассчитываем по формулам:

ΔК=Кр-К 'бл;                                           (5.20)

Кр=Кбл.рКПП;                                        (5.21)

К 'б=Кблmр.б/mр.р;                       (5.22)

где Кр - капитальные затраты по разрабатываемому варианту на Qг.з.р и К 'б - капитальные затраты по базовому варианту на Qг.з.б;

КПП - затраты на организационно-техническую подготовку производства (принимается 15 процентов от Цпр);р.б - расчетное количество единиц оборудования по базовому варианту, шт.,

;                                         (5.24)

 шт.;

К 'б=12368767,5·0,842/0,837=12442655 р.;

Кр=12075995,89+0,15·12545837.5=13957871,52 р.;

ΔК=12442655-13957871.52=-1515216,52 р.

Годовой экономический эффект (Эг) от внедрения в производство усовершенствованной конструкции

Эг=Эт.з.+Эв.г-ЕнΔК,                               (5.25)

где Ен - нормативный коэффициент эффективности (принимается 0,15),

Эг=58689.81+548700+0,15·1515216=834672.29

Годовой экономический эффект от единицы разрабатываемой конструкции (Э'г) рассчитываем по формуле:

;                                         (5.26)

р.

Срок окупаемости дополнительных капитальных затрат (Ток) и коэффициента эффективности (Е) рассчитываем по формулам:

;                                     (5.27)

;                                          (5.28)

г.;

.

Разрабатываемая конструкция является экономически эффективной так, как выполняются условия:

Эг>0; Tок£Ток.н=6,7г.; Е³Ен=0,15,                          (5.29)

то есть

Эг=834672.29р³2 Tок=2,49 г.£6,7 г.; Е=0,402³0,15.

В качестве дополнительных показателей экономической эффективности рассчитываются изменения производительности труда, фондоотдачи, съема продукции с 1 м2 производственной площади, фондо- и энегровооруженности рабочих.

Рост (снижение) производительности труда (ΔПп.т.) по разрабатываемому варианту по сравнению с базовым рассчитываем по формулам:

;                                  (5.30)

,                             (5.31)

где Qг.з.р и Qг.з.б - производительности труда по разрабатываемому и базовому вариантам, шт./чел.;р.всп - численность основных производственных рабочих, работающих сдельно,

;                                               (5.32)

чел.;

чел.

Полученные значения подставим в (5.31), получим

шт./чел.;

 шт./чел.;

%.

Повышение (снижение) фондоотдачи (ΔПф.о.) рассчитываем по формулам:

;                                    (5.33)

,                                              (5.34)

где Фот.р и Фот.б - фондоотдача по разрабатываемому и базовому вариантам, шт./р.;

К - капитальные затраты на годовую программу выпуска, р.

шт./р.;

шт./р.;

%.

Повышение (снижение) фондоемкости (ΔПф.е.) рассчитываем по формулам:

;                                    (5.35)

,                                       (5.36)

где Фе.р и Фе.б - фондоемкость по разрабатываемому и базовому вариантам, р./шт.

р./шт.;

р./шт.;

%.

Повышение (снижение) фондовооруженности труда (ΔПф.в.) рассчитываем по формулам:

;                                    (5.37)

,                                             (5.38)

где Фв.р и Фв.б - фондовооруженность по разрабатываемому и базовому вариантам, р./чел.

р./чел.;

 р./чел.;

%.

Повышение (снижение) энерговооруженности труда (ΔПэ.в.) рассчитываем по формулам:

;                                     (5.39)

,                                            (5.40)

где Эв.р и Эв.б - энерговооруженность по разрабатываемому и базовому вариантам, кВт-ч/чел.

кВт-ч/чел.;

кВт-ч/чел.;

%.

Повышение (снижение) съема продукции с 1 м2 производственной площади (ΔПпл.) рассчитывам по формулам:

;                              (5.41)

,                                        (5.42)

где Ар, Аб - съем продукции с 1 м2 производственной площади по разрабатываемому и базовому вариантам, шт./м2.

 шт./м2;

 шт./м2;

%.

Результаты расчета сведены в таблице 5.5.

При сравнении разрабатываемого варианта конструкции с базовым, по результатам расчета видно, что произошло снижение фондоотдачи. Это говорит о значительном росте стоимости разрабатываемого варианта по сравнению с ростом его производительности относительно базового варианта. Рост стоимости, в свою очередь, объясняется усложнением конструкции и значительными затратами на организационно-техническую подготовку производства. Также о экономической целесообразности разрабатываемого варианта говорят повышения производительности труда, фондоемкости, фондовооруженности труда, съема продукции с 1 м2 производственной площади.

Таблица 5.5 - Результаты технико-экономического обоснования целесообразности создания и внедрения в производство механического привода для вращения подложкодержателя

Результирующие показатели.

Годовая экономия текущих затрат, р. 4856769

Годовая экономия от выхода годных, р. 548700

Годовой экономический эффект, р. 834672,29

Срок окупаемости, г. 2,49

.2 Оценка конкурентноспособности

Конкурентоспособность - это сравнительная характеристика товара, содержащая комплексную оценку всей совокупности его качественных и количественных параметров относительно выявленных требований рынка или свойств другого товара. В условиях рыночной экономики создаваемое оборудование должно быть конкурентоспособным и пользоваться спросом на отечественном и мировом рынках. В связи с этим важно производить оценку конкурентоспособности конструкций еще на ранних стадиях их создания, что позволит своевременно вносить изменения в конструкцию оборудования с целью повышения их конкурентоспособности.

Исходные данные для оценки конкурентоспособности разрабатываемого варианта приведены в таблице 5.6. Рекомендации по определению конкурентоспособности приведены в [18].

Для оценки конкурентоспособности разрабатываемой конструкции, последнюю сопоставим по всем своим важным технико-экономическим параметрам с мировым уровнем и базовой конструкцией аналогичного назначения. Проектируемая конструкция будет конкурентоспособной в том случае, если интегральный коэффициент конкурентоспособности (kинт) превысит единицу.

Интегральный коэффициент конкурентоспособности рассчитываем по формуле:

инт=kэкв.эконkэкв.экон,                                   (5.43)

где kэкв.экон - коэффициент эквивалентности по экономическим параметрам;экв.экон - коэффициент эквивалентности по техническим параметрам.

Коэффициент эквивалентности по экономическим параметрам рассчитываем по формуле:

,                              (5.44)

где Сп.б, Сп.р - стоимость потребления базового и разрабатываемого вариантов конструкции, р., рассчитываем по формуле:

Сп=Цпродkт.м+СэксплТэкспл-Цликв.                               (5.45)

Здесь Цпрод - цена продажи с учетом НДС, торговой накидки и потребного количества единиц на годовую программу, р.;т.м - коэффициент учета затрат на транспортировку и монтаж оборудования (принимается 1,15);

Сэкспл - стоимость затрат на эксплуатацию оборудования с учетом влияния выхода годных изделий;

Тэкспл - срок эксплуатации (принимается 1 год);

Цликв - ликвидационная стоимисть оборудования (принимается, как 10 процентов от Цпрод).

Цена продажи

Цпрод=ЦпрmрkНДСkт.н,                                (5.46)

где kНДС - коэффициент, учитывающий налог на добавленную стоимость (kНДС=1,2);т.н - коэффициент, учитывающий торговую накидку (kт.н=1,25),

Цпрод.б=12850000·0,842·1,2·1,25=16229550 р.,

Цпрод.р=12545837.5·0,837·1,2·1,25=15751298.98 р.

Стоимость затрат на эксплуатацию оборудования рассчитываем, как текущие затраты на зарплату, энергоносители, обслуживание и амортизацию по базовому и разрабатываемому вариантам, найденные по формулам (5.8), (5.9), (5.14), (5.16) и (5.19)

Сэкспл.б=46817,72+6047,65+969,96+2473753,5+160704=2688292,83 р.,

Сэкспл.р=46539,59+6566,4+1131,62+2415199,18+170748=2640184,79 р.

Стоимость потребления базового и разрабатываемого вариантов конструкции

Сп.б=16229550×1,15+2688292.83×1-0,1×16229550=20490160,14 р.,

Сп.р=698954,55×1,15+163838,51×1-0,1×698954,55=19729320,33 р.

Найденные значения подставим в (.44), получим

.

Коэффициент эквивалентности по техническим параметрам рассчитываем по формуле:

,                                      (5.47)

где kт.у.пр и kт.у.б - коэффициенты технического уровня разрабатываемого и базового вариантов конструкции.

Расчет коэффициентов технического уровня производится путем сопоставления параметров с их соответствующими значениями на мировом уровне. При этом учитывается значимость каждого показателя потребления и величины технического уровня конструкции. Расчет коэффициента технического уровня производится по формуле, приведенной в работе [19]:

,                                     (5.48)

где bi - коэффициент значимости i-го показателя, определяемый с помощью метода экспертной оценки значимости факторов,

.                                          (5.49)

Здесь аij - сумма рангов по i-му параметру;- число анализируемых технических показателей;и Pм.у.i - численное значение i-го технического показателя для базового, разрабатываемого и мирового уровня соответственно.

В таблице 5.6 приведены оцениваемые технические показатели и их соответствующий номер.

Таблица 5.6

Для оценки коэффициентов значимости проводится опрос экспертов из восьми человек (m). Результаты опроса экспертов сводится в таблицы 5.7 и 5.8 и обрабатываются с помощью математических методов корреляции.

. Охрана труда и окружающей среды

Проведем анализ работы установки герметизации транзисторов по вопросам безопасности и экологичности.

Опасные и вредные факторы, возникающие при работе оператора установки.

При испытаниях, монтаже, эксплуатации и всех видах технического обслуживания установки герметизации транзисторов на работника могут оказывать действие следующие вредные производственные факторы:

повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека.

повышенный уровень статического электричества;

повышенный уровень шума;

повышенные уровни электромагнитного излучения;

пониженные или повышенные параметры микроклимата рабочей зоны;

повышенный или пониженный уровень освещенности;

Источником электроопасности является цепь сетевого напряжения U =220В.

Ремонт, наладку и техобслуживание проводить после отключения установки от сети.

Недостаточная освещенность рабочего места возможна при неправильном расположении установки в помещении по отношению к окну в дневное время или при недостаточном искусственном освещении в утреннее или вечернее.

Опасность повышенного уровня напряженности электромагнитного поля Электромагнитные поля характеризующиеся напряженностями электрических и магнитных полей, наиболее вредны для организма человека. Основным источником этих проблем, связанных с охраной здоровья людей, использующих в своей работе автоматизированные информационные системы на основе персональных компьютеров, являются дисплеи (мониторы), особенно дисплеи с электронно-лучевыми трубками. Они представляют собой источники наиболее вредных излучений, неблагоприятно влияющих на здоровье оператора установки.

Может возникнуть опасность по уровням напряженности электромагнитного поля. На расстоянии 5-10 см от экрана и корпуса монитора уровни напряженности могут достигать 140 В/м по электрической составляющей, что значительно превышает допустимые значения СанПиН 2.2.4.723-98.

Нормирование ЭМП промышленной частоты осуществляют по предельно допустимым уровням напряженности электрического и магнитного полей частотой 50 Гц в зависимости от времени пребывания в нем и регламентируются СанПиН № 5802-91 и ГОСТ 12.1.002-84 по электрическому полю и СанПиН 2.2.4.723-98 по переменному магнитному полю частоты (50 Гц) в производственных условиях.

Для предупреждения внедрения опасной техники все дисплеи должны проходить испытания на соответствие требованиям безопасности (например международные стандарты MRP 2, TCO 99).

Так как работа оператора установки по виду трудовой деятельности относится к группе В - творческая работа в режиме диалога с ЭВМ, а по напряженности работы ко II категории тяжести (СанПиН 2.2.4.723-98), предлагается сократить время работы за компьютером, делать перерывы суммарное время которых должно составлять 50 минут при 8-ми часовой смене и применять защитные экраны.

Таблица 6.1 - Предельно допустимые значения характеристик ЭМП

.1 Микроклимат рабочей зоны

По метеорологическим условиям производственной среды согласно ГОСТ 12.1.005-88 понимают сочетания температуры, относительной влажности, скорости движения и запыленности воздуха.

Микроклимат производственных помещений - это климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха.

Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека и его работоспособность. Например, понижение температуры и повышение скорости воздуха способствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма. При повышении температуры воздуха возникают обратные явления. Недостаточная влажность воздуха также может оказаться неблагоприятной для человека вследствие интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания и растрескивания, а затем и загрязнения болезнетворными микроорганизмами. Поэтому при длительном пребывании людей в закрытых помещениях рекомендуется ограничиваться относительной влажностью в пределах 30...70 %.

Расчет воздухообмена следует проводить по тепло избыткам от машин, людей, солнечной радиации и искусственного освещения. Оптимальные нормы микроклимата для помещений ПЭВМ должны быть в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005-88 и требованиями условий эксплуатации, указанными в технической документации на ПЭВМ.

Лаборатория, где располагается установка зондового контроля, является помещением І категории (выполняются легкие физические работы), поэтому должны соблюдаться требования приведенные в таблице 6.3.

Помещения должны оборудоваться системами отопления, кондиционирования воздуха или эффективной приточно-вытяжной вентиляцией.

Таблица 6.2 - Параметры условий труда

.2 Воздействие шума

Шум определяют как совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты.

Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению числа ошибок при выполнении работы, исключительно сильное влияние оказывает шум на быстроту реакций, сбор информации и аналитические процессы, из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы внутрицехового транспорта (автопогрузчиков, мостовых кранов и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев на производстве. Шум оказывает влияние на весь организм человека: угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям.

В помещениях с низким уровнем общего шума, каким является лаборатория где работает оператор, источниками шумовых помех могут стать вентиляционные установки, кондиционеры или периферийное оборудование для ЭВМ (плоттеры, принтеры и др). Длительное воздействие этих шумов отрицательно сказываются на эмоциональном состоянии персонала.

Нормируемые параметры шума на рабочих местах определены ГОСТ 12.1.003-83 с дополнениями 1989г, (см. таблицу 6.4).

Эквивалентный уровень звука не должен превышать 60 дБ. Для того чтобы добиться этого уровня шума, рекомендуется применять звукопоглощающее покрытие стен.

Таблица 6.3 - Допустимые уровни звукового давления (дБ) на рабочем месте оператора ЭВМ.

.3 Освещение рабочего места

Правильно спроектированное и рационально выполненное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижает утомление и травматизм, сохраняет высокую работоспособность.

Ощущение зрения происходит под воздействием видимого излучения (света), которое представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0.38-0,76 мкм. Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с длиной волны 0.555 мкм (желто - зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.

При освещении производственных помещений используют естественное освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода и меняющемся в зависимости oi географической широты, времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы; искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света, и совмещенное освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняют искусственным.

Выбранная система освещения должна удовлетворять следующим условиям: создавать максимальную видимость объекта работающим независимо от погодных условий и времени года; различные участки цеха должны иметь освещенность не ниже установленных нормативами значений; во избежание утомляемости освещенность должна быть постоянной во времени и равномерной по яркости; световой поток должен быть направлен оптимально для работающего; осветительная система должна быть удобной и простой в эксплуатации, а также обладать электробезопасностью.

Исходя из вышесказанного, целесообразно применить в механосборочном цехе систему естественного и искусственного освещения (совмещенную).

При восстановлении уплотнений наименьшими размерами являются 0,3-0,5 мм (при использовании штангенциркуля). По СНиП 23-05-95 такому размеру соответствует III разряд зрительной работы (высокой точности). При данном разряде работ при комбинированном освещении освещенность на производственном месте должна быть 600 лк, а при общем освещении - 200 лк. КЕО принимаем равным 3,0, т.к. освещение совмещенное.

В качестве освещения принимаем:

естественное освещение с комбинированным расположением световых проемов (верхнее и боковое);

искусственное освещение газоразрядными лампами высокого давления (ДРЛ, ДРИ);

оснастить рабочие места местным освещением с использованием ламп накаливания и люминесцентных ламп.

Меры по поддержанию освещенности:

протирание ламп;

замена сгоревших ламп;

протирание оконных стекол.

.4 Электробезопасность

Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний и своеобразный характер. Проходя через организм человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действия. Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участков тела, нагревом до высокой температуры органов, расположенных на пути тока, вызывая в них значительные функциональные расстройства. Электролитическое действие тока выражается в разложении органической жидкости, в том числе крови, в нарушении ее физико-химического состава. Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови. Биологическое действие тока проявляется раздражением и возбуждением живых тканей организма, а также нарушением внутренних биологических процессов.

При работе на установке зондового контроля существует опасность поражения электрическим током от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

Чтобы наметить рациональные меры защиты и определить необходимые параметры защитных устройств, необходимо определить допустимые значения напряжения прикосновения и токи через человека, при которых еще возможно обеспечить безопасность в соответствии с ГОСТ 12.1.038-82(табл. 6.5, 6.6).

Таблица 6.4 - Значения кратковременно допустимых токов и напряжений

Таблица 6.5 - Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов

Настоящие нормы установлены, исходя из реакций, ощущения и соответствуют продолжительности воздействия тока на человека не более 10 мин в сутки.

Помещение лаборатории по опасности поражения электрическим током можно отнести к 1 классу, т.е. это помещение без повышенной опасности (сухое, беспыльное, с нормальной температурой воздуха, изолированными полами и малым числом заземленных приборов).

В электроустановках применяют следующие технические защитные меры:

) малые напряжения;

) электрическое разделение сетей;

) контроль и профилактика повреждений изоляции;

) защитное заземление;

) зануление;

) двойная изоляция;

) компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю.

.5 Расчет защитного заземления

Эффективной мерой электробезопасности на случай пробоя изоляции является защитное заземление. В соответствии с ГОСТ 12.1.009-76 защитное заземление есть преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Принцип действия защитного заземления - это снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус.

Напряжение питания установки зондового контроля 220 В частотой 50 Гц. Мощность установки составляет 0,8 КВт. Остальные исходные данные для расчета защитного заземления представлены в таблице 6.7.

Таблица 6.6 - Исходные данные для расчета заземления

. Определяем сопротивление растекания тока единичного трубчатого заземлителя:

, Ом                                    (6.1)

где ρ - удельное сопротивление;- длина заземлителя;- диаметр заземлителя;- расстояние от середины заземлителя до поверхности земли;

φ - коэффициент сезонности.

 Ом.

. Корректируем  с учетом коэффициента сезонности:

, Ом,

=22.83 1.4 = 31.962 Ом

. Определяем требуемое количество заземлителей:

                                (6.2)

где Rдоп - дополнительное сопротивление растеканию тока;

η - коэффициент экранирования.

 шт

. Определяем длину соединительной полосы (заземлители располагаем в ряд):

                                        (6.3)

где a - длина уголка;= 1.7 (4 - 1) = 5.1 м,

. Определяем сопротивление растеканию тока соединительной полосы:

,                          (6.4)

где b - ширина полки уголка;- толщина уголка.

, 1 Ом

. Корректируем с учетом коэффициента сезонности:

= 35.441 1.4 = 49.415 Ом;

. Определяем сопротивление растеканию тока n заземлителей

                                 (6.5)

Ом;

. Определяем общее сопротивление растеканию тока системы защитного заземления:

                          (6.6)

Ом.

Полученное значение общего сопротивления растеканию тока системы защитного заземления не превышает предельно-допустимого значения 10 Ом.

.6 Пожаробезопасность

Степень огнестойкости зданий принимается в зависимости от их назначения, категории по взрывопожарной и пожарной опасности, этажности, площади этажа в пределах пожарного отсека.

В соответствии СНиП 21-0-97 («Пожарная безопасность зданий и сооружений»):

Здание, в котором находится лаборатория по пожарной опасности помещений относится к категории В (малопожароопасное), поскольку здесь присутствуют горючие (книги, документы, мебель, оргтехника и т.д.) и трудносгораемые вещества (сейфы, различное оборудование и т.д.), которые при взаимодействии с огнем могут гореть без взрыва.

По конструктивным характеристикам здание можно отнести к зданиям с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона, где для перекрытий допускается использование деревянных конструкций, защищенных штукатуркой или трудногорючими листовыми, а также плитными материалами. Следовательно, степень огнестойкости здания можно определить как третью.

Число эвакуационных выходов с этажа должно быть не менее двух, число эвакуационных выходов из здания должно быть не менее числа эвакуационных выходов с любого этажа здания.

Высота эвакуационных выходов в свету должна быть не менее 1,9 м., а ширина не менее 1,2 м. Уклон лестниц на путях эвакуации - не более 1:1.

Размер помещения в котором находятся установки - 500 м2. Количество рабочих мест на одну установку - 1 рабочее место.

Для обнаружения начальной стадии загорания используются системы автоматической пожарной сигнализации (АПС), которые оповещают о возгорании службу охраны и могут самостоятельно приводить в действие установки пожаротушения, когда пожар еще не достиг значительных размеров. В лаборатории используются огнетушители типа ОУ-5 и ОХП-10.

.7 Экологичность проекта

Анализ установки герметизации транзисторов показал что при её работе в окружающую выделяется газообразные, жидких вещества в виде паров клея Для удаления этих паров из рабочей зоны установка должна быть подключена к системе вытяжной вентиляции с расходом воздуха не менее 100м3/ч. В к качестве такой вентиляции используется общеобменная венгтиляция предназначенная для ассисимиляции избыточной теплоты, влаги и вредных веществ во всем объеме рабочей зоны помещений. Она применяется в том случае, если вредные выделения поступают непосредственно в воздух помещения, рабочие места не фиксированы а располагаются по всему помещению. Обычно объем воздуха Lпр подаваемого в помещение при общеобменной ветиляции, равен объему воздуха Lв удаляемого из помещения.Однако в ряде случаев возникает необходимость нарушить это равенство.Так в особо чистых цехах электровакуумного производства, для которых большое значение имеет отсутствие пыли, объем притока воздуха делается больше объема выятжки, за счет чего создается некоторый избыток давления в производственном помещении, что исключает попадание пыли из соседних помещениий. В общем случае разница между объемами приточного и вытяжного воздуха не должна привышать 10…15%.

В качестве клея используют К-300-61.

Вредные пары которые выделяются в процессе работы установки это пары:

Смолы “ Деликат-6”

Полиамидная смола Л-20

Двуокись титана

По истечении срока эксплуатации в лаборатории она будет реализовываться другим организациям по остаточной стоимости, поэтому утилизация измерительной техники не имеет места. Отработанные расходные материалы не представляют опасности для окружающей среды, поэтому их утилизация, за исключением бумаги и картона, производится вместе с другими твердыми бытовыми отходами (ТБО). Утилизация бумаги и картона осуществляется в пунктах приема вторичного сырья.

Заключение

В данном дипломном проекте была предложена модернизация механизма загрузки автомата герметизации транзисторов, заключающаяся в замене имеющегося механизма загрузки бункером и механизмом ориентации. Применение бункера и механизма ориентации позволило автоматизировать процесс загрузки крышек для нанесения на них клея, что отменяет ручную загрузку. Это позволило повысить выход годных изделий.

Также в дипломном проекте рассмотрены конструкции и принцип действия установки герметизации полевых транзисторов.Рассчитан бункер, его составляющие установки напрессовки клея. Приведено технико-экономическое обоснование к внедрению этой установки в производство и технологический маршрут изготовления крышки редуктора.

По достигнутым конечным результатам можно сделать вывод о том, что по своим эксплуатационным и технико-экономическим показателям автомат герметизации полевых транзисторов имеет большее преимущество, чем до его модернизации.

Список использованных источников

1. Грин А.С. Работоспособность транзисторов при ннизких температурах. Зарубежная электронная техника 1988, 9 ЦНИИ “Электроника” М. 20-27.

.Раздзял П. Технология герметизации элементтов РЭА.-М Радио и связь, 1981.-315с.

.Хамер Д., Биггерс Дж. Технология тонкопленочных ГИС.-М: Мир, 1975-119 с.

.Васильев В.А. Теплопроводность керамики на основе окиси беррилия. - М: ВНИИНМ, 1976-68 с.

.Калябин И.А. Контроль герметичности изделий электронной техники.Технология организации производства и оборудования. Обзоры по электронной технике, серия. 7, выпуск 13, 1985-25 с.

. Устройство и наладка оборудования полупроводникового производства. М., Высшая школа., 1981-305с.

. Белев Н.В. Расчет и конструирование оборудования электронной промышленности Воронеж: ВПИ, 1975-77 с.

.Решетников Д.Н. Детали машин.- М: Машиностроение, 19889-251с

.Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин курсовое проектирование М:Высшая школа., 1990-399с.

.Куркин В.И. Основы расчета и конструирования оборудования электровакуумного производства.-М.: Высшая школа, 1980.-407 с.

.Курсовое проектирование деталей машин. Под ред. С.А. Чернавского, к.н. Бокова и др.-М: Машиностроение, 1980-351 с.

Курсовое проектирование деталей машин,. Под общей редакцией В.Н. Кудрявцева-Л: Машиностроение, 1984-400с.

Курсовое проектирование по технологии машиностроения / Под редакцией А.Ф. Горбацевича-Мн.: Высшая школа, 1975-288с.

.Дипломное проектирование по технологии машиностроения / Под редакцией В.В. Бабука-Мн.: Высшая школа, 1979-464с.

. Методические указания к практическим занятиям по расчету припусков по курсу ”Технология электронного машиностроения “для студентов специальностей 0567 дневной формы обучения. Воронеж:ВПИ, 1986-35с.

. Методические указания к расчету режимов резания по курсу “ Технология машиностроения ” для студентов дневного обучения специальности 0567 / Составил Ю.М. Данилов. Воронеж: ВПИ, 1984-32с.

. Методические указания по выполнению организационно -экономической части дипломных ппроектов для студентов специальности 20.06 дневного обучения / Составил Н.Л. Гладкова - Воронеж: ВПИ, 1989 -26с.

. Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу “Организация планирования и управления предприятиями полупроводникового и электровакуумного машиностроения” для студентов дневного обучения специальности 0567 / Составил Н.Л. Гладкова. Воронеж:ВПИ, 1981-43с.

. Методические указания по выполнению курсовой работы и организационно-экономической части дипломного проекта для студентов специальности 200.600 “Электронное машиностроение” дневного обучения / Составил Н.Л. Гладкова. Воронеж ВГТУ, 1994-17с.

.Организация, планирование и управление предприятиями электронной промышленности / Под ред. Стукалова П.М.-М: Высшая школа, 1986-186с.

.В.Ф. Кобевник. Охрана труда - М.: Высшая школа, 1990-215с.

. М.К.Полтев. Охрана труда в машиностроении.-М: Высшая школа.1980-290с.

. Ревякин А.И., Кашолкин Б.И. Электробезопасность и противопожарная защита в электроустановках.-М: Высшая школа., 1986-65с.