СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

Б. Н. БАДЬЯНОВ, В. А. ДАВЫДОВ, С. Г. ПАРШИН

Одним из этапов непрерывного образования является подготовка высококвалифицированных специалистов в рамках профессиональной школы. Особое внимание уделяется развитию и совершенствованию подготовки квалифицированных инженеров по профессиям, отвечающим перспективным направлениям научно-технического прогресса. Высокие требования, предъявляемые к надежности и работоспособности при изготовлении ответственных узлов с использованием сварочных процессов, предполагают и высокий уровень технической подготовки специалистов.

Наиболее широко в машиностроении применяется электродуговая сварка покрытыми электродами, механизированная сварка в среде защитных газов плавящимся электродом, аргонодуговая сварка вольфрамовым неплавящимся электродом и электродуговая сварка плавящимся электродом под слоем флюса. Электронно-лучевой сваркой сваривают прецизионные узлы из химически активных металлов. Создание дешевых полупроводниковых лазеров с высоким КПД позволило автоматизировать процесс сборки микроэлектронных приборов. Применение сварки взрывом и трением-перемешиванием позволило получить сверхнадежные сварные соединения из легких сплавов для оборудования международной космической станции. Ультразвуковой, контактной, термокомпрессионной микросваркой соединяют сверхчистые проводники интегральных микросхем компьютеров.

Современные способы сварки и пайки представляют собой сложные физико-химические процессы, поэтому их выполнение требует не только хороших производственных навыков, но и понимания существа и взаимосвязи основных явлений, обеспечивающих процесс соединения деталей.

Данное учебное пособие дает возможность в систематизированном виде познакомить студентов и инженеров с теоретическими основами сварки и пайки, с технологией выполнения сварочных операций и используемым для этого оборудованием применительно к изготовлению электронных приборов.

С помощью электронных приборов решаются сложные задачи генерирования, усиления, преобразования, формирования и измерения электрических сигналов, а также выполняются логические операции, используемые для управления различными процессами в разных областях науки, техники и народного хозяйства.

Электронные приборы являются основой автоматов и роботов, управляющих и вычислительных систем, поэтому именно электронную технику называют катализатором научно-технического прогресса.

В настоящее время невозможно представить развитие какой-либо области человеческой деятельности без использования электроники - это медицина, наука, производство, сельское хозяйство, транспорт, связь, искусство.

Электронная промышленность, как одна из самых молодых отраслей народного хозяйства, стала активно развиваться после Великой Отечественной войны 1941-1945 гг., а к началу 80-х гг. она уже заняла одно из первых мест в мире по объему выпускаемой продукции, по экономической эффективности, по темпам развития и номенклатуре выпускаемой продукции. Характерными особенностями развития электроники являются непрерывное генерирование научных идей по разработке и созданию принципиально новых приборов, использование широкой гаммы самых разнообразных материалов (металлы, полупроводники, стекла, керамика) в разных сочетаниях, а также непрерывное стремление к миниатюризации приборов в целом и отдельных их частей.

Электровакуумные приборы в последние десятилетия заменяются твердотельными полупроводниковыми приборами, которые являются в настоящее время основой электронного приборостроения, ЭВМ и других систем. Из сказанного вовсе не следует, что роль электровакуумных приборов будет в будущем сведена к нулю и их производство станет нецелесообразным. Устройства отображения информации (кинескопы), мощные генераторные лампы и приборы для дальней космической связи (СВЧ-диапазона), приборы контроля (рентгеновские трубки) продолжают развиваться и совершенствоваться, их выпуск непрерывно растет. Кроме того, появились и развиваются такие специфические направления электронной техники, как оптоэлектроника, акустоэлектроника, лазерная техника, волоконная электроника и многие другие.

Все электронные приборы имеют различную конструкцию, во многом различается технология их изготовления. Так, при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем все большее развитие получили групповые методы обработки. Однако общим для всех технологий является наличие на заключительных этапах изготовления приборов сборочных операций.

Под сборкой понимают совокупность технологических операций, обеспечивающих соединение элементов и частей электронных приборов в единое целое. Значительное место в сборочных операциях занимают сварка и пайка.

Сварка и пайка - это способы получения неразъемных соединений между деталями приборов. По своей природе сварка и пайка - сложные физико­химические процессы, в результате протекания которых между соединяемыми деталями образуется химическая связь.

Трудоемкость сварочных операций при изготовлении приборов пока еще достаточно велика. В производстве электровакуумных приборов она достигает 45 % от обшей трудоемкости изготовления лампы, в производстве дискретных полупроводниковых приборов - до 25 %, а в производстве интегральных микросхем - до 60 %. Поэтому увеличение выпуска приборов путем увеличения числа сборщиков-сварщиков просто невозможно при миллиардном количестве отдельных сборок. Единственный путь дальнейшего развития производства изделий электронной техники - это интенсификация производства путем создания автоматизированных устройств, легко перестраиваемых при смене номенклатуры изделий, т. е. создания гибких производственных модулей (ГПМ) и гибких производственных систем (ГПС) из нескольких модулей, выполняющих все операции сборки, монтажа и сварки без участия человека со скоростями в 100-1000 раз большими, чем при ручном монтаже приборов.

Параллельно с проблемой увеличения производительности (эффективности) в производстве изделий электронной техники, важным звеном является проблема повышения качества выпускаемой продукции.

Если представить себе уровень технологии сборки, допускающей 1 % брака, то при разварке 50 выводов большой интегральной микросхемы (БИС), где каждый вывод имеет два сварных соединения (на кристалле и на ножке), нельзя получить ни одной работоспособной микросхемы и, тем более, нельзя изготовить сверхбольшую интегральную микросхему (СБИС). Поэтому вопросы совершенствования технологии контроля режимов сварки и контроля качества получаемых соединений непосредственно в процессе их образования являются также основными вопросами сварки изделий электронной техники.

Для сборки электронных приборов используются сварочные процессы, которые нашли широкое применение в различных отраслях промышленности (сварка электродуговая, электронным лучом, лазером, плазмой, электроконтактная, холодная, диффузионная, ультразвуковая), и процессы, специально разработанные для электронной техники (термокомпрессионная, микроплазменная сварка и др.). Следует отметить также широкое применение в создании приборов электронной техники различных методов пайки материалов как общеизвестного типа, так и характерных для электроники.

Из сказанного следует, что необходимый минимум знаний о сварке и сварочных процессах требуется не только на этапе производства электронных приборов, но и на этапе их разработки (выбор хорошо свариваемых материалов), и на стадии применения (исследование и прогнозирование работоспособности сварных соединений в приборе, определяющих функциональные возможности прибора в целом).

Поэтому, рассматривая перспективы развития сварки в электронной промышленности, нельзя оторвать их от общих задач развития отрасли, от перспектив развития ее направлений - отдельных типов приборов.