3469 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

1. Цели и задачи работы

 

Целью курсового проектирования является развитие навыков самостоятельной работы студентов, закрепление и углубление знаний, полученных ими на лекциях. Закрепление этих знаний, знакомство студентов со структурой предприятий, с современными технологическими процессами, с используемыми при производстве приборами промышленной электроники осуществляется на производственной практике, при прохождении которой студенты выполняют курсовую работу. В процессе производственной практики студенты изучают производство приборов, осваивают основы оформления технической и технологической документации на приборы.

При курсовом проектировании студенты должны использовать, кроме материалов лекций, рекомендуемую литературу, список которой приведен в конце методических указаний. Это будет способствовать дальнейшему развитию у студентов навыков работы с научно-технической литературой, включая справочники, стандарты и другие нормативные документы.

Итогом курсового проектирования является курсовая работа. Она состоит из графической части и пояснительной записки.

Пояснительная записка к курсовой работе должна содержать: титульный лист, основную часть работы, библиографический список.

Для курсовых работ могут быть предложены темы, связанные с рассмотрением отдельных технологических процессов, анализом брака при выполнении технологических процессов, с различными видами конструкторских работ, с освоением методики измерения параметров различными типами приборов.

В данных методических указаниях рассматриваются некоторые технологические приемы при производстве электровакуумных приборов (ЭВП) и газоразрядных приборов (ГРП).

 

2. Основные технологические требования и особенности электровакуумного производства

 

Современные ЭВП и ГРП состоят из большого числа конструктивных элементов, которые называются узлами и деталями. Узлом   называется   кон­структивный  элемент  прибора,  состоящий  из соединенных между собой двух или более деталей, оформленный сборочным чертежом (например, сеточный, анодный, катодный узлы). Каждый прибор имеет катод (прямого накала, оксидный – косвенного накала, холодный), анод, оболочку (керамическую, металлостеклянную, стеклянную), выводы электродов, крепежные детали. Помимо этого большинство приборов снабжены управляющими электродами (в виде сеток, штырей и др. конструкций), газопоглотителями (распыляющимися и нераспыляющимися). ГРП наполняются инертными газами, неинертными, воздухом, парами металлов. Газы являются рабочей средой, в которой осуществляется коммутация тока. Большинство приборов имеют защитные покрытия и маркировку.

Требования, предъявляемые к приборам, узлам и деталям, могут быть разделены на две группы.

  1. Эксплуатационные требования, обеспечивающие  получение прибора заданной степени эффективности в процессе использования его в аппаратуре.
  2. Технологические требования, обеспечивающие изготовление прибора с минимальными материальными затратами и минимальной трудоемкостью.

К основным эксплуатационным требованиям относятся:

1)       конструктивные и механические требования;

2)       электрические требования;

3)       долговечность и надежность;

4)       климатические требования;

5)       особые требования (расход воды, наличие радиации, рабочее положение и др.).

Основные технологические требования:

1)       простота конструкции, чтобы его производство могло быть механизировано;

2)       дешевизна и недефицитность материалов деталей;

3)       допуски на размеры должны быть строго обоснованы;

4)       конструкция прибора должна предусматривать возможность регенерации;

5)       унификация.

3. Основные технологические документы

 

Характерней особенностью электровакуумного производства являет­ся применение специально разработанных процессов, осуществляемых в высоком вакууме или в защитной среде (водород, инертный газ) с соблюдением вакуумной гигиены.

Применяемые в производстве материалы насчитывают в своем соста­ве до 90 % элементов таблицы Менделеева, поэтому используется огромное количество различных технологий для изготовления и обработки де­талей из этих материалов. В особых условиях выполняются специфические операции: откачка, активирование катода, обезгаживание, тренировка и т.д.

В технологии производства ЭВП используются методы электроискровой обработки, ультразвуковой обработки и д.р. Широко используются диффузионная, ультразвуковая, электронная лучом лазера, аргонодуговая сварка, электроконтактная пайка и др. Используются операции: напыление и отжиг в вакууме, отжиг в водороде и множество других специфических только для электровакуумного производства технологических операций.

Технологическим процессом производства называется ряд последова­тельно выполняемых операций, необходимых для изготовления, обработки и контроля изделий. Технологический процесс осуществляется последовательно в несколько этапов:

1)       изготовление и обработка деталей в заготовительных цехах;

2)       сборка (монтаж.) прибора;

3)       откачка приборов;

4)       цоколевка;

5)       тренировка и испытание по сдаточным нормам;

6)       упаковка.

Основными технологическими документами в производстве являются карты: маршрутные карты (МК), маршрутно-контрольные карты (МКК), тех­нологические карты (ТК) и контрольные карты (КК). Все это с конструк­торской документацией является полным комплектом документации (КТД).

Конструкторская документация включает в себя габаритный чертеж, сборочный чертеж, чертежи деталей с указанием материала, чертежи тары, упаковочную ведомость, в которой указывается тип изделия, технические условия (ТУ), дата изготовления, штамп ОТК. Маршрутная карта (МК) фиксиру­ет перечень и последовательность операций для изготовления и обработки деталей, узлов и в целом всего прибора с измерением эле­ктрических параметров и приемкой ОТК. В МК указываются также цех-изготовитель и номер документа, по которому выполняется данная операция, ТК, оборудование и материалы.

ТК содержат данные по оборудованию, инструменту, материалам или обрабатываемым деталям и заготовкам, режимам и технические требования к изделиям и детализируют выполнение операций по переходам и приемам.

КК представляют собой документ с указанием контролирующих объектов, средств контроля, дефектов, по которым осуществляется забракование, объем контроля (100 % или выборочный). Технические условия содержат следующие разделы.

1. Технические требования, требования к параметрам и режимам эксплуатации.

2. Требования по надежности и сохраняемости.

З. Требования по устойчивости к внешним воздействиям (к климатическим воздействиям, повышенной и пониженной температуре, атмосферному давлению, относительной влажности, инею и росе, плесневым грибам).

4. Требования к механическим воздействиям (удары, вибрации, линейные ускорения).

Механические воздействия характеризуются перегрузкой, которая кратна ускорению силы тяжести.  Вибрация характеризуется ампли­тудой и частотой, а удары – длительностью и амплитудой. Вибрации также харак­теризуются вибропрочностью (способностью противостоять разрушающему воздействию вибраций) и виброустойчивостью (способностью изделия выполнять свои функции при вибрации). Вибропрочность является продолже­нием испытаний на виброустойчивость.

5. Требования по безопасности (высокое давление, изотопы и др.).

6. Требования к конструкции (запасы по параметрам, габариты, вес).

7. Правила приемки. Приемка осуществляется после проведения испы­таний. Виды испытаний: приемосдаточные, периодические, на безотказность, на сохраняемость, типовые.

8. Методы контроля.

9. Указания по эксплуатации.

 

  1. 4. Методы обработки и очистки деталей

4.1. Методы обработки деталей

 

Для изготовления деталей широко применяются методы формообразования, такие как: холодная штамповка обработка металла резанием, электроискровая, ультразвуковая, фотолитография, давление и др.

Получение требуемых размеров осуществляется способами черновой и чистовой обработки, к которым относятся:

1)       обтачивание и шлифовка наружных и внутренних поверхностей;

2)       сверление, растачивание, фрезерование и строгание поверхностей,  выступов, пазов.

Рассмотрим более подробно электроискровую и ультразвуковую обработку.

При электроискровой обработке используется явление электрической эрозии. Используется кратковременный искровой разряд. Под дейст­вием взрывной волны расплавленный металл выбрасывается в пространство между электродами. Наибольшее количестве металла выбрасывается с анода. Анод – обрабатываемая деталь, катод – инструмент. Рабочая среда – спирт, керосин. Изготовление деталей может идти с применением непрофилированного электрода в виде вольфрамовой проволоки. Профилированным ин­струментом изготовляются, например, сетки клистронов, блоки магнетронов и другие детали, требующие повышенной точности.

Наличие ультразвуковых колебаний в упругой среде при своем рас­пространении создают попеременное растяжение и сжатие материальных частиц. При распространении колебаний в жидкой среде в период растя­жения происходит возникновение полостей (пузырьков), а в последующий полупериод–сжатие. Это явление называется “кавитацией” и сопровожда­ется гидравлическими ударами, создающими в окружающей среде давление большой разрушительной силы (до нескольких тысяч атмосфер). Оно лежит в ос­нове ультразвукового способа.

Для возбуждения ультразвуковых колебаний применяют два способа: магнитострикционный и пьезоэлектрический.

При металлострикционном способе заготовка детали с нанесенным на нее порошком абразива, смоченным водой или маслом, закрепляется на столе станка. Электрические колебания через инструмент передаются частицами абразива, которые и ударяются о поверхность обрабатываемой детали.

 

Виды загрязнений

 

Все электроды, оболочки и вспомогательные детали приборов в процессе получения, обработка и хранение находятся в контакте с атмосферным воздухом. При данном контакте происходит два процесса: поглощение (сорбция) и обратное выделение газа (десорбция). В зависимости от условий (температура, давление) один процесс может преобладать над другим до тех пор, пока не наступит равновесие между количеством газа, поглощаемым и выделяемым деталями прибора. Известно, например, из опыта, что когда в приборы попадают загрязненные детали, давление ниже 10-4…10-5 мм рт.ст. получить не удастся, как бы долго их не откачивали.

Сорбционные процессы включают в себя процессы адсорбции – поверхностного поглощения и абсорбции – объемного поглощения.

Адсорбция, т.е. повышенная концентрация газа на поверхности твердого тела, происходит из-за неуравновешенных сил атомов, образующих поверхность тела. В отличие от уравновешенных сил атомов, расположенных внутри тела, поверхностные атомы имеют ненасыщенные связи, направленные внутрь твердого тела перпендикулярно к его поверхности. Эти неуравновешенные силы и обуславливают возникновение сил притяжения. Атомы и молекулы газа после соударения  с поверхностью некоторое время остаются на ней, что приводит к насыщению неуравновешенных сил поверхностных атомов.

Известны три эффекта, объясняющие притяжение: ориентационный эффект, индукционный эффект и дисперсионный эффект.

Ориентационный эффект возникает при взаимодействии молекул, обладающих постоянным дипольным моментом. В зависимости от расположения диполей между ними могут возникать силы как притяжения, так и отталкивания. Каждая молекула – диполь совершает вращательное движение и взаимодействует с другими диполями, стремясь ориентировать их параллельно один другому и сблизить концы противоположных знаков. Преобладание такой ориентации приводит к появлению результирующих сил притяжения.

Индукционный эффект представляет собой энергию взаимодействия заряженного конца диполя с индуцированным диполем, наведенным в симметричной молекуле.

Дисперсионный эффект обуславливается тем, что любой симметричный атом обладает мгновенным дипольным моментом из-за мгновенной несимметричности его электронов в пространстве. Осциллирующий диполь любого атома создает переменное электрическое поле, которое вызывает смещение зарядов соседних  атомов. Индуцированный диполь имеет ту же фазу, что и задающий осциллирующий диполь, поэтому возникают результирующие силы притяжения.

Силы, вызывающие адсорбцию газов, объясняются в основном дисперсионным эффектом. Только для некоторых молекул (например, H2O, NH3), обладающих очень большим дипольным моментом, энергия ориентационного и индукционного эффекта соизмерима с энергией дисперсионного эффекта.

Частицы, адсорбированные на поверхности металла, в результате теплового движения совершают колебания в направлении X, перпендикулярном к поверхности, в потенциальной яме около равновесного положения r0 (рис.1). Потенциальная яма образуется вследствие того, что при x>r0 между адсорбированной частицей и поверхностью металла действуют силы притяжения, а при x<r0 – быстро нарастающие силы отталкивания электронных оболочек адсорбированных частиц и поверхностных атомов металла. Положение равновесия r0 соответствует минимуму на потенциальной кривой. Время жизни молекулы в адсорбированном состоянии зависит от ее кинетической энергии тепловых колебаний. Когда эта энергия превышает потенциальную энергию адсорбированной связи, то молекула может десорбироваться. Это может протекать при любых температурах. Однако энергия адсорбированных молекул существенно превышает среднюю кинетическую  энергию. Следовательно, эффективность “самоочистки” поверхности для сорбционно-активных веществ весьма мала.

При малых давлениях не все ионы металла заняты молекулами газа. Поэтому с увеличением давления увеличивается адсорбция (рис. 2). В диапазоне давлений P2–P1 адсорбированный слой одномолекулярный. С увеличением давления выше P2 на первый слой накладываются другие слои адсорбированного газа.

Наряду с физикой адсорбции, при которой частица адсорбируемого вещества сохраняет свои свойства, имеет место химическая адсорбция (хемосорбция), характеризующаяся образованием химического соединения адсорбируемого вещества. Предполагается, что хемосорбции на данном участке поверхности предшествует физическая адсорбция вещества. Адсорбционные системы при физической и химической адсорбции имеют различную природу и отличаются на один – два порядка. Химическая адсорбция обуславливается действием сил химических связей (валентных сил). В этом случае молекула отдает или получает от поверхности электроны, расщепляется на радикалы, которые связываются с поверхностью отдельно.

В адсорбции газа можно выделить два вида: образование твердого раствора и химическую реакцию между твердым телом и соприкасающимся с ним газом с образованием нового химического соединения. При образовании твердого раствора молекулы газа проникают в кристаллическую решетку твердого тела и там могут дислоцироваться. Удалить газ, адсорбированный твердым телом, можно лишь его нагревом до высокой температуры при низком давлении.

Помимо состояния поверхности, температуры и давления, отметим следующие факторы, способствующие поглощению газов твердым телом:

  1. Испарение твердого тела в вакууме и его осаждение на стенках.
  2. Ионизация газа и пребывание его в диссоциированном состоянии.

Твердое вещество в парообразном состоянии является активным поглотителем. Ионизация газа приводит его к более активному состоянию. В ионизированном состоянии газ вступает в химические соединения, которые не могут образовываться в неионизированном газе.

К загрязнениям деталей приборов относят также пыль, металлическую стружку, заусенцы. Свободные частицы недопустимы в приборах с малым расстоянием между электродами. Перемещающиеся свободные частицы обладают “абразивным” действием: в результате трения о детали прибора они снимают с них адсорбированный газ. Мелкая пыль обладает очень высокой сорбционной емкостью для газов, что обусловлено большой ее удельной поверхностью. Поэтому в приборе газовыделение пыли может быть значительным (главным образом, пары воды).

Неблагоприятное воздействие на электровакуумные приборы оказывают хлор, сера и их соединения, а также углеводородные загрязнения. Источниками последних чаще всего бывают смазочные материалы, сборочные приспособления, оправки, инструменты. Кроме того, детали могут быть загрязнены парами различных органических веществ из воздуха.

Для создания высоконадежных и долговечных приборов перед сборкой необходима тщательная очистка деталей.