Введение к работе
Актуальность работы
Устойчивое нарастание объемов производства метал локерам иче-ских коммутационных плат и корпусов микросхем (МКП, МКК), характерное для промышленности наиболее развитых стран, вывело на одно из первых мест проблему контроля качества, надежности и устойчивости этих устройств и технологии их производства к воздействию дестабилизирующих технологических факторов. Сущность проблемы определили общепризнанная сложность описания многооперационных (свыше 150 операций) технологических процессов, сопровождающихся периодическим воздействием на материал, а также фундаментальная, с точки зрения японских специалистов, научная новизна задач контроля изделий радиоэлектроники, выполненных по технологии тонкой керамики. Было установлено, что наиболее сложной в условиях нарастающего массового производства исследуемых плат и корпусов является проблема дефектов, прямо или косвенно обусловленных качеством герметизирующих металлокерамических спаев радиотехнических устройств. На уровень дефектности в данном случае влияют: специфика выполнения операций групповой обработки, конструктивные особенности изделий, неконтролируемая предыстория подготовки сырьевых материалов, допустимая на данный период нестабильность структуры материала и другие факторы. По результатам пассивного (фильтрующего) контроля на отдельных операциях к категории дефектных относят до 60% заготовок. Многообразие факторов дефектности в подобной ситуации создает дополнительные потери, обусловленные недостаточной научной проработкой и систематизацией соответствующего производственного опыта, делает чрезвычайно актуальной разработку методов контроля, гарантирующих не только качество готовых изделий, но и повышение эффективности всего производственного процесса.
Цели работы и задачи исследования
Целью работы является исследование и разработка экспериментальной и теоретической основы для внедрения методов контроля спаев металлокерамических корпусов и коммутационных плат в условиях массового производства.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующей совокупности задач:
1) системного анализа причинно-следственных связей, определяющих качество корпусов и коммутационных плат, герметизируемых по-
средством металлокерг мидвских спае&і%ДОЗДь х условиях производства.
БИїхїИОТЕКА С.ііеіербург *00РК
Признаками новых условий являются изменения предыстории подготовки сырьевых материалов, условий обработки и объемов производства, а также формы конструктивного исполнения изделий;
2)статистического анализа и моделирования факторов нестабильности технологического процесса, определяющих качество металлокера-мических корпусов и коммутационных плат в условиях массового производства;
3)анализа и моделирования физических факторов технологической нестабильности, определяющих качество металлокерамических корпусов и плат;
4)формирования и ранжирования системы причинно-следственных диаграмм в форме функционально-диагностических моделей, отражающих взаимосвязь выделенных факторов нестабильности технологического процесса с параметрами качества изделий и заготовок.
Методы исследования
Для решения поставленных задач использовались: метод электронно-микроскопического, микрозондового и ренггеноструктурного анализа материалов; метод контрольных карт; метод регрессионного и корреляционного анализа; метод расслоения результатов фильтрующего контроля; метод функционально-диагностического моделирования причин дефектности.
Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Систематизированы существующие сведения о формах технологических дефектов. Выделен круг научных и прикладных задач, связанных с проблемой нарастания уровня дефектности, в основе которой лежит качество металлокерамических спаев.
-
В результате экспертного анализа системы производства металлокерамических корпусов и коммутационных плат в сочетании со статистическим анализом результатов фильтрующего контроля изделий разработана модель скалывания металлизации плат, обеспечивающая возможность выделения и контроля основных влияющих факторов разрушения металлокерамических спаев как элементов ненадежности исследуемых изделий, выявлены физические эффекты и сформулированы практические рекомендации, внедрение которых обеспечивает повышение устойчивости спаев к скалыванию.
-
На основе анализа впервые выделенных структурных особенностей материала металлокерамических коммутационных плат и результатов исследования структуры подложек и металлокерамических спаев разработана модель снижения герметичности спая под влиянием фак-
торов конструктивного исполнения и факторов технологической обработки изделий, выделены информативные параметры, контроль которых позволяет обеспечить герметичность спаев в условиях производства.
4. Системный экспертный анализ возможных факторов дефектности металлокерамических плат обеспечил разработку, ранжирование и подтверждение адекватности причинно-следственных диафамм дефектов как одной из форм функционально-диагностических моделей. Предложенная методика ранжирования причинных факторов модели обеспечила возможность сравнительной оценки основных причинно-следственных цепей формирования дефектов, возможность выделения и контроля новых причинно-следственных связей, а также разработку алгоритма поиска причин брака на множестве технологических операций и физических эффектов, составляющих процесс производства исследуемых изделий.
Практическая ценность
Практическая ценность результатов работы определяется тем, что результаты исследований могут использоваться как при разработке активных методов контроля, так и при и модернизации технологического оборудования и оснастки для изготовления металлокерамических плат и корпусов в условиях массового производства, а также для дефектологической проработки опытно-конструкторских работ и выделения точек контроля при разработке технологических процессов производства вновь разрабатываемых изделий; результаты анализа и контроля структурных особенностей материала плаг могут быть использованы для оптимизации режимов обработки изделий и корректировки состава материала в пределах поля допуска; результаты разработки функционально-диагностической модели могут быть использованы для анализа причин дефектов по факту их проявления либо для оценки степени влияния новых физических эффектов и конструктивных изменений на качество изделий и заготовок.
Достоверность результатов
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждена представленными оценками пофешностей моделей, полученными по результатам статистического контроля качесіва продукции; использованием в работе современных средств и методов физико-химического анализа, включая средства и методы рентгенострукіурно-го, электронно-микроскопического и микрозондового анализа; результатами экспертной оценки функционально-диагностических моделей с помощью коэффициентов Кендалла, Спирмена и коэффициентов кон-кордации, а также результатами рецензирования работ, опубликован-
ных в центральной печати и межвузовских сборниках научных работ и результатами патентной экспертизы.
Реализация научно-технических результатов работы
Результаты диссертационной работы внедрены в научно-исследовательском институте металлокерамических корпусов микросхем «Мейкон», на федеральном государственном унитарном предприятии «Завод полупроводниковых приборов» (г.Йошкар-Ола), являющемся основным производителем отечественных металлокерамических корпусов и плат, в Марийском государственном техническом университете при подготовке методических указаний и лекций по дисциплинам «Технология радиоэлектронных средств», «Управление качеством радиоэлектронных средств», «Технология электронно-вычислительных средств», в научно-исследовательской работе по фанту Правительства Республики Марий Эл за 2000 год на тему: «Фундаментальные физические процессы формирования структуры керамических материалов как фактор эффективности и контролируемости высоких технологий на основе керамики ПО «Изотоп».
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях по итогам научно-исследовательских работ МарГТУ (Йошкар-Ола, 1998-2003), Всероссийской научной конференции «Цифровая обработка многомерных сигналов» (Йошкар-Ола, 1996), постоянно действующей Всероссийской конференции «Вавиловские чтения» (Йошкар-Ола, 1996, 2000), 5-й, 6-й Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» (Москва, 1999,2000), 11-й Международной научно-технической конференции «Тонкие пленки в электронике» (Йошкар-Ола, 2000).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, депонировано 3 рукописи, изданы методические описания, получен патент
Личный творческий вклад
Лично автором выполнены следующие исследования:
1. Разработана аналитическая модель вероятности скалывания металлизации в процессе технологической обработки металлокерамических коммутационных плат. Модель разработана по результатам активного контроля и ранжирования факторов технологического воздействия и выделения массы изделий одного конструктивного ряда в качестве обобщенного показателя степени влияния основных факторов технологического воздействия. Рациональный выбор обобщенного показателя
позволил линеризозать модель вероятности скалывания, обеспечил возможность ее экспериментальной проверки путем статистической обработки результатов фильтрующего контроля.
Результаты опубликованы в работах (4, 10, 14).
2.Разработана регрессионная модель вероятности скалывания, основанная на результатах фильтрующего контроля изделий в условиях массового производства. Получено соотношение для определения погрешности оценки модели. Линейный характер регрессионной модели подтвердил адекватность и обеспечил возможность оценки эмпирических коэффициентов аналитической модели, эффективность ее использования в системе активного контроля технологического процесса.
Результаты опубликованы в работах (2,4,10,11,14).
3.Предложен способ и получен патент, обеспечивающий снижение скалываемости металлизации путем шерохования границы металл-керамика в спаях металлокерамических плат и корпусов микросхем с планарным расположением контактных площадок.
Результаты опубликованы в работах (10,14),
4. Выделены кольцевые структурные дефекты в области кристалли
зации стеклофазы керамических подложек и металлизационных слоев.
На основании результатов электронно-микроскопического и микрозон-
дового анализа кольцевых дефектов выявлена физическая схема их об
разования и влияния на качество герметизирующих спаев плат и корпу
сов на стадии технологической обработки. Получено соотношение для
расчета и контроля натекания спая в зоне структурного образования.
Результаты опубликованы в работах (1,3,5,6,7,8,12,13,15).
5. Разработана система функционально-диагностических моделей,
предназначенных для причинно-следственного контроля схем развития
дефектов металлокерамических плат и корпусов, обусловленных сни
жением качества металлокерамических спаев и выражающихся в виде
сколов металлизации, ее шелушений, вздутий и отслоений. На основе
предложенной методики экспертной оценки модели выполнено поуров-
невое деление и ранжирование причинных факторов. По результатам
поуровневого ранжирования выполнено сквозное ранжирование факто
ров дефектности. Адекватность результатов разработки и ранжирования
модели подтверждена посредством коэффициентов Кендалла, Спирмена
и коэффициентов конкордации.
Результаты опубликованы в работах (5,6,7,9,15). Структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Материал изложен на 153 страницах текста, на-
бранного и сверстанного на компьютере. В работе 14 таблиц, 47 рисунков; список литературы включает 150 наименований. На защиту выносятся:
1. Модель изменения количества дефектов скалывания контактных площадок под влиянием факторов объема производства, контролируемых степенью загрузки технологического оборудования и массога-баритными показателями МКП с торцевым и планарным расположением выводов.
2.Результаты исследования структурных образований стеклофазы, определяющих влияние технологических факторов на газопроницаемость металлокерамических спаев МКП, МКК.
3. Методика разработки, ранжирования и развития диаграмм причинно-следственных связей, обеспечивающая активный контроль и системную экспертную оценку дефектов, обусловленных влиянием структурных образований стеклофазы на параметры качества МКП. МКК.
