راية 13

 

83. الإلكترونيات الدقيقة وأشباه الموصلات

محرر الفصل: مايكل إي ويليامز


جدول المحتويات

الجداول والأشكال

الملف العام
مايكل إي ويليامز

تصنيع أشباه الموصلات السيليكونية
ديفيد ج بالدوين ، وجيمس ر. روبين ، وأفسانيه جيرامي

شاشات الكريستال السائل
ديفيد ج بالدوين ، وجيمس ر. روبين ، وأفسانيه جيرامي

تصنيع أشباه الموصلات III-V
ديفيد ج بالدوين وأفسانيه جيرامي وجيمس ر. روبين

لوحة الدوائر المطبوعة وتجميع الكمبيوتر
مايكل إي ويليامز

الآثار الصحية وأنماط المرض
دونالد في لاسيتر

قضايا البيئة والصحة العامة
كوركى تشيو

طاولات الطعام

انقر فوق ارتباط أدناه لعرض الجدول في سياق المقالة.

1. أنظمة مقاومة الضوء
2. المتعريات المقاوم للضوء
3. مؤثرات كيميائية رطبة
4. غازات التنميش بالبلازما والمواد المحفورة
5. منشطات تشكيل مفرق للانتشار
6. الفئات الرئيسية لنبات السيليكون
7. الفئات الرئيسية لأمراض القلب والأوعية الدموية
8. تنظيف شاشات العرض المسطحة
9. عملية PWB: البيئة والصحة والسلامة
10 توليد النفايات PWB والضوابط
11 توليد النفايات PCB والضوابط
12 توليد النفايات وضوابطها
13 مصفوفة الاحتياجات ذات الأولوية

الأرقام

أشر إلى صورة مصغرة لرؤية التعليق التوضيحي ، انقر لرؤية الشكل في سياق المقالة.

ميكروفون060F7ميكو10F2ميكروفون010F3ميكروفون020F3ميكروفون030F1ميكروفون050F4ميكو50F5ميكروفون050F6ميكروفون060F6ميكروفون060F7ميكروفون060F2ميكروفون060F3ميكروفون060F4ميكروفون060F5


انقر للعودة إلى رأس الصفحة

السبت، مارس 19 2011 20: 40

الملف العام

تنوع العمليات والمنتجات في صناعة الإلكترونيات الدقيقة وأشباه الموصلات هائل. يركز تركيز مناقشة الصحة والسلامة المهنية في هذا الفصل على إنتاج الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات (في كل من المنتجات القائمة على السيليكون ومركبات التكافؤ III-V) ، وإنتاج لوحة الأسلاك المطبوعة (PWB) ، ولوحة الدوائر المطبوعة (PCB) التجميع وتجميع الكمبيوتر.

تتكون الصناعة من العديد من القطاعات الرئيسية. تستخدم رابطة صناعة الإلكترونيات التحديد التالي في الإبلاغ عن البيانات المتعلقة بالاتجاهات ذات الصلة والمبيعات والتوظيف داخل الصناعة:

  • مكونات الكترونية
  • الالكترونيات الاستهلاكية
  • الاتصالات
  • اتصالات الدفاع
  • أجهزة الكمبيوتر والمعدات الطرفية
  • الالكترونيات الصناعية
  • الإلكترونيات الطبية.

 

تشمل المكونات الإلكترونية أنابيب الإلكترون (على سبيل المثال ، أنابيب الاستقبال والأغراض الخاصة وأنابيب التلفزيون) ، ومنتجات الحالة الصلبة (على سبيل المثال ، الترانزستورات ، والصمامات الثنائية ، والدوائر المتكاملة ، والصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) وشاشات الكريستال السائل (LCD)) والسلبية و المكونات الأخرى (مثل المكثفات والمقاومات والملفات والمحولات والمفاتيح).

تشمل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية أجهزة التلفزيون وغيرها من منتجات الصوت والفيديو المنزلية والمحمولة ، بالإضافة إلى معدات المعلومات مثل أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، وآلات إرسال الفاكس وأجهزة الرد على المكالمات الهاتفية. كما تندرج أجهزة وبرامج الألعاب الإلكترونية وأنظمة الأمن المنزلي وأشرطة الفيديو والأقراص المرنة الفارغة والأقراص المرنة والأدوات الإلكترونية والبطاريات الأساسية تحت عنوان الإلكترونيات الاستهلاكية.

بالإضافة إلى أجهزة الكمبيوتر ذات الأغراض العامة والمتخصصة ، تشتمل أجهزة الكمبيوتر والمعدات الطرفية على معدات التخزين الإضافية ومعدات الإدخال / الإخراج (على سبيل المثال ، لوحات المفاتيح والفئران وأجهزة المسح الضوئي والطابعات) والمحطات الطرفية وما إلى ذلك. بينما تستخدم الاتصالات السلكية واللاسلكية والاتصالات الدفاعية والإلكترونيات الصناعية والطبية بعضًا من نفس التكنولوجيا ، تشتمل هذه القطاعات أيضًا على معدات متخصصة.

كان لظهور صناعة الإلكترونيات الدقيقة تأثير عميق على تطور وهيكل الاقتصاد العالمي. لقد تأثرت وتيرة التغيير داخل الدول الصناعية في العالم بشكل كبير بالتقدم في هذه الصناعة ، وتحديداً في تطور الدائرة المتكاملة. يتم تمثيل وتيرة التغيير هذه بيانياً في الجدول الزمني لعدد الترانزستورات لكل شريحة دارة متكاملة (انظر الشكل 1).

الشكل 1. الترانزستورات لكل شريحة دارة متكاملة

ميكو10F1

الأهمية الاقتصادية لمبيعات أشباه الموصلات في جميع أنحاء العالم كبيرة. الشكل 2 هو إسقاط من قبل رابطة صناعة أشباه الموصلات لمبيعات أشباه الموصلات في جميع أنحاء العالم والإقليمي من 1993 إلى 1998.

الشكل 2. توقعات مبيعات أشباه الموصلات في جميع أنحاء العالم

ميكو10F2

تعد صناعات تجميع أشباه الموصلات وأجهزة الكمبيوتر / الإلكترونيات فريدة من نوعها مقارنة بمعظم الفئات الصناعية الأخرى في التركيب النسبي لقوى العمل الإنتاجية الخاصة بها. منطقة تصنيع أشباه الموصلات بها نسبة عالية من العاملات اللواتي يشغلن معدات العملية. لا تتطلب المهام المتعلقة بالمشغل عادةً رفع أشياء ثقيلة أو قوة بدنية زائدة. أيضًا ، تتضمن العديد من مهام الوظيفة مهارات حركية دقيقة والاهتمام بالتفاصيل. يهيمن العمال الذكور في المهام المتعلقة بالصيانة والوظائف الهندسية والإدارة. تم العثور على تركيبة مماثلة في جزء تجميع الكمبيوتر / الإلكترونيات في هذا القطاع الصناعي. ميزة أخرى غير عادية لهذه الصناعة هي تركيز التصنيع في منطقة آسيا / المحيط الهادئ من العالم. هذا صحيح بشكل خاص في التجميع النهائي or في نهاية العام العمليات في صناعة أشباه الموصلات. تتضمن هذه المعالجة تحديد موضع ووضع شريحة الدائرة المتكاملة المُلفقة (المعروفة تقنيًا باسم القالب) على حامل الرقاقة وإطار الرصاص. تتطلب هذه المعالجة تحديد موضع الرقاقة بدقة ، عادةً من خلال مجهر ، ومهارات حركية دقيقة جدًا. مرة أخرى ، تهيمن العاملات على هذا الجزء من العملية ، حيث تتركز غالبية الإنتاج العالمي في حافة المحيط الهادئ ، مع تركيزات عالية في تايوان وماليزيا وتايلاند وإندونيسيا والفلبين ، وأعداد متزايدة في الصين وفيتنام.

تتميز مناطق تصنيع أشباه الموصلات بالعديد من الخصائص والخصائص الفريدة لهذه الصناعة. وبالتحديد ، تتضمن معالجة IC أنظمة ومتطلبات صارمة للغاية للتحكم في الجسيمات. يمكن تصنيف منطقة تصنيع IC الحديثة النموذجية على أنها غرفة أبحاث من الدرجة الأولى أو أقل. كطريقة للمقارنة ، ستكون البيئة الخارجية أكبر من فئة 1 ؛ غرفة نموذجية في منزل تقريبًا فئة 500,000 ؛ ومنطقة التجميع الخلفية لأشباه الموصلات تقريبًا فئة 100,000. لتحقيق هذا المستوى من التحكم في الجسيمات ، يجب وضع عامل التصنيع في مكان مغلق تمامًا الدعاوى الأرنب التي تحتوي على أنظمة لتزويد الهواء والفلترة للتحكم في مستويات الجسيمات التي يولدها العمال في منطقة التصنيع. يعتبر العاملون في مناطق التصنيع من البشر مولدين فعالين للغاية للجسيمات الدقيقة من هواء الزفير ، وتساقط الجلد والشعر ، ومن ملابسهم وأحذيتهم. ساهم هذا المطلب لارتداء الملابس المقيدة وعزل روتين العمل في شعور الموظفين بأنهم يعملون في بيئة عمل "غير مضيافة". انظر الشكل 3. أيضًا ، في المنطقة الليثوغرافية الضوئية ، تتضمن المعالجة تعريض الرقاقة إلى محلول ضوئي ، ثم نقش صورة على سطح الرقاقة باستخدام الضوء فوق البنفسجي. للتخفيف من الأشعة فوق البنفسجية غير المرغوب فيها من منطقة المعالجة هذه ، يتم استخدام أضواء صفراء خاصة (تفتقر إلى مكون الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية الموجود عادة في الإضاءة الداخلية). تساعد هذه الأضواء الصفراء في جعل العمال يشعرون أنهم في بيئة عمل مختلفة ويمكن أن يكون لها تأثير مربك على بعض الأفراد.

الشكل 3. غرفة نظيفة على أحدث طراز

ميكروفون010F3

 

الرجوع

نظرة عامة إلى العملية

وصف معالجة جهاز أشباه الموصلات السليكونية ، إما أجهزة منفصلة (أشباه موصلات تحتوي على جهاز نشط واحد فقط ، مثل الترانزستور) أو الدوائر المتكاملة (صفائف مترابطة من العناصر النشطة والسلبية داخل ركيزة واحدة من أشباه الموصلات قادرة على أداء وظيفة دائرة إلكترونية واحدة على الأقل) ، يتضمن العديد من العمليات الفنية والمحددة للغاية. القصد من هذا الوصف هو توفير إطار عمل أساسي وشرح لخطوات المكون الأساسي المستخدمة في تصنيع جهاز أشباه الموصلات السيليكونية والقضايا المرتبطة بالبيئة والصحة والسلامة (EHS).

يتضمن تصنيع IC سلسلة من العمليات التي يمكن تكرارها عدة مرات قبل اكتمال الدائرة. تستخدم الدوائر المتكاملة الأكثر شيوعًا 6 أقنعة أو أكثر لإكمال عمليات الزخرفة ، مع وجود 10 إلى 24 قناعًا نموذجيًا. يبدأ تصنيع الدائرة المصغرة برقاقة سيليكون عالية النقاء بقطر 4 إلى 12 بوصة. السيليكون النقي تماما هو تقريبا عازل ، ولكن تسمى بعض الشوائب منشطات، المضافة بكميات من 10 إلى 100 جزء في المليون ، تجعل السيليكون موصل للكهرباء.

يمكن أن تتكون الدائرة المتكاملة من ملايين الترانزستورات (أيضًا الثنائيات والمقاومات والمكثفات) المصنوعة من السيليكون المخدر ، وكلها متصلة بنمط مناسب من الموصلات لإنشاء منطق الكمبيوتر أو الذاكرة أو أي نوع آخر من الدوائر. يمكن عمل مئات الدوائر الدقيقة على رقاقة واحدة.

ست خطوات معالجة تصنيع رئيسية عالمية لجميع أجهزة أشباه الموصلات السيليكونية: الأكسدة ، والطباعة الحجرية ، والحفر ، والمنشطات ، وترسب البخار الكيميائي ، والمعدنة. ويلي ذلك التجميع والاختبار ووضع العلامات والتعبئة والشحن.

أكسدة

بشكل عام ، تتضمن الخطوة الأولى في معالجة جهاز أشباه الموصلات أكسدة السطح الخارجي للرقاقة لتكوين طبقة رقيقة (حوالي ميكرون واحد) من ثاني أكسيد السيليكون (SiO)2). هذا يحمي السطح في المقام الأول من الشوائب ويعمل كقناع لعملية الانتشار اللاحقة. هذه القدرة على تنمية رقاقة واقية مستقرة كيميائيًا من ثاني أكسيد السيليكون على السيليكون تجعل رقاقات السيليكون أكثر ركائز أشباه الموصلات استخدامًا.

الأكسدة ، التي تسمى عادة الأكسدة الحرارية ، هي عملية دفعية تحدث في فرن نشر عالي الحرارة. تتم زراعة طبقة ثاني أكسيد السيليكون الواقية في أجواء تحتوي إما على الأكسجين (O2) (أكسدة جافة) أو أكسجين مع بخار الماء (H2س) (أكسدة رطبة). تتراوح درجات الحرارة في الفرن من 800 إلى 1,300oيمكن أيضًا إضافة مركبات الكلور على شكل كلوريد الهيدروجين (HCl) للمساعدة في السيطرة على الشوائب غير المرغوب فيها.

الاتجاه في مرافق التصنيع الحديثة نحو أفران الأكسدة الرأسية. تلبي الأفران العمودية بشكل أفضل الحاجة إلى مزيد من التحكم في التلوث ، وحجم أكبر للرقائق ، ومعالجة أكثر اتساقًا. إنها تتيح مساحة أصغر للمعدات تحافظ على مساحة أرضية غرف الأبحاث الثمينة.

أكسدة جافة

يتم أولاً تنظيف رقائق السيليكون المراد أكسدة ، باستخدام منظف ومحلول مائي ، وشطف المذيب بالزيلين أو كحول الأيزوبروبيل أو المذيبات الأخرى. يتم تجفيف الرقائق التي تم تنظيفها وتحميلها في حامل بسكويت كوارتز يسمى أ قارب وتحميلها في نهاية المشغل (نهاية التحميل) من أنبوب أو خلية فرن نشر الكوارتز. نهاية مدخل الأنبوب (نهاية المصدر) تزود خليط الأكسجين أو الأكسجين / النيتروجين عالي النقاء. يتم التحكم في تدفق الأكسجين "الجاف" في أنبوب الكوارتز ويضمن توفر فائض من الأكسجين لنمو ثاني أكسيد السيليكون على سطح رقاقة السيليكون. التفاعل الكيميائي الأساسي هو:

سي + O2 → SiO2

أكسدة رطبة

تُستخدم أربع طرق لإدخال بخار الماء بشكل شائع عندما يكون الماء هو العامل المؤكسد - قابل للاشتعال ، عالي الضغط ، فوار وفلاش. التفاعلات الكيميائية الأساسية هي:

الاشتعال والضغط العالي: Si + 2O2 + 2 COXNUMX2 → SiO2 + 2H+2O

الفلاش والفوار: Si + 2H2O → شافي2 + 2H+2

أكسدة الاشتعال يتضمن إدخال واحتراق خليط غاز الهيدروجين / الأكسجين. تسمى هذه الأنظمة بشكل عام الهيدروجين المحروق or شعلة الأنظمة. ينتج بخار الماء عند إدخال كميات مناسبة من الهيدروجين والأكسجين في نهاية مدخل الأنبوب والسماح له بالتفاعل. يجب التحكم في الخليط بدقة لضمان الاحتراق المناسب ومنع تراكم غاز الهيدروجين المتفجر.

أكسدة الضغط العالي (HiPox) يسمى تقنيًا نظام التخليق الحراري المائي ويولد بخار الماء من خلال تفاعل الهيدروجين والأكسجين عالي النقاء. يُضخ البخار بعد ذلك في غرفة الضغط العالي ويتم ضغطه حتى 10 أجواء ، مما يسرع عملية الأكسدة الرطبة. يمكن أيضًا استخدام الماء غير المتأين كمصدر للبخار.

In أكسدة الفقاعات يتم وضع الماء غير المتأين في وعاء يسمى أ الفوار ويتم الحفاظ عليها عند درجة حرارة ثابتة أقل من نقطة غليانها البالغة 100 درجة مئوية من خلال استخدام غطاء تدفئة. يدخل غاز النيتروجين أو الأكسجين إلى جانب مدخل الفقاعة ، ويصبح مشبعًا ببخار الماء أثناء صعوده عبر الماء ، ويخرج من خلال المخرج إلى فرن الانتشار. يبدو أن أنظمة الفقاعات هي الطريقة الأكثر استخدامًا للأكسدة.

In أكسدة الفلاش يتم تقطير الماء غير المتأين باستمرار في السطح السفلي المسخن لحاوية كوارتز ويتبخر الماء بسرعة بمجرد أن يصطدم بالسطح الساخن. يتدفق الغاز الحامل للنيتروجين أو الأكسجين فوق الماء المتبخر ويحمل بخار الماء إلى فرن الانتشار.

طباعة الحجرية

الطباعة الحجرية ، المعروفة أيضًا باسم الطباعة الحجرية الضوئية أو الإخفاء ببساطة ، هي طريقة لتشكيل أنماط بدقة على الرقاقة المؤكسدة. تُبنى الدائرة الإلكترونية الدقيقة طبقة تلو طبقة ، تتلقى كل طبقة نمطًا من قناع موصوف في تصميم الدائرة.

طورت مهن الطباعة السوابق الحقيقية لعمليات التصنيع الدقيق لأجهزة أشباه الموصلات اليوم. تتعلق هذه التطورات بتصنيع ألواح الطباعة ، عادة من المعدن ، حيث ينتج عن إزالة المواد من خلال النقش الكيميائي نمط تنفيس السطح. يتم استخدام نفس التقنية الأساسية في الإنتاج أقنعة رئيسية تستخدم في تصنيع كل طبقة من طبقات معالجة الجهاز.

يقوم مصممو الدوائر برقمنة الدوائر الأساسية لكل طبقة. يسمح هذا التخطيط المحوسب بتوليد سريع لدائرة القناع ويسهل أي تغييرات قد تكون مطلوبة. تُعرف هذه التقنية بالتصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD). باستخدام خوارزميات الكمبيوتر القوية ، تتيح أنظمة التصميم عبر الإنترنت هذه للمصمم تخطيط الدوائر وتعديلها مباشرةً على شاشات عرض الفيديو مع إمكانات الرسوم التفاعلية.

يتم إنشاء الرسم النهائي ، أو القناع ، لكل طبقة من الدوائر بواسطة آلة تصوير ضوئي يحركها الكمبيوتر ، أو مولد نمط. يتم بعد ذلك تقليل هذه الرسومات المرقطة ضوئيًا إلى الحجم الفعلي للدائرة ، وهو قناع رئيسي يتم إنتاجه على الزجاج مع نقش الكروم ، ويتم إعادة إنتاجه على لوحة عمل تُستخدم إما لطباعة الاتصال أو الإسقاط على الرقاقة.

تحدد هذه الأقنعة نمط المناطق الموصلة والعازلة التي يتم نقلها إلى الرقاقة من خلال الليثوغرافيا الضوئية. لا تنتج معظم الشركات الأقنعة الخاصة بها ، ولكنها تستخدم تلك التي يوفرها منتج الأقنعة.

سوائل التنظيف

تتطلب الحاجة إلى سطح رقاقة خارجي خالٍ من الجسيمات والتلوث تنظيفًا متكررًا. الفئات الرئيسية هي:

  • تنقية المياه المتأينة والمنظفات
  • المذيب: كحول الأيزوبروبيل (IPA) ، الأسيتون ، الإيثانول ، التربينات
  • حمض: الهيدروفلوريك (HF) ، الكبريتيك (H2SO4) وبيروكسيد الهيدروجين (H2O2) ، الهيدروكلوريك (حمض الهيدروكلوريك) ، النيتريك (HNO3) ومخاليط
  • مادة كاوية: هيدروكسيد الأمونيوم (NH4يا).

 

مقاومة التطبيق

الرقائق مغطاة بمادة مقاومة من البوليمر المذيب وتدور بسرعة على أ الغزال، والتي تنتشر طبقة رقيقة موحدة. ثم تتبخر المذيبات ، تاركة غشاء بوليمري. تعتمد جميع مواد المقاومة على التغيرات الناتجة عن الإشعاع (الأشعة فوق البنفسجية بشكل أساسي) في قابلية ذوبان البوليمر العضوي الاصطناعي في شطف مطور محدد. تصنف المواد المقاومة على أنها مقاومة سلبية أو إيجابية ، اعتمادًا على ما إذا كانت قابلية الذوبان في المطور تنخفض (سلبية) أو تزيد (إيجابية) عند التعرض للإشعاع. يحدد الجدول 1 التركيب المكون لأنظمة مقاومة الضوء المختلفة.

الجدول 1. أنظمة مقاومة الضوء

فوق بنفسجي

بالقرب (350-450 نانومتر)

سلبي

PB
S
D

أزيد المطاط الأليفاتي (أيزوبرين)
ن-بوتيل أسيتات ، زيلين ، ن-ميثيل-2-بيروليدون ، إيثيل بنزين
زيلين ، هيدروكربونات أليفاتية ، أسيتات ن-بيوتيل ،
مذيب Stoddard (نواتج تقطير البترول)

 

إيجابي

PB
S


D

أورثو ديازوكيتون
بروبيلين جليكول مونوميثيل أسيتات ، إيثيل لاكتات ، ميثيل
ميثوكسي بروبيونات ، إيثيل إيثوكسي بروبيونات ، ن-بيوتيل أسيتات ، زيلين ،
الكلوروتولوين
هيدروكسيد الصوديوم ، السيليكات ، هيدروكسيد البوتاسيوم

عميق (200-250 نانومتر)

بالدرجة الأولى
يقاوم إيجابية

   

شعاع إلكتروني (حوالي 100 نانومتر)

 

سلبي

PB
S
D

كوبوليمر إيثيل أكريليت و جليسيديل ميثاكريلات (COP)
ن / أ
ن / أ

 

إيجابي

PB

S
D

Polymethylmethacrylate ، polyfluoralkylmethacrylate ، polyalkylaldehyde ، poly-cyano ethylacrylate
بروبيلين جليكول مونوميثيل أسيتات
القلوية أو IPA ، أسيتات الإيثيل ، أو ميثيل أيزوبوتيل كيتون (MIBK)

الأشعة السينية (0.5-5 نانومتر)

 

سلبي

PB
S
D

كوبوليمر إيثيل أكريليت و جليسيديل ميثاكريلات (COP)
ن / أ
ن / أ

 

إيجابي

PB

S
D

بولي ميثيل ميثاكريلات ، أورثو ديازوكيتون ، بولي
(hexa-fluorobutylmethacrylate) ، بولي (بوتين -1-سلفون)
بروبيلين جليكول مونوميثيل أسيتات
ن / أ

PB = قاعدة بوليمر ؛ S = مذيب ؛ د = المطور.

نظرًا لأن معظم مقاومات الضوء حساسة للأشعة فوق البنفسجية (UV) ، فإن منطقة المعالجة مضاءة بأضواء صفراء خاصة تفتقر إلى أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية الحساسة (انظر الشكل 1).

الشكل 1. معدات التصوير الليثوغرافي "الغرفة الصفراء"

ميكروفون020F3

يتم استخدام مقاومات الأشعة فوق البنفسجية السلبية والإيجابية بشكل أساسي في الصناعة. ومع ذلك ، تكتسب الأشعة الإلكترونية والأشعة السينية المقاومة للحصة السوقية نظرًا لدقتها العالية. تحدث المخاوف الصحية في الطباعة الحجرية بشكل أساسي عن المخاطر الإنجابية المحتملة المرتبطة بمقاومات إيجابية مختارة (على سبيل المثال ، إيثيلين جلايكول أحادي إيثيل أسيتات كحامل) والتي يتم التخلص التدريجي منها حاليًا من قبل الصناعة. تؤدي الروائح العارضة الناتجة عن المقاومة السلبية (مثل الزيلين) أيضًا إلى مخاوف الموظفين. بسبب هذه المخاوف ، يقضي خبراء الصحة الصناعية في صناعة أشباه الموصلات قدرًا كبيرًا من الوقت في أخذ عينات من عمليات مقاومة الضوء. في حين أن هذا مفيد في توصيف هذه العمليات ، فإن التعرض الروتيني أثناء عمليات الدوار والمطور عادة ما يكون أقل من 5٪ من المعايير المحمولة جواً للتعرض المهني للمذيبات المستخدمة في العملية (Scarpace et al. 1989).

تم العثور على تعرض لمدة ساعة واحدة لخلات الإيثيلين جلايكول أحادي الإيثيل من 1 جزء في المليون أثناء تشغيل نظام الدوار. كان هذا التعرض ناتجًا بشكل أساسي عن ممارسات العمل السيئة أثناء عملية الصيانة (بالدوين ، روبين وهورويتز 6.3).

التجفيف والخبز المسبق

بعد تطبيق المقاومة ، يتم تحريك الرقاقات على مسار أو نقلها يدويًا من الدوار إلى فرن يتم التحكم في درجة حرارته مع جو من النيتروجين. تؤدي درجة الحرارة المعتدلة (70 إلى 90 درجة مئوية) إلى معالجة مقاوم الضوء (خبز ناعم) وتبخر المذيبات المتبقية.

لضمان التصاق الطبقة المقاومة بالرقاقة ، يتم تطبيق مادة أولية ، hexamethyldisilizane (HMDS) ، على الرقاقة. يربط التمهيدي الماء الجزيئي على سطح الرقاقة. يتم تطبيق HMDS إما مباشرة في عملية الغمر أو الدوران أو من خلال بخار رئيسي يوفر مزايا العملية والتكلفة على الطرق الأخرى.

محاذاة القناع والتعرض

يتم تقريب القناع والرقاقة معًا باستخدام قطعة دقيقة من المعدات البصرية / الميكانيكية ، ويتم محاذاة الصورة الموجودة على القناع مع أي نمط موجود بالفعل في الرقاقة أسفل طبقة المقاوم للضوء. بالنسبة للقناع الأول ، لا يلزم المحاذاة. في التقنيات القديمة ، أصبحت المحاذاة للطبقات المتتالية ممكنة عن طريق استخدام biscope (مجهر مزدوج العدسة) وأدوات تحكم دقيقة لتحديد موضع الرقاقة فيما يتعلق بالقناع. في التقنيات الحديثة ، تتم المحاذاة تلقائيًا باستخدام النقاط المرجعية على الرقائق.

بمجرد الانتهاء من المحاذاة ، يضيء بخار الزئبق فوق البنفسجي عالي الكثافة أو مصدر المصباح القوسي عبر القناع ، مما يعرض المقاومة في الأماكن غير المحمية بواسطة مناطق غير شفافة من القناع.

تشمل الطرق المختلفة لمحاذاة الرقاقة والتعرض للفيضانات فوق البنفسجية (التلامس أو القرب) ، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية من خلال عدسة الإسقاط لتقليل (الإسقاط) ، وخطوة الأشعة فوق البنفسجية والتعرض المتكرر (الإسقاط) ، وفيضان الأشعة السينية (القرب) ومسح شعاع الإلكترون التعرض (الكتابة المباشرة). تتضمن الطريقة الأساسية المستخدمة التعرض للأشعة فوق البنفسجية من بخار الزئبق والمصابيح القوسية من خلال محاذاة التقارب أو الإسقاط. تم تصميم مقاومة الأشعة فوق البنفسجية إما للتفاعل مع طيف واسع من الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية ، أو تمت صياغتها لتتفاعل بشكل تفضيلي مع واحد أو أكثر من خطوط الطيف الرئيسية المنبعثة من المصباح (على سبيل المثال ، خط g عند 435 نانومتر ، خط h عند 405 نانومتر وخط i عند 365 نانومتر).

الأطوال الموجية السائدة للأشعة فوق البنفسجية المستخدمة حاليًا في القناع الضوئي هي 365 نانومتر أو أعلى ، لكن أطياف مصباح الأشعة فوق البنفسجية تحتوي أيضًا على طاقة كبيرة في منطقة الطول الموجي ذات الأهمية الصحية ، المنطقة الشعاعية التي تقل عن 315 نانومتر. عادة ، تكون شدة الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الجهاز أقل من كل من ما هو موجود من ضوء الشمس في المنطقة الشعاعية والمعايير الموضوعة للتعرض المهني للأشعة فوق البنفسجية.

من حين لآخر أثناء الصيانة ، تتطلب محاذاة مصباح الأشعة فوق البنفسجية تنشيطه خارج خزانة المعدات أو بدون مرشحات واقية عادية. يمكن أن تتجاوز مستويات التعرض أثناء هذه العملية حدود التعرض المهني ، ولكن ملابس غرف الأبحاث القياسية (على سبيل المثال ، البناطيل والقفازات المصنوعة من الفينيل وأقنعة الوجه ونظارات السلامة المصنوعة من البولي كربونات مع مثبط للأشعة فوق البنفسجية) عادة ما تكون كافية لتخفيف ضوء الأشعة فوق البنفسجية إلى أقل من حدود التعرض (Baldwin and Stewart 1989 ).

في حين أن الأطوال الموجية السائدة للمصابيح فوق البنفسجية المستخدمة في الطباعة الحجرية الضوئية هي 365 نانومتر أو أكثر ، فإن البحث عن ميزات أصغر في الدوائر المتكاملة المتقدمة يؤدي إلى استخدام مصادر التعرض ذات الأطوال الموجية الأصغر ، مثل الأشعة فوق البنفسجية العميقة والأشعة السينية. إحدى التقنيات الجديدة لهذا الغرض هي استخدام ليزر الإكسيمر الكريبتون-فلوريد المستخدم في السائر. تستخدم هذه السائر طول موجة 248 نانومتر مع مخرجات طاقة ليزر عالية. ومع ذلك ، تحتوي حاويات هذه الأنظمة على الحزمة أثناء التشغيل العادي.

كما هو الحال مع المعدات الأخرى التي تحتوي على أنظمة ليزر عالية الطاقة المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات ، فإن الشاغل الرئيسي هو عندما يجب التغلب على التعشيق في النظام أثناء محاذاة الحزمة. تعد أشعة الليزر عالية الطاقة أيضًا واحدة من أهم المخاطر الكهربائية في صناعة أشباه الموصلات. حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي ، توجد إمكانية صدمة كبيرة داخل الأداة. يغطي Escher، Weathers and Labonville (1993) ضوابط واعتبارات تصميم السلامة لهذه الأنظمة.

أحد مصادر التعرض ذات التقنية المتقدمة المستخدمة في الطباعة الحجرية هو الأشعة السينية. قد تؤدي مستويات الانبعاث من مصادر الطباعة الحجرية بالأشعة السينية إلى معدلات جرعة تقترب من 50 مللي سيفرت (5 ريم) سنويًا في وسط الجهاز. يوصى بتقييد الوصول إلى المناطق داخل الجدار المحمي لتقليل التعرض (Rooney and Leavey 1989).

النامية

أثناء خطوة التطوير ، يتم إذابة وإزالة المناطق غير المبلمرة من المقاومة. يتم تطبيق المطور المعتمد على المذيبات على سطح الرقاقة المغطى بالمقاومة عن طريق الغمر أو الرش أو الانحلال. يتم تحديد حلول المطورين في الجدول 1. شطف بالمذيب (n- أسيتات البوتيل ، كحول الأيزوبروبيل ، الأسيتون ، إلخ) عادة ما يتم تطبيقه بعد المطور لإزالة أي مادة متبقية. المقاومة المتبقية بعد التطوير تحمي الطبقات الفردية أثناء المعالجة اللاحقة.

الخَبز

بعد محاذاة وكشف وتطوير المقاومة ، تنتقل الرقاقات بعد ذلك إلى فرن آخر يتم التحكم في درجة حرارته بجو من النيتروجين. يتسبب الفرن ذو درجة الحرارة المرتفعة (120 إلى 135 درجة مئوية) في معالجة مقاوم الضوء وبلمرة كاملة على سطح الرقاقة (الخبز الصلب).

تجريد مقاوم للضوء

ثم يتم حفر الرقاقة المطورة بشكل انتقائي باستخدام مواد كيميائية رطبة أو جافة (انظر "الحفر" أدناه). يجب تجريد مقاوم الضوء المتبقي من الرقاقة قبل إجراء مزيد من المعالجة. يتم ذلك إما باستخدام المحاليل الكيميائية الرطبة في الحمامات التي يتم التحكم في درجة حرارتها أو من خلال استخدام بلازما آشر أو مادة كيميائية جافة. يحدد الجدول 2 كلاً من المكونات الكيميائية الرطبة والجافة. يتبع مناقشة النقش الكيميائي الجاف للبلازما - باستخدام نفس المعدات ومبادئ التشغيل مثل رماد البلازما -.


الجدول 2. أدوات التعري المقاومة للضوء

مادة كيميائية رطبة

 حامض

كبريتات (H2SO4) والكروم (CrO3)

كبريتات (H2SO4) وبرسلفات الأمونيوم ((NH4)2S2O8)

كبريتات (H2SO4) وبيروكسيد الهيدروجين (H2O2)

تفاح عضوي

الفينولات ، أحماض الكبريتيك ، ثلاثي كلورو البنزين ، بيركلورو إيثيلين

إيثرات الجليكول ، الإيثانولامين ، ثلاثي إيثانول أمين

هيدروكسيد الصوديوم وسيليكات (مقاومة إيجابية)

مادة كيماوية جافة

رماد البلازما (تجريد)

مصدر طاقة RF (تردد الراديو) - تردد 13.56 ميجا هرتز أو 2,450 ميجا هرتز

الأكسجين (O2) مصدر الغاز

أنظمة ضخ الفراغ

- زيت مشحم بمصيدة نيتروجين سائل (تقنية قديمة)
- مشحم بسوائل بيرفلورو بولي إيثر خاملة (تقنية أحدث)
—مضخة جافة (أحدث التقنيات)


النقش

يزيل النقش طبقات من ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) ، والمعادن والبولي سيليكون ، وكذلك يقاوم ، وفقًا للأنماط المرغوبة التي تحددها المقاومة. الفئتان الرئيسيتان من النقش هما مادة كيميائية رطبة وجافة. يستخدم النقش الرطب في الغالب ويتضمن محاليل تحتوي على مؤثرات (عادة خليط حامض) عند نقاط القوة المرغوبة ، والتي تتفاعل مع المواد المراد إزالتها. يتضمن التنميش الجاف استخدام الغازات التفاعلية تحت التفريغ في حجرة عالية الطاقة ، والتي تزيل أيضًا الطبقات المرغوبة غير المحمية بالمقاومة.

مادة كيميائية رطبة

توجد محاليل النقش الكيميائي الرطب في أحواض حفر يمكن التحكم بدرجة حرارتها ومصنوعة من مادة البولي بروبيلين (بولي برو) أو البولي بروبيلين المقاوم للهب (FRPP) أو البولي فينيل كلوريد (PVC). تم تجهيز الحمامات عمومًا إما بتهوية عادم من النوع الدائري أو عادم مشقوق في الجزء الخلفي من محطة الحفر الكيميائي الرطب. توفر أغطية التدفق الصفحي الرأسي هواء خالٍ من الجسيمات مصفى بشكل موحد إلى السطح العلوي لحمامات الحفر. يتم عرض المحاليل الكيميائية الرطبة الشائعة في الجدول 3 ، فيما يتعلق بالطبقة السطحية التي يتم حفرها.

الجدول 3. الخامات الكيميائية الرطبة

مادة للحفر

المنمشون

السيليكون

السيليكون متعدد الكريستالات (Si)

أحماض الهيدروفلوريك والنتريك والأسيتيك واليود
هيدروكسيد البوتاسيوم
إيثيلين ديامين / كاتيكول
فلوريد الأمونيوم ، وحمض الخليك الجليدي ، وأحماض النيتريك

ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)

حفر أكسيد مؤمن (BOE) - هيدروفلوريك و
فلوريد الأمونيوم
BOE ، جلايكول الإيثيلين ، إيثر أحادي الميثيل
الهيدروفلوريك والنتريك (P-etch)

نيتريد السيليكون (Si3N4)

أحماض الفوسفوريك والهيدروفلوريك

أكسيد CVD أو وسادة حفر

فلوريد الأمونيوم ، أحماض الخليك والهيدروفلوريك

المعادن

الألومنيوم (آل)

أحماض الفوسفوريك والنتريك والأسيتيك والهيدروكلوريك
هيدروكسيد الصوديوم وهيدروكسيد البوتاسيوم

الكروم والنيكل (الكروم / النيكل)

نترات الأمونيوم سيريك وحمض النيتريك
أحماض الهيدروكلوريك والنتريك (أكوا ريجيا)

الذهب (Au)

أحماض الهيدروكلوريك والنتريك (أكوا ريجيا)
يوديد البوتاسيوم (KI)
سيانيد البوتاسيوم (KCN) وبيروكسيد الهيدروجين (H.2O2)
كلوريد الحديديك (FeCl3) وحمض الهيدروكلوريك

الفضة (حج)

نترات الحديديك (FeNO3) والإيثيلين جلايكول
حمض النيتريك

مركب

المعادلة

التركيز القياسي (٪)

حمض الخليك

CH3COOH

36

فلوريد الأمونيوم

NH4F

40

حمض الخليك الجليدي

CH3COOH

99.5

حامض الهيدروكلوريك

حمض كلور الماء HCL

36

حمض الهيدروفلوريك

HF

49

حمض النيتريك

HNO3  

67

حمض الفسفوريك

H3PO4  

85

هيدروكسيد البوتاسيوم

KOH

50 أو 10

هيدروكسيد الصوديوم

هيدروكسيد الصوديوم

50 أو 10

حامض الكبريتيك

H2SO4  

96

 

يمكن لأغطية إمداد التدفق الرأسية ، عند استخدامها بالاقتران مع واقيات الرش وتهوية العادم ، أن تخلق مناطق من اضطراب الهواء داخل محطة الحفر الكيميائي الرطب. نتيجة لذلك ، من الممكن حدوث انخفاض في فعالية تهوية العادم المحلي في التقاط وتوجيه ملوثات الهواء المتسربة من حمامات الحفر المستخدمة.

الشاغل الرئيسي للحفر الرطب هو إمكانية ملامسة الجلد للأحماض المركزة. في حين أن جميع الأحماض المستخدمة في الحفر يمكن أن تسبب حروقًا حمضية ، فإن التعرض لحمض الهيدروفلوريك (HF) يثير قلقًا خاصًا. يمكن أن يؤدي الفاصل الزمني بين ملامسة الجلد والألم (حتى 24 ساعة للمحاليل الأقل من 20٪ HF ومن 1 إلى 8 ساعات من 20 إلى 50٪ من المحاليل) إلى تأخير العلاج وحروق أكثر خطورة مما هو متوقع (Hathaway et al.1991) .

تاريخيا كانت الحروق الحمضية مشكلة خاصة في الصناعة. ومع ذلك ، فقد انخفض حدوث ملامسة الجلد للأحماض في السنوات الأخيرة. يرجع بعض هذا الانخفاض إلى التحسينات المتعلقة بالمنتج في عملية الحفر ، مثل التحول إلى الحفر الجاف ، واستخدام المزيد من الروبوتات وتركيب أنظمة توزيع المواد الكيميائية. يمكن أيضًا أن يُعزى الانخفاض في معدل الحروق الحمضية إلى تقنيات المناولة الأفضل ، والاستخدام الأكبر لمعدات الحماية الشخصية ، والأسطح الرطبة المصممة بشكل أفضل والتدريب الأفضل - وكلها تتطلب اهتمامًا مستمرًا إذا كان المعدل ينخفض ​​أكثر (Baldwin and Williams 1996 ).

مادة كيماوية جافة

يعد الحفر الكيميائي الجاف مجالًا ذا اهتمام متزايد واستخدامًا نظرًا لقدرته على التحكم بشكل أفضل في عملية الحفر وتقليل مستويات التلوث. تقوم المعالجة الكيميائية الجافة بحفر الطبقات المرغوبة بشكل فعال من خلال استخدام الغازات المتفاعلة كيميائيًا أو من خلال القصف المادي.

تم تطوير أنظمة النقش بالبلازما التفاعلية كيميائيًا والتي يمكنها حفر السيليكون وثاني أكسيد السيليكون ونتريد السيليكون والألمنيوم والتنتالوم ومركبات التنتالوم والكروم والتنغستن والذهب والزجاج بشكل فعال. يتم استخدام نوعين من أنظمة مفاعل النقش بالبلازما - البرميل أو الأسطواني واللوح المتوازي أو المستوي. كلاهما يعمل على نفس المبادئ ويختلفان بشكل أساسي في التكوين فقط.

تشبه البلازما الغازات باستثناء أن بعض ذرات أو جزيئات البلازما متأينة وقد تحتوي على عدد كبير من الجذور الحرة. يتكون المفاعل النموذجي من حجرة مفاعل تفريغ تحتوي على رقاقة ، وعادة ما تكون مصنوعة من الألومنيوم أو الزجاج أو الكوارتز ؛ مصدر طاقة بتردد راديوي (RF) —عادةً عند 450 كيلو هرتز أو 13.56 ميجا هرتز أو 40.5 ميجا هرتز ووحدة تحكم للتحكم في وقت المعالجة وتكوين الغاز المتفاعل ومعدل تدفق الغاز ومستوى طاقة التردد اللاسلكي. بالإضافة إلى ذلك ، يتماشى مصدر فراغ مضخة التخشين بالزيت (تقنية قديمة) أو جاف (تقنية أحدث) مع غرفة المفاعل. يتم تحميل الرقاقات في المفاعل ، إما بشكل فردي أو في أشرطة ، وتقوم مضخة بإخلاء الغرفة ويتم إدخال غاز الكاشف (عادةً رباعي فلوريد الكربون). يشكل تأين الغاز بلازما النقش ، والتي تتفاعل مع الرقائق لتشكيل منتجات متطايرة يتم ضخها بعيدًا. يحافظ إدخال غاز متفاعل جديد في الغرفة على نشاط الحفر. يحدد الجدول 4 المواد وغازات البلازما المستخدمة في حفر طبقات مختلفة.

الجدول 4. غازات التنميش بالبلازما والمواد المحفورة

الخامة

غاز

السيليكون

البولي سيليكون (polySi) والسيليكون

قوات التحالف + O2، CCl4 أو CF3Cl ، CF4 و HCl

ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)

C2F6C3F8، CF4، SiF4C5F12، فرنك سويسري3، CCl2F2، سادس6، HF

نيتريد السيليكون (Si3N4)

CF4 + Ar، CF4 + س2، CF4 + H2

المعادن

الألومنيوم (آل)

لجنة علم المناخ4 أو BCl3 + هو أو Ar

الكروم (الكروم)

لجنة علم المناخ4

أكسيد الكروم (CrO3)

Cl2 + Ar أو CCl4 + أر

زرنيخيد الغاليوم (GaAs)

لجنة علم المناخ2F2

الفاناديوم (الخامس)

CF4

تيتانيوم (Ti)

CF4

التانتول (تا)

CF4

الموليبدينوم

CF4

تنجستن (W)

CF4

 

هناك طريقة أخرى يتم تطويرها حاليًا للحفر وهي الميكروويف في اتجاه مجرى النهر. إنه يستخدم تفريغ ميكروويف عالي الكثافة للطاقة لإنتاج ذرات مستقرة ذات أعمار طويلة تحفر المواد كما لو كانت مغمورة في الحمض.

تشبه عمليات الحفر الفيزيائية عملية السفع الرملي في أن ذرات غاز الأرجون تستخدم لقصف الطبقة المراد حفرها فعليًا. يستخدم نظام مضخة التفريغ لإزالة المواد المخلوعة. يتضمن النقش الأيوني التفاعلي مزيجًا من النقش الجاف الكيميائي والفيزيائي.

عملية الرش هي عملية نقل الطاقة وتأثير الأيونات. يشتمل النقش بالرش على نظام رش ، حيث يتم توصيل الرقاقة المراد حفرها بقطب كهربي سالب أو هدف في دائرة تفريغ التوهج. تتطاير المواد من الرقاقة عن طريق القصف بالأيونات الموجبة ، عادة الأرجون ، وينتج عن ذلك تمزق ذرات السطح. يتم توفير الطاقة من خلال مصدر RF بتردد 450 كيلو هرتز. يتم استخدام نظام تفريغ داخلي للتحكم في الضغط وإزالة المواد المتفاعلة.

النقش والطحن بالشعاع الأيوني هو عملية حفر لطيفة تستخدم شعاعًا من الأيونات منخفضة الطاقة. يتكون نظام الشعاع الأيوني من مصدر لتوليد الحزمة الأيونية ، وهي غرفة عمل يحدث فيها الحفر أو الطحن ، ويتم تثبيتها بلوحة مستهدفة لعقد الرقاقات في الحزمة الأيونية ، ونظام مضخة تفريغ ، وإلكترونيات داعمة وأدوات. يتم استخراج شعاع الأيونات من غاز مؤين (الأرجون أو الأرجون / الأكسجين) أو البلازما ، والتي يتم إنشاؤها بواسطة التفريغ الكهربائي. يتم الحصول على التفريغ عن طريق تطبيق جهد بين كاثود الشعيرة الساخنة الباعث للإلكترون وأسطوانة الأنود الموجودة في القطر الخارجي لمنطقة التفريغ.

يتم إجراء طحن الشعاع الأيوني في نطاق منخفض الطاقة للقصف الأيوني ، حيث تحدث التفاعلات السطحية فقط. هذه الأيونات ، عادة في نطاق 500 إلى 1,000 فولت ، تضرب الهدف و تبخر ذرات السطح عن طريق كسر القوى التي تربط الذرة بجارتها. يتم إجراء حفر الشعاع الأيوني في نطاق طاقة أعلى قليلاً ، والذي ينطوي على إزاحة أكثر دراماتيكية لذرات السطح.

النقش الأيوني التفاعلي (RIE) هو مزيج من الرش الفيزيائي والأنواع الكيميائية التفاعلية التي تنقش عند ضغوط منخفضة. يستخدم RIE القصف الأيوني لتحقيق النقش الاتجاهي وأيضًا غاز تفاعلي كيميائيًا ، رباعي فلوريد الكربون (CF4) أو رابع كلوريد الكربون (CCl4) ، للحفاظ على انتقائية طبقة محفورة جيدة. يتم وضع رقاقة في غرفة ذات جو من مركب غاز متفاعل كيميائيًا عند ضغط منخفض يبلغ حوالي 0.1 تور (1.3 × 10)-4 الغلاف الجوي). ينتج عن التفريغ الكهربائي بلازما من "الجذور الحرة" التفاعلية (أيونات) بطاقة تبلغ بضع مئات من الإلكترونات فولت. تضرب الأيونات سطح الرقاقة عموديًا ، حيث تتفاعل لتشكل أنواعًا متطايرة يتم إزالتها بواسطة نظام تفريغ داخلي منخفض الضغط.

تحتوي أجهزة الحفر الجافة أحيانًا على دورة تنظيف تُستخدم لإزالة الرواسب التي تتراكم في داخل غرف التفاعل. تشمل المركبات الرئيسية المستخدمة في دورة التنظيف البلازما النيتروجين ثلاثي فلوريد (NF3) ، سداسي فلورو الإيثان (C.2F6) و octafluoropropane (C3F8).

هذه الغازات الثلاثة المستخدمة في عملية التنظيف ، والعديد من الغازات المستخدمة في الحفر ، هي حجر الزاوية في قضية بيئية تواجه صناعة أشباه الموصلات التي ظهرت في منتصف التسعينيات. تم تحديد العديد من الغازات عالية الفلورة على أنها ذات قدرة كبيرة على الاحترار العالمي (أو تأثير الاحتباس الحراري). (يشار إلى هذه الغازات أيضًا بمركبات الكربون المشبعة بالفلور ، والمركبات المشبعة بالفلور.) العمر الطويل في الغلاف الجوي ، وإمكانية الاحترار العالمي العالية والاستخدام المتزايد بشكل كبير لمركبات الكربون المشبعة بالفلور مثل NF3C2F6C3F8، CF4، ثلاثي فلورو الميثان (CHF3) وسداسي فلوريد الكبريت (SF6) كانت صناعة أشباه الموصلات تركز على طرق تقليل انبعاثاتها.

ترجع انبعاثات الهيدروكربونات المشبعة بالفلور من صناعة أشباه الموصلات في الغلاف الجوي إلى ضعف كفاءة الأدوات (استهلكت العديد من الأدوات 10 إلى 40٪ فقط من الغاز المستخدم) وعدم كفاية معدات الحد من انبعاثات الهواء. أجهزة الغسل الرطب ليست فعالة في إزالة مركبات الكربون المشبعة بالفلور ، وقد وجدت الاختبارات التي أجريت على العديد من وحدات الاحتراق كفاءة تدمير ضعيفة لبعض الغازات ، وخاصة CF4. العديد من وحدات الاحتراق هذه تحطمت C2F6 و ج3F8 في CF4. كما أن التكلفة المرتفعة لامتلاك أدوات التخفيف هذه ، والطلب على الطاقة بها ، وإطلاقها لغازات الاحتباس الحراري الأخرى ونواتج احتراقها من ملوثات الهواء الخطرة تشير إلى أن الحد من الاحتراق لم يكن طريقة مناسبة للتحكم في انبعاثات البيروفلوروكربون.

جعل أدوات العملية أكثر كفاءة ، وتحديد وتطوير بدائل أكثر صداقة للبيئة لهذه الغازات الجافة ، واستعادة / إعادة تدوير غازات العادم ، كانت التركيز على البيئة المرتبطة بالحفر الجاف.

كان التركيز الرئيسي على الصحة المهنية للحفر الجاف على التعرضات المحتملة لأفراد الصيانة العاملين في غرف التفاعل والمضخات والمعدات الأخرى المرتبطة التي قد تحتوي على بقايا منتج التفاعل. إن تعقيد أدوات حفر البلازما المعدنية وصعوبة توصيف الروائح المرتبطة بصيانتها جعلها موضوعًا للعديد من التحقيقات.

تكون نواتج التفاعل المتكونة في آلات الحفر المعدنية البلازمية عبارة عن خليط معقد من المركبات المكلورة والمفلورة. غالبًا ما تتضمن صيانة آلات الحفر المعدنية عمليات قصيرة المدة تولد روائح قوية. تم العثور على Hexachloroethane ليكون السبب الرئيسي للرائحة في نوع واحد من حفر الألومنيوم (Helb et al. 1983). وفي حالة أخرى ، كان كلوريد السيانوجين هو المشكلة الرئيسية: فقد كانت مستويات التعرض 11 ضعف حد التعرض المهني 0.3 جزء في المليون (Baldwin 1985). في أنواع أخرى من الحفر ، يرتبط كلوريد الهيدروجين بالرائحة ؛ كان أقصى تعرض تم قياسه 68 جزء في المليون (بالدوين ، روبين وهورويتز 1993). للحصول على معلومات إضافية حول هذا الموضوع انظر Mueller and Kunesh (1989).

أدى تعقيد المواد الكيميائية الموجودة في عوادم الحفر المعدنية إلى قيام الباحثين بتطوير طرق تجريبية لفحص سمية هذه المخاليط (باور وآخرون 1992 أ). يشير تطبيق هذه الطرق في دراسات القوارض إلى أن بعض هذه المخاليط الكيميائية يشتبه في أنها مطفرة (باور وآخرون 1992 ب) والسموم الإنجابية المشتبه بها (شميدت وآخرون 1995).

نظرًا لأن أجهزة الحفر الجافة تعمل كنظم مغلقة ، فإن التعرض للمواد الكيميائية لمشغلي المعدات لا يحدث عادةً أثناء إغلاق النظام. أحد الاستثناءات النادرة لهذا هو عندما لا تكون دورة التطهير الخاصة بأجهزة الحفر الأقدم للدفعة طويلة بما يكفي لإزالة الغازات الخبيثة بشكل مناسب. تم الإبلاغ عن تعرضات موجزة ولكن مزعجة لمركبات الفلور التي تقل عن حد الكشف لإجراءات مراقبة الصحة الصناعية النموذجية عند فتح أبواب هذه الحفارات. عادة يمكن تصحيح هذا ببساطة عن طريق زيادة طول دورة التطهير قبل فتح باب غرفة الحفر.

يأتي الشاغل الرئيسي لتعرض المشغل لطاقة التردد اللاسلكي أثناء الحفر بالبلازما والرماد (Cohen 1986؛ Jones 1988). عادةً ما يكون سبب تسرب طاقة التردد اللاسلكي هو:

  • أبواب منحرفة
  • الشقوق والثقوب في الخزانات
  • طاولات معدنية وكابلات كهربائية تعمل كهوائيات بسبب التأريض غير الصحيح للحفارة
  • لا توجد شاشة مخففة في نافذة عرض الرسام (جونز 1988 ؛ هورويتز 1992).

 

يمكن أن يحدث التعرض للترددات اللاسلكية أيضًا أثناء صيانة أجهزة الحفر ، خاصة إذا تمت إزالة خزانة المعدات. التعرض 12.9 ميغاواط / سم2 تم العثور عليها في الجزء العلوي من نموذج قديم لطبقة البلازما مع إزالة الغطاء للصيانة (Horowitz 1992). كان التسرب الفعلي لإشعاع التردد اللاسلكي في المنطقة التي يقف فيها المشغل أقل من 4.9 ميجاوات / سم2.

المنشطات

تشكيل مفترق كهربائي أو حدود بين p و n تعتبر المناطق الموجودة في رقاقة سيليكون بلورية واحدة عنصرًا أساسيًا لتشغيل جميع أجهزة أشباه الموصلات. تسمح التقاطعات للتيار بالتدفق في اتجاه واحد بسهولة أكبر بكثير من الاتجاه الآخر. أنها توفر الأساس لتأثيرات الصمام الثنائي والترانزستور في جميع أشباه الموصلات. في دائرة متكاملة ، يجب إدخال عدد متحكم فيه من الشوائب الأولية أو الشوائب ، في مناطق محفورة مختارة من ركيزة السيليكون ، أو الرقاقة. يمكن القيام بذلك إما عن طريق الانتشار أو تقنيات زرع الأيونات. بغض النظر عن التقنية المستخدمة ، يتم استخدام نفس الأنواع أو dopants لإنتاج تقاطعات أشباه الموصلات. يحدد الجدول 5 المكونات الرئيسية المستخدمة في المنشطات وحالتها الفيزيائية ونوعها الكهربائي (p or n) وتقنية الوصلة الأولية المستخدمة - الانتشار أو غرس الأيونات.

الجدول 5. منشطات تشكيل التقاطع للانتشار وغرس الأيونات

العنصر

مركب

المعادلة

الولايه او المحافظه

تقنية

ن نوع

الأنتيمون

ثالث أكسيد الأنتيمون
تراي كلوريد الأنتيمون

Sb2O3
SbCl3

سوليد
سائل

التوزيع
التوزيع

زرنيخ

ثالث أكسيد الزرنيخ
ثالث أكسيد الزرنيخ
ارسين
الزرنيخ خماسي فلوريد

As2O3
As2O3
رماد3
AsF5

سوليد
سائل
غاز
غاز

التوزيع
الانتشار - تدور
الانتشار وزرع الأيونات
زرع الأيونات

الفسفور

ثنائي أكسيد الفوسفور
ثنائي أكسيد الفوسفور
الفوسفور تريبروميد
الفوسفور تراي كلوريد
الفسفور أوكسي كلوريد
الفوسفين
الفوسفور خماسي فلوريد

P2O5
P2O5
بر3
PCl3
POCl3
PH3
PF5

سوليد
سائل
سائل
سائل
سائل
غاز
غاز

التوزيع
الانتشار - تدور
التوزيع
التوزيع
التوزيع
زرع الأيونات
زرع الأيونات

نوع ص

البورون

نيتريد البورون
البورون تروبروميد
ثالث أكسيد البورون
ثالث أكسيد البورون
ثلاثي إيثيل بورات
رباعي بروميد السيليكون
البورون تراي كلوريد
البورون ثلاثي الفلوريد
ثنائي البوران

BN
ببر3
B2O3
B2O3
ب (COC2H5)3
سيبر4
بي سي3
BF3
B2H6

سوليد
سائل
سوليد
سائل
سائل
سائل
سائل
غاز
غاز

التوزيع
التوزيع
التوزيع
الانتشار - تدور
الانتشار - تدور
التوزيع
زرع أيون الانتشار
زرع الأيونات
زرع الأيونات

 

إن التعرضات الكيميائية الروتينية لمشغلي كل من أفران الانتشار وغرسات الأيونات منخفضة - وعادة ما تكون أقل من حد الكشف لإجراءات أخذ عينات الصحة المهنية القياسية. مخاوف كيميائية مع مركز العملية حول إمكانية إطلاق غازات سامة.

في وقت مبكر من سبعينيات القرن الماضي ، بدأ مصنعو أشباه الموصلات التدريجي في تركيب أول أنظمة مراقبة مستمرة للغازات للغازات القابلة للاشتعال والسامة. كان التركيز الرئيسي لهذا الرصد هو الكشف عن الإطلاق العرضي لأكثر الغازات المشبعة سمية مع عتبات رائحة أعلى من حدود التعرض المهني (على سبيل المثال ، الزرنيخ والديبوران).

تُستخدم معظم أجهزة مراقبة الهواء الخاصة بالصحة الصناعية في صناعة أشباه الموصلات للكشف عن تسرب الغازات السامة والقابلة للاشتعال. ومع ذلك ، فإن بعض المرافق تستخدم أيضًا أنظمة المراقبة المستمرة من أجل:

  • تحليل انبعاثات مجاري الهواء (المكدس)
  • تحديد تركيزات المواد الكيميائية المتطايرة في الهواء المحيط
  • تحديد وقياس الروائح في المناطق الجاهزة.

 

التقنيات الأكثر استخدامًا في صناعة أشباه الموصلات لهذا النوع من المراقبة هي الكشف عن الغازات اللونية (على سبيل المثال ، كاشف الغاز المستمر MDA) ، وأجهزة الاستشعار الكهروكيميائية (على سبيل المثال ، شاشات sensydyne) وتحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء (على سبيل المثال ، Telos ACM) (Baldwin and Williams 1996) .

التوزيع

التوزيع هو مصطلح يستخدم لوصف حركة المنشطات بعيدًا عن المناطق ذات التركيز العالي في نهاية مصدر فرن الانتشار إلى المناطق ذات التركيز المنخفض داخل رقاقة السيليكون. الانتشار هو الطريقة الأكثر رسوخًا لتشكيل الوصلات.

تتضمن هذه التقنية تعريض رقاقة لجو ساخن داخل فرن الانتشار. يحتوي الفرن على المنشطات المرغوبة في شكل بخار وينتج عنه أيضًا إنشاء مناطق من النشاط الكهربائي المخدر p or n. أكثر المنشطات شيوعًا هي البورون من النوع p ؛ والفوسفور (P) والزرنيخ (As) أو الأنتيمون (Sb) للنوع n (انظر الجدول 5).

عادة ، يتم تكديس الرقائق في حامل الكوارتز أو القارب وتوضع في فرن الانتشار. يحتوي فرن الانتشار على أنبوب كوارتز طويل وآلية للتحكم الدقيق في درجة الحرارة. يعد التحكم في درجة الحرارة أمرًا مهمًا للغاية ، حيث أن معدلات انتشار المواد السليكونية المختلفة هي أساسًا دالة على درجة الحرارة. تتراوح درجات الحرارة المستخدمة من 900 إلى 1,300 oC ، اعتمادًا على المنشطات والعملية المحددة.

يسمح تسخين رقاقة السيليكون إلى درجة حرارة عالية لذرات الشوائب بالانتشار ببطء عبر التركيب البلوري. تتحرك الشوائب بشكل أبطأ من خلال ثاني أكسيد السيليكون مقارنة بالسيليكون نفسه ، مما يمكّن الأكسيد الرقيق يعمل كقناع وبالتالي يسمح للمخدر بدخول السيليكون فقط عندما يكون غير محمي. بعد تراكم كمية كافية من الشوائب ، تتم إزالة الرقائق من الفرن ويتوقف الانتشار بشكل فعال.

لتحقيق أقصى قدر من التحكم ، يتم تنفيذ معظم عمليات النشر على خطوتين -الموضع و حملة في. يعتبر الترسيب المسبق ، أو الانتشار بمصدر ثابت ، الخطوة الأولى ويحدث في فرن يتم فيه اختيار درجة الحرارة لتحقيق أفضل تحكم في كميات الشوائب. تحدد درجة الحرارة قابلية الذوبان في المنشطات. بعد المعالجة المسبقة القصيرة نسبيًا ، يتم نقل الرقاقة فعليًا إلى فرن ثان ، عادةً عند درجة حرارة أعلى ، حيث تدفع المعالجة الحرارية الثانية في dopant إلى عمق الانتشار المطلوب في شبكة رقاقة السيليكون.

المصادر المخففة المستخدمة في الخطوة السابقة للإيداع هي في ثلاث حالات كيميائية متميزة: الغاز والسائل والصلب. يحدد الجدول 5 أنواعًا مختلفة من منشطات مصدر الانتشار وحالاتها الفيزيائية.

يتم توفير الغازات بشكل عام من أسطوانات الغاز المضغوط مع أدوات تحكم أو منظمات ضغط ، وصمامات إغلاق ومرفقات تطهير مختلفة ويتم الاستغناء عنها من خلال أنابيب معدنية ذات قطر صغير.

يتم الاستغناء عن السوائل بشكل طبيعي من الفقاعات ، والتي تشبع تيار الغاز الحامل ، عادة النيتروجين ، بأبخرة سائلة ، كما هو موصوف في القسم الخاص بالأكسدة الرطبة. شكل آخر من أشكال الاستغناء عن السوائل من خلال استخدام تدور على إشابة جهاز. يستلزم ذلك وضع مادة صلبة في محلول مع حامل مذيب سائل ، ثم تقطير المحلول على الرقاقة والغزل ، بطريقة مشابهة لتطبيق مقاومات الضوء.

قد تكون المصادر الصلبة على شكل رقاقة نيتريد البورون ، والتي تكون محصورة بين رقيقتين من السليكون لتخديرها ثم توضع في فرن نشر. أيضا ، يمكن وضع المواد الصلبة ، في شكل مسحوق أو حبة ، في أ قنبلة كوارتز حاوية (ثالث أكسيد الزرنيخ) ، يتم إلقاؤها يدويًا في نهاية المصدر لأنبوب الانتشار أو يتم تحميلها في فرن مصدر منفصل بما يتماشى مع فرن الانتشار الرئيسي.

في حالة عدم وجود ضوابط مناسبة ، يزيد التعرض للزرنيخ عن 0.01 مجم / م3 تم الإبلاغ عنها أثناء تنظيف فرن الترسيب (Wade et al. 1981) وأثناء تنظيف غرف مبيت المصدر لغرسات الأيونات ذات المصدر الصلب (McCarthy 1985؛ Baldwin، King and Scarpace 1988). حدثت حالات التعرض هذه عندما لم يتم اتخاذ احتياطات للحد من كمية الغبار في الهواء. ومع ذلك ، عندما ظلت البقايا رطبة أثناء التنظيف ، تم تقليل التعرض إلى أقل بكثير من حد التعرض المحمول بالهواء.

في تقنيات الانتشار القديمة ، توجد مخاطر تتعلق بالسلامة أثناء إزالة أنابيب الفرن وتنظيفها وتركيبها. تشمل المخاطر حدوث جروح محتملة من أدوات الكوارتز المكسورة والحروق الحمضية أثناء التنظيف اليدوي. في التقنيات الحديثة يتم تقليل هذه المخاطر فى الموقع تنظيف الأنبوب الذي يلغي الكثير من المناولة اليدوية.

يواجه مشغلو أفران الانتشار أعلى درجات التعرض الروتيني في غرف الأبحاث لمجالات كهرومغناطيسية منخفضة التردد للغاية (على سبيل المثال ، من 50 إلى 60 هرتز) في صناعة أشباه الموصلات. تم الإبلاغ عن متوسط ​​تعرضات أكبر من 0.5 ميكرو سلا (5 مللي غوس) أثناء التشغيل الفعلي للأفران (كروفورد وآخرون 1993). أشارت هذه الدراسة أيضًا إلى أن العاملين في غرف الأبحاث الذين يعملون بالقرب من أفران الانتشار كان لديهم متوسط ​​تعرضات مُقاسة أعلى بشكل ملحوظ من تلك الخاصة بعمال غرف الأبحاث الآخرين. كانت هذه النتيجة متوافقة مع قياسات النقاط التي أبلغ عنها روزنتال وعبد الله زاده (1991) ، اللذان وجدا أن أفران الانتشار تنتج قراءات تقارب (على بعد 5 سم أو 2 بوصة) تصل إلى 10 إلى 15 ميكروتسلا ، مع انخفاض الحقول المحيطة بشكل تدريجي مع المسافة. من معدات غرف الأبحاث الأخرى التي تمت دراستها ؛ حتى على بعد 6 أقدام من أفران الانتشار ، كانت كثافة التدفق المبلغ عنها من 1.2 إلى 2 ميكرو سلاز (كروفورد وآخرون 1993). مستويات الانبعاث هذه أقل بكثير من حدود التعرض الصحي الحالية التي وضعتها منظمة الصحة العالمية وتلك التي حددتها البلدان الفردية.

زرع الأيونات

غرس الأيونات هو أحدث طريقة لإدخال عناصر الشوائب في درجة حرارة الغرفة في رقائق السيليكون لتشكيل الوصلات. يتم تسريع الذرات المؤينة المؤينة (أي الذرات التي تم تجريدها من واحد أو أكثر من إلكتروناتها) إلى طاقة عالية عن طريق تمريرها من خلال فرق جهد بعشرات الآلاف من الفولتات. في نهاية طريقهم ، يصطدمون بالرقاقة ويغوصون في أعماق مختلفة ، اعتمادًا على كتلتهم وطاقتهم. كما هو الحال في الانتشار التقليدي ، تخفي طبقة أكسيد منقوشة أو نمط مقاوم للضوء بشكل انتقائي الرقاقة من الأيونات.

يتكون نظام غرس الأيونات النموذجي من مصدر أيوني (مصدر إشباع غازي ، عادةً في زجاجات محاضرات صغيرة) ، ومعدات تحليل ، ومُسرِّع ، وعدسة تركيز ، ومصيدة شعاع محايد ، وغرفة عملية الماسح ونظام تفريغ (عادةً ثلاث مجموعات منفصلة من في الخط) مضخات التخشين وانتشار الزيت). يتولد تيار الإلكترونات من خيوط ساخنة عن طريق المقاومة أو تفريغ القوس أو حزمة إلكترون مهبطية باردة.

بشكل عام ، بعد غرس الرقائق ، يتم تنفيذ خطوة التلدين بدرجة حرارة عالية (900 إلى 1,000 درجة مئوية) عن طريق تلدين شعاع الليزر أو التلدين النبضي بمصدر شعاع إلكتروني. تساعد عملية التلدين في إصلاح الأضرار التي لحقت بالسطح الخارجي للرقاقة المزروعة بسبب قصف الأيونات المشوبة.

مع ظهور نظام توصيل آمن لأسطوانات غاز الأرسين والفوسفين والبورون ثلاثي فلوريد المستخدمة في غرسات الأيونات ، تم تقليل احتمالية الإطلاق الكارثي لهذه الغازات بشكل كبير. تمتلئ أسطوانات الغاز الصغيرة هذه بمركب يتم فيه امتصاص الزرنيخ ، والفوسفين ، وثلاثي فلوريد البورون. يتم سحب الغازات من الاسطوانات باستخدام فراغ.

تعتبر غرسات الأيونات من أهم المخاطر الكهربائية في صناعة أشباه الموصلات. حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي ، توجد إمكانية صدمة كبيرة داخل الأداة ويجب تبديدها قبل العمل داخل جهاز الزرع. هناك ما يبرر إجراء مراجعة دقيقة لعمليات الصيانة والمخاطر الكهربائية لجميع المعدات المثبتة حديثًا ، ولكن بشكل خاص لمعدات غرسات الأيونات.

تم العثور على تعرضات للهيدرات (ربما خليط من الزرنيخ والفوسفين) تصل إلى 60 جزء في البليون أثناء صيانة مضخة التبريد لزراعة الأيونات (Baldwin و Rubin و Horowitz 1993). أيضًا ، يمكن لتركيزات عالية من كل من الزرنيخ والفسفين أن تنبعث من أجزاء الزرع الملوثة التي يتم إزالتها أثناء الصيانة الوقائية (Flipp و Hunsaker و Herring 1992).

تُستخدم المكانس الكهربائية المحمولة المزودة بمرشحات عالية الكفاءة لمخفف الجسيمات (HEPA) لتنظيف أسطح العمل الملوثة بالزرنيخ في مناطق غرس الأيونات. تعرض أكثر من 1,000 ميكروغرام / م3 تم قياسها عندما تم تنظيف المكانس HEPA بشكل غير صحيح. يمكن لمكانس HEPA ، عند تفريغها إلى مساحة العمل ، أن توزع بكفاءة الرائحة المميزة التي تشبه الهيدريد المرتبطة بتنظيف خط شعاع مزروع الأيونات (Baldwin و Rubin و Horowitz 1993).

على الرغم من القلق ، لم تكن هناك تقارير منشورة عن تعرض كبير للغاز المشوب أثناء تغيير الزيت لمضخات التفريغ المستخدمة مع المنشطات - ربما لأن هذا يتم عادة كنظام مغلق. قد يكون نقص التعرض المبلغ عنه نتيجة لمستويات منخفضة من الغازات المنبعثة من الهيدريدات من الزيت المستخدم.

نتيجة دراسة ميدانية حيث تم تسخين 700 مل من زيت مضخة التخشين المستخدم من غرس أيون يستخدم كل من الزرنيخ والفوسفين ، حيث أظهرت تركيزات يمكن اكتشافها للهيدريدات المحمولة جواً في حيز رأس المضخة عندما تجاوز زيت المضخة 70oج (بالدوين ، كينج وسكارباس 1988). نظرًا لأن درجات حرارة التشغيل العادية لمضخات التخشين الميكانيكية تتراوح من 60 إلى 80oC ، لم تشر هذه الدراسة إلى احتمالية التعرض بشكل كبير.

أثناء غرس الأيونات ، تتشكل الأشعة السينية عرضية للعملية. تم تصميم معظم الغرسات بغطاء خزانة كافٍ (والذي يتضمن صفائح الرصاص الموضوعة بشكل استراتيجي حول مبيت مصدر الأيونات وأبواب الوصول المجاورة) للحفاظ على تعرض الموظفين أقل من 2.5 ميكروسيفرت (0.25 مليريم) في الساعة (Maletskos and Hanley 1983). ومع ذلك ، تم العثور على نموذج قديم من أجهزة الزرع يحتوي على تسرب للأشعة السينية يزيد عن 20 ميكرو سيفرت في الساعة (μSv / hr) على سطح الوحدة (Baldwin، King and Scarpace 1988). تم تقليل هذه المستويات إلى أقل من 2.5 ميكرو سيفرت / ساعة بعد تثبيت درع إضافي من الرصاص. تم العثور على نموذج قديم آخر لزرع الأيونات به تسرب للأشعة السينية حول باب الوصول (حتى 15 ميكرو سيفرت / ساعة) وفي منفذ عرض (حتى 3 ميكرو سيفرت / ساعة). تمت إضافة درع إضافي للرصاص لتقليل التعرض المحتمل (Baldwin و Rubin و Horowitz 1993).

بالإضافة إلى التعرض للأشعة السينية من غرسات الأيونات ، فقد تم افتراض إمكانية تكوين النيوترونات إذا تم تشغيل الغرسة فوق 8 ملايين إلكترون فولت (MeV) أو تم استخدام غاز الديوتيريوم كمصدر أيوني (روجرز 1994). ومع ذلك ، فإن الغرسات عادةً مصممة للعمل عند أقل بكثير من 8 MeV ، ولا يستخدم الديوتيريوم بشكل شائع في الصناعة (Baldwin and Williams 1996).

ترسيب البخار الكيميائي

يتضمن ترسيب البخار الكيميائي (CVD) وضع طبقات من المواد الإضافية على سطح رقاقة السيليكون. تعمل وحدات CVD عادة كنظام مغلق مما يؤدي إلى تعرض المشغلين لمواد كيميائية قليلة أو معدومة. ومع ذلك ، يمكن أن يحدث التعرض القصير لكلوريد الهيدروجين فوق 5 جزء في المليون عند تنظيف بعض أجهزة تنظيف الأمراض القلبية الوعائية (Baldwin and Stewart 1989). هناك فئتان عريضتان من الترسبات شائعة الاستخدام - الفوقي والفئة الأكثر عمومية من الأمراض القلبية الوعائية غير الفوقية.

ترسب بخار كيميائي فوق المحاور

النمو الفوقي هو ترسيب يتم التحكم فيه بشكل صارم لفيلم بلوري واحد رفيع من مادة تحافظ على نفس التركيب البلوري مثل طبقة الويفر الموجودة في الركيزة. إنه بمثابة مصفوفة لتصنيع مكونات أشباه الموصلات في عمليات الانتشار اللاحقة. تزرع معظم الأغشية فوق المحورية على ركائز من نفس المادة ، مثل السيليكون على السيليكون ، في عملية يشار إليها باسم homoepitaxy. يسمى تزايد طبقات المواد المختلفة على الركيزة ، مثل السيليكون على الياقوت ، بمعالجة جهاز IC heteroepitaxy.

تُستخدم ثلاث تقنيات أولية لتنمية الطبقات فوق المحورية: مرحلة البخار ، والمرحلة السائلة ، والحزمة الجزيئية. تُستخدم مادة epitaxy ذات الطور السائل والجزيئي بشكل أساسي في معالجة الأجهزة III-V (على سبيل المثال ، GaAs). تمت مناقشة هذه في مقالة "تصنيع أشباه الموصلات III-V".

يتم استخدام epitaxy الطور البخاري لزراعة فيلم بواسطة CVD للجزيئات عند درجة حرارة من 900 إلى 1,300oجيم - الأبخرة التي تحتوي على السيليكون وكميات مضبوطة من dopants من النوع p أو n في غاز حامل (عادة الهيدروجين) يتم تمريرها فوق رقاقات ساخنة لترسيب طبقات مخدرة من السيليكون. يتم تنفيذ العملية بشكل عام تحت الضغط الجوي.

يحدد الجدول 6 الأنواع الأربعة الرئيسية من epitaxy طور البخار والمعلمات والتفاعلات الكيميائية التي تحدث.

الجدول 6. الفئات الرئيسية من epitaxy طور بخار السيليكون

المعلمات

الضغط

جوي

درجة الحرارة

900 – 1300 ° C

مصادر السيليكون

سيلاني (SiH4) ورابع كلوريد السيليكون (SiCl4) ، ثلاثي كلورو سيلان (SiHCl3),
و dichlorosilane (SiH2Cl2)

الغازات المخدرة

أرسين (AsH3) ، الفوسفين (PH3) ، ثنائي بوران (ب2H6)

تركيز الغاز المشوب

≈ 100 جزء في المليون

غاز Etchant

كلوريد الهيدروجين (HCl)

تركيز غاز Etchant

≈1-4٪

الغازات الحاملة

الهيدروجين (H2) ، نيتروجين (ن2)

مصدر التدفئة

تردد الراديو (RF) أو الأشعة تحت الحمراء (IR)

أنواع epitaxy طور البخار

التفاعلات الكيميائية

تقليل الهيدروجين لرابع كلوريد السيليكون
(1,150 - 1,300 درجة مئوية)

سيكل4 + 2H+2 → سي + 4HCl

التحلل الحراري للسيلان
(1,000 - 1,100 درجة مئوية)

سيه4 → سي + 2 ح2

تقليل الهيدروجين من ثلاثي كلورو سيلان

SiHCl3 + H2 → سي + 3HCl

الحد من ثنائي كلورو سيلان

سيه2Cl2 → سي + 2HCl

 

يتضمن تسلسل الترسيب المتبع عادة في عملية فوقية:

  • تنظيف الركيزة- الغسل الفيزيائي وإزالة الشحوم بالمذيبات والتنظيف الحمضي (الكبريتيك والنتريك والهيدروكلوريك والهيدروفلوريك هو تسلسل شائع) وعملية التجفيف
  • تحميل الرقاقة
  • يسخن- تطهير النيتروجين وتسخينه إلى ما يقرب من 500 درجة مئوية ، ثم يتم استخدام غاز الهيدروجين وتسخين الرقائق الحثية لمولدات التردد اللاسلكي
  • حفر كلوريد الهيدروجين (HCl) -عادة ما يتم صرف 1 إلى 4٪ تركيز حمض الهيدروكلوريك في غرفة المفاعل
  • ترسيب- يتم قياس مصدر السيليكون والغازات الشائبة وترسب على سطح الرقاقة
  • ترطيب-تحول غاز الهيدروجين إلى النيتروجين مرة أخرى عند 500 درجة مئوية
  • التفريغ.

 

ترسب البخار الكيميائي غير الفوقي

في حين أن النمو فوق المحور هو شكل محدد للغاية من الأمراض القلبية الوعائية حيث يكون للطبقة المترسبة نفس اتجاه الهيكل البلوري مثل طبقة الركيزة ، فإن CVD غير الفوقي هو تكوين مركب مستقر على ركيزة ساخنة عن طريق التفاعل الحراري أو تحلل المركبات الغازية.

يمكن استخدام CVD لإيداع العديد من المواد ، ولكن في معالجة أشباه الموصلات السيليكونية ، فإن المواد التي نواجهها عمومًا ، بالإضافة إلى السيليكون الفوقي ، هي:

  • سيليكون متعدد الكريستالات (بولي سي)
  • ثاني أكسيد السيليكون (SiO2- كلاهما مخدر وغير مخدر ؛ زجاج مخدر)
  • نيتريد السيليكون (Si3N4).

 

يمكن إيداع كل مادة من هذه المواد بعدة طرق ، ولكل منها العديد من التطبيقات.

يحدد الجدول 7 الفئات الثلاث الرئيسية للأمراض القلبية الوعائية باستخدام درجة حرارة التشغيل كآلية للتمييز.

الجدول 7. الفئات الرئيسية لترسيب البخار الكيميائي للسيليكون (CVD)

المعلمات

الضغط

الغلاف الجوي (APCVD) أو الضغط المنخفض (LPCVD)

درجة الحرارة

500 – 1,100 ° C

مصادر السيليكون والنتريد

سيلاني (SiH4) ورابع كلوريد السيليكون (SiCl4) ، الأمونيا (NH3) ، أكسيد النيتروز (N20)

مصادر منشط

أرسين (AsH3) ، الفوسفين (PH3) ، ثنائي بوران (ب2H6)

الغازات الحاملة

نيتروجين (N2) ، الهيدروجين (H2)

مصدر التدفئة

نظام الجدار البارد - تردد الراديو (RF) أو الأشعة تحت الحمراء (IR)
نظام الجدار الساخن - المقاومة الحرارية

نوع CVD

رد فعل

الغاز الناقل

درجة الحرارة

درجة حرارة متوسطة (≈ 600 - 1,100 درجة مئوية)

نيتريد السيليكون (Si3N4)

3سيه4 + 4 نيو هامبشاير3 → سي3N4 + 12H+2

H2

900 – 1,100 ° C

بولي سيليكون (بولي سي)

سيه4 + الحرارة → سي + 2 ح2

H2
N2

850 – 1,000 ° C
600 – 700 ° C

ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)

سيه4 + 4CO2 → SiO2 + 4CO + 2H2O
2H2 + SiCl4 + CO2 → SiO2 + 4HCl *
سيه4 + أول أكسيد الكربون → SiO2 + 2H+2 *

N2
H2
H2

500 – 900 ° C
800 – 1,000 ° C
600 – 900 ° C

درجة حرارة منخفضة (≈ <600 درجة مئوية) Silox و Pyrox و Vapox و Nitrox **

ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) أو SiO مخدر p2

     

سيلوكس

سيه4 + شنومكو2 + Dopant → SiO2 + 2H+2O

N2

200-500 ° C

بيروكس

سيه4 + شنومكو2 + Dopant → SiO2 + 2H+2O

N2

<600 درجة مئوية

فابوكس

سيه4 + شنومكو2 + Dopant → SiO2 + 2H+2O

N2

<600 درجة مئوية

نيتريد السيليكون (Si3N4)

     

النيتركس

3سيه4 + 4NH3 (أو N.2O *) → سي3N4 + 12 ح2

N2

600 – 700 ° C

تحسين البلازما بدرجة حرارة منخفضة (التخميل) (أقل من 600 درجة مئوية)

استخدام الترددات الراديوية (RF) أو
الاخرق التفاعلي

     

ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)

سيه4 + شنومكو2 → SiO2 + 2H+20

   

نيتريد السيليكون (Si3N4)

3سيه4 + 4NH3 (أو N.2O *) → سي3N4 + 12 ح2

   

* ملاحظة: ردود الفعل ليست متوازنة متكافئة.

** أسماء عامة أو مملوكة أو علامات تجارية لأنظمة مفاعلات CVD

 

توجد المكونات التالية في جميع أنواع معدات أمراض القلب والأوعية الدموية تقريبًا:

  • غرفة التفاعل
  • قسم التحكم بالغاز
  • التحكم في الوقت والتسلسل
  • مصدر الحرارة للركائز
  • معالجة النفايات السائلة.

 

بشكل أساسي ، تستلزم عملية CVD توفير كميات خاضعة للرقابة من السيليكون أو غازات مصدر النيتريد ، بالتزامن مع غازات حامل النيتروجين و / أو الهيدروجين ، وغاز مخدر إذا رغبت في ذلك ، للتفاعل الكيميائي داخل غرفة المفاعل. يتم تطبيق الحرارة لتوفير الطاقة اللازمة للتفاعل الكيميائي بالإضافة إلى التحكم في درجات حرارة سطح المفاعل والرقائق. بعد اكتمال التفاعل ، يتم استنفاد غاز المصدر غير المتفاعل بالإضافة إلى الغاز الحامل من خلال نظام معالجة النفايات السائلة ويتم تنفيسه في الغلاف الجوي.

التخميل هو نوع وظيفي من أمراض القلب والأوعية الدموية. إنه ينطوي على نمو طبقة أكسيد واقية على سطح رقاقة السيليكون ، بشكل عام كخطوة تصنيع أخيرة قبل معالجة عدم التصنيع. توفر الطبقة ثباتًا كهربائيًا عن طريق عزل سطح الدائرة المتكاملة عن الظروف الكهربائية والكيميائية في البيئة.

التأيض

بعد تصنيع الأجهزة في ركيزة السيليكون ، يجب توصيلها معًا لأداء وظائف الدائرة. تُعرف هذه العملية بالمعادن. يوفر التعدين وسيلة لتوصيل الأسلاك أو ربط الطبقات العلوية للدوائر المتكاملة عن طريق ترسيب أنماط معقدة من المواد الموصلة ، والتي توجه الطاقة الكهربائية داخل الدوائر.

يتم التمييز بين عملية المعدنة الواسعة وفقًا لحجم وسمك طبقات المعادن والمواد الأخرى التي يتم ترسيبها. وهذه هي:

  • رقيقة- سمك الفيلم التقريبي ميكرون واحد أو أقل
  • فيلم سميكة- سمك الفيلم التقريبي 10 ميكرون أو أكثر
  • تصفيحتختلف سماكات الفيلم من الرقيق إلى السميك ، ولكن الأغشية السميكة بشكل عام.

 

المعادن الأكثر شيوعًا المستخدمة في معادن أشباه الموصلات السيليكونية هي: الألومنيوم والنيكل والكروم أو سبيكة تسمى النيكروم والذهب والجرمانيوم والنحاس والفضة والتيتانيوم والتنغستن والبلاتين والتنتالوم.

يمكن أيضًا تبخير أو ترسيب الأغشية الرقيقة أو السميكة على ركائز خزفية أو زجاجية مختلفة. بعض الأمثلة على هذه الركائز هي: الألومينا (96٪ Al203) ، البريليا (99٪ BeO) ، زجاج البورسليكات ، البيركيرام والكوارتز (SiO2).

رقيقة

غالبًا ما يتم تطبيق معدنة الأغشية الرقيقة من خلال استخدام تقنية الترسيب أو التبخر بالفراغ العالي أو الفراغ الجزئي. الأنواع الرئيسية للتبخر بالفراغ العالي هي شعاع الإلكترون ، الفلاش والمقاوم ، بينما يتم ترسيب الفراغ الجزئي بشكل أساسي عن طريق الرش.

لأداء أي نوع من المعادن بالفراغ الرقيق ، يتكون النظام عادة من المكونات الأساسية التالية:

  • غرفة يمكن إخلاؤها لتوفير فراغ كافٍ للترسيب
  • مضخة تفريغ (أو مضخات) لتقليل الغازات المحيطة في الغرفة
  • أجهزة لرصد مستوى الفراغ والمعلمات الأخرى
  • طريقة لترسيب أو تبخير طبقات مادة المعدن.

 

تبخر الحزمة الإلكترونية، وغالبا ما تسمى شعاع البريد، يستخدم حزمة مركزة من الإلكترونات لتسخين مادة المعدن. يتم إنشاء حزمة من الإلكترونات عالية الكثافة بطريقة مماثلة لتلك المستخدمة في أنبوب الصورة التلفزيونية. يتم تسريع تيار من الإلكترونات من خلال مجال كهربائي من 5 إلى 10 كيلو فولت نموذجيًا ويركز على المادة التي سيتم تبخيرها. تعمل الحزمة المركزة من الإلكترونات على إذابة المادة الموجودة في كتلة مبردة بالماء مع انخفاض كبير يسمى الموقد. ثم تتبخر المادة المذابة داخل حجرة التفريغ وتتكثف على الرقائق الباردة وكذلك على سطح الحجرة بالكامل. ثم يتم إجراء عمليات مقاومة الضوء القياسية والتعرض والتطوير وعمليات الحفر الرطب أو الجاف لتحديد الدوائر المعدنية المعقدة.

التبخر السريع هي تقنية أخرى لترسيب الأغشية المعدنية الرقيقة. تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي عندما يتم تبخير خليط من مادتين (سبائك) في وقت واحد. بعض الأمثلة على أغشية مكونة هي: النيكل / الكروم (نيتشروم) ، الكروم / أول أكسيد السيليكون (SiO) والألمنيوم / السيليكون.

في التبخر الومضي ، يتم تسخين قضيب السيراميك بواسطة المقاومة الحرارية ويتم توصيل بكرة من الأسلاك التي يتم تغذيتها باستمرار ، أو تيار من الكريات أو المسحوق الموزع اهتزازيًا مع الفتيل الساخن أو الشريط. ثم تقوم المعادن المتبخرة بتغطية الحجرة الداخلية وأسطح البسكويت.

مقاومة التبخر (المعروف أيضًا باسم التبخر الخيطي) هو أبسط أشكال الترسيب وأقلها تكلفة. يتم التبخر عن طريق زيادة التيار المتدفق عبر الفتيل تدريجيًا لإذابة حلقات المادة المراد تبخرها أولاً ، وبالتالي ترطيب الفتيل. بمجرد أن يتم ترطيب الفتيل ، يزداد التيار خلال الفتيل حتى يحدث التبخر. الميزة الأساسية للتبخر المقاوم هي مجموعة متنوعة من المواد التي يمكن تبخيرها.

تتم أعمال الصيانة أحيانًا على السطح الداخلي لغرف ترسيب مبخر الحزمة الإلكترونية التي تسمى الجرس. عندما يضع فنيي الصيانة رؤوسهم داخل الجرس ، يمكن أن تحدث تعرضات كبيرة. قد تؤدي إزالة البقايا المعدنية التي تترسب على السطح الداخلي لجرار الجرس إلى مثل هذه التعرضات. على سبيل المثال ، تم قياس تعرضات الفنيين أعلى بكثير من حد التعرض المحمول جواً للفضة أثناء إزالة البقايا من المبخر المستخدم لإيداع الفضة (Baldwin and Stewart 1989).

يمكن أن يؤدي تنظيف بقايا الجرس بمذيبات التنظيف العضوية أيضًا إلى التعرض العالي للمذيبات. حدث تعرض فني للميثانول أعلى من 250 جزء في المليون أثناء هذا النوع من التنظيف. يمكن التخلص من هذا التعرض باستخدام الماء كمذيب للتنظيف بدلاً من الميثانول (Baldwin and Stewart 1989).

ترسب الاخرق تحدث العملية في جو غاز منخفض الضغط أو مفرغ جزئيًا ، باستخدام إما تيار كهربائي مباشر (DC ، أو رشاش كاثود) أو جهد RF كمصدر عالي الطاقة. في عملية الرش ، يتم إدخال أيونات غاز الأرجون الخامل في غرفة التفريغ بعد الوصول إلى مستوى تفريغ مرضٍ من خلال استخدام مضخة التخشين. يتشكل المجال الكهربائي عن طريق تطبيق جهد عالٍ ، عادةً 5,000 فولت ، بين لوحين مشحونين بشكل معاكس. يؤين هذا التفريغ عالي الطاقة ذرات غاز الأرجون ويجعلها تتحرك وتتسارع إلى إحدى الصفائح الموجودة في الغرفة تسمى الهدف. عندما تصطدم أيونات الأرجون بالهدف المصنوع من المادة المراد ترسيبها ، فإنها تزيح هذه الذرات أو الجزيئات أو تتطاير منها. يتم بعد ذلك ترسيب الذرات المنزوعة من مادة المعدنة في فيلم رقيق على ركائز السيليكون التي تواجه الهدف.

وجد أن تسرب الترددات الراديوية من الجوانب والخلف في العديد من وحدات الرش القديمة يتجاوز حد التعرض المهني (Baldwin and Stewart 1989). يُعزى معظم التسرب إلى تشققات في الخزانات ناتجة عن الإزالة المتكررة لألواح الصيانة. في الموديلات الأحدث من قبل نفس الشركة المصنعة ، تمنع الألواح المزودة بشبكة سلكية بطول اللحامات حدوث تسرب كبير. يمكن تعديل أدوات الرش الأقدم بشبكة سلكية أو ، بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام شريط نحاسي لتغطية اللحامات لتقليل التسرب.

فيلم سميكة

لا يتوافق هيكل وأبعاد معظم الأفلام السميكة مع تعدين الدوائر المتكاملة للسيليكون ، ويرجع ذلك أساسًا إلى قيود الحجم. تُستخدم الأغشية السميكة في الغالب لمعدن الهياكل الإلكترونية الهجينة ، كما هو الحال في تصنيع شاشات LCD.

عملية الغربلة الحريرية هي الطريقة السائدة لتطبيق الأغشية السميكة. مواد الأفلام السميكة المستخدمة عادةً هي البلاديوم ، والفضة ، وثاني أكسيد التيتانيوم والزجاج ، والذهب والبلاتين والزجاج ، والزجاج الذهبي ، والزجاج الفضي.

عادةً ما يتم ترسيب الأغشية السميكة المقاومة وتنميطها على ركيزة خزفية باستخدام تقنيات الغربلة الحريرية. سيرميت هو شكل من أشكال فيلم سميك مقاوم يتكون من تعليق جزيئات معدنية موصلة في مصفوفة خزفية مع راتينج عضوي كمواد مالئة. تتكون الهياكل النموذجية للسيرميت من الكروم أو الفضة أو أكسيد الرصاص في أول أكسيد السيليكون أو مصفوفة ثاني أكسيد السيليكون.

تصفيح

يتم استخدام نوعين أساسيين من تقنيات الطلاء في تشكيل الأغشية المعدنية على ركائز أشباه الموصلات: الطلاء الكهربائي والطلاء غير الكهربائي.

In الكهربائي، يتم وضع الركيزة المراد طلاؤها عند الكاثود ، أو الطرف المشحون سالبًا ، لخزان الطلاء ومغمورًا في محلول إلكتروليتي. يعمل القطب الكهربائي المصنوع من المعدن المراد طلاؤه كأنود أو طرف موجب الشحنة. عندما يتم تمرير تيار مباشر من خلال المحلول ، فإن أيونات المعادن موجبة الشحنة ، التي تذوب في المحلول من الأنود ، تهاجر وتنتشر على الكاثود (الركيزة). تستخدم طريقة الطلاء هذه لتشكيل أغشية موصلة من الذهب أو النحاس.

In الطلاء بالكهرباء، يتم استخدام الاختزال والأكسدة المتزامنة للمعدن المراد طلاؤه في تكوين ذرة معدنية أو جزيء حر. نظرًا لأن هذه الطريقة لا تتطلب التوصيل الكهربائي أثناء عملية الطلاء ، فيمكن استخدامها مع ركائز من النوع العازل. النيكل والنحاس والذهب هي المعادن الأكثر شيوعًا التي تترسب بهذه الطريقة.

صناعة السبائك / التلدين

بعد أن يتم ترسيب وحفر الوصلات البينية الممعدنة ، يمكن إجراء خطوة أخيرة في صناعة السبائك والتلدين. تتكون السبائك من وضع ركائز ممعدنة ، عادة بالألمنيوم ، في فرن نشر منخفض الحرارة لضمان اتصال منخفض المقاومة بين معدن الألمنيوم وركيزة السيليكون. أخيرًا ، إما أثناء خطوة السبيكة أو بعدها مباشرة ، غالبًا ما تتعرض الرقاقات لمزيج غاز يحتوي على الهيدروجين في فرن نشر عند 400 إلى 500 درجة مئوية. تم تصميم خطوة التلدين لتحسين واستقرار خصائص الجهاز من خلال الجمع بين الهيدروجين والذرات غير الملتزمة في أو بالقرب من واجهة ثاني أكسيد السيليكون والسيليكون.

الخلفية والتعدين المؤخر

هناك أيضًا خطوة اختيارية لمعالجة المعدنة تسمى backlapping. قد يتم لف الجزء الخلفي من الرقاقة أو طحنها باستخدام محلول كاشط مبلل والضغط. يمكن ترسيب معدن مثل الذهب على الجانب الخلفي من الرقاقة عن طريق الرش. هذا يجعل إرفاق القالب المنفصل بالحزمة أسهل في التجميع النهائي.

التجميع والاختبار

عادةً ما يتم إجراء المعالجة غير التصنيعية ، والتي تشمل التغليف الخارجي والمرفقات والتغليف والتجميع والاختبار ، في منشآت إنتاج منفصلة ويتم إجراء العديد من المرات في دول جنوب شرق آسيا ، حيث تكون هذه الوظائف كثيفة العمالة أقل تكلفة في الأداء. بالإضافة إلى ذلك ، تختلف متطلبات التهوية للتحكم في العمليات والجسيمات بشكل عام (غير غرف الأبحاث) في مناطق المعالجة غير المصنّعة. تتضمن هذه الخطوات النهائية في عملية التصنيع عمليات تشمل اللحام وإزالة الشحوم والاختبار بالمواد الكيميائية ومصادر الإشعاع والتشذيب والنقش بالليزر.

عادة لا يؤدي اللحام أثناء تصنيع أشباه الموصلات إلى تعرضات عالية للرصاص. لمنع التلف الحراري للدائرة المتكاملة ، يتم الاحتفاظ بدرجة حرارة اللحام أقل من درجة الحرارة حيث يمكن أن يحدث تكوين كبير لدخان الرصاص المنصهر (430 درجة مئوية). ومع ذلك ، فإن تنظيف معدات اللحام عن طريق كشط البقايا المحتوية على الرصاص أو تنظيفها بالفرشاة يمكن أن يؤدي إلى تعرضات للرصاص تزيد عن 50 ميكروغرام / م3 (بالدوين وستيوارت 1989). أيضا ، التعرض للرصاص 200 ميكروغرام / م3 حدثت عند استخدام تقنيات غير مناسبة لإزالة الخبث أثناء عمليات اللحام الموجي (Baldwin and Williams 1996).

أحد المخاوف المتزايدة بشأن عمليات اللحام هو تهيج الجهاز التنفسي والربو بسبب التعرض لمنتجات الانحلال الحراري لتدفقات اللحام ، خاصة أثناء عمليات اللحام اليدوي أو عمليات اللمس ، حيث لم يتم استخدام تهوية العادم المحلية بشكل شائع تاريخيًا (على عكس عمليات اللحام الموجي ، والتي على مدى العقود القليلة الماضية عادة ما يتم وضعها في خزانات مستنفدة) (Goh and Ng 1987). راجع مقالة "لوحة الدوائر المطبوعة وتجميع الكمبيوتر" لمزيد من التفاصيل.

نظرًا لأن الكولوفوني في تدفق اللحام هو محسس ، يجب تقليل جميع حالات التعرض إلى أدنى مستوى ممكن ، بغض النظر عن نتائج أخذ عينات الهواء. يجب أن تشتمل تركيبات اللحام الجديدة بشكل خاص على تهوية عادم محلية عند إجراء اللحام لفترات طويلة من الوقت (على سبيل المثال ، أكثر من ساعتين).

سترتفع الأبخرة الناتجة عن اللحام اليدوي عموديًا على التيارات الحرارية ، لتدخل منطقة تنفس الموظف بينما يميل الشخص فوق نقطة اللحام. يتم التحكم عادة عن طريق تهوية عادم محلية عالية السرعة وفعالة ومنخفضة الحجم عند طرف اللحام.

قد تتسبب الأجهزة التي تعيد الهواء المصفى إلى مكان العمل ، إذا كانت كفاءة الترشيح غير كافية ، في حدوث تلوث ثانوي يمكن أن يؤثر على الأشخاص في غرفة العمل بخلاف أولئك الذين يقومون باللحام. لا ينبغي إعادة الهواء المصفى إلى غرفة العمل إلا إذا كانت كمية اللحام صغيرة وكانت الغرفة مزودة بتهوية تخفيف عامة جيدة.

فرز واختبار الرقاقة

بعد اكتمال تصنيع الرقاقة ، تخضع كل رقاقة منتهية جوهريًا لعملية فرز الرقاقة حيث يتم اختبار الدوائر المتكاملة على كل قالب محدد كهربائيًا باستخدام مجسات يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر. قد تحتوي الرقاقة الفردية على مائة إلى عدة مئات من القوالب أو الرقائق المنفصلة التي يجب اختبارها. بعد الانتهاء من نتائج الاختبار ، يتم تمييز القوالب جسديًا باستخدام راتنج إيبوكسي مكون واحد يتم صرفه تلقائيًا. يتم استخدام الأحمر والأزرق لتحديد وفرز القوالب التي لا تلبي المواصفات الكهربائية المطلوبة.

فصل يموت

مع الأجهزة أو الدوائر الموجودة على الرقاقة التي تم اختبارها وتمييزها وفرزها ، يجب فصل الشخص الذي يموت على الرقاقة ماديًا. تم تصميم عدد من الطرق لفصل القوالب الفردية - نقش الماس ، والكشط بالليزر ، والنشر بعجلة الماس.

يعد الخربشة الماسية أقدم طريقة مستخدمة وتتضمن رسم طرف ماسي الشكل بدقة عبر الرقاقة على طول خط الناسخ أو "الشارع" الذي يفصل القوالب الفردية على سطح الرقاقة. النقص في التركيب البلوري الناجم عن الخربشة يسمح للرقائق بالانحناء والكسر على طول هذا الخط.

النقش بالليزر هي تقنية حديثة نسبيًا لفصل القوالب. يتم إنشاء شعاع الليزر بواسطة ليزر النيوديميوم الإيتريوم النبضي عالي الطاقة. تولد الحزمة أخدودًا في رقاقة السيليكون على طول خطوط الناسخ. يعمل الأخدود كخط تنكسر على طوله الرقاقة.

الطريقة المستخدمة على نطاق واسع لفصل القوالب هي النشر الرطب - قطع الركائز على طول الشارع بمنشار دائري عالي السرعة. يمكن للنشر إما أن يقطع جزئيًا (كاتب) أو يقطع بالكامل (نرد) من خلال ركيزة السيليكون. يتم إنشاء ملاط ​​مبلل من المواد المزالة من الشارع عن طريق النشر.

يموت نعلق والترابط

يجب إرفاق القالب أو الشريحة الفردية بحزمة حامل وإطار معدني من الرصاص. وعادة ما تكون المواد الحاملة مصنوعة من مادة عازلة ، إما من السيراميك أو البلاستيك. عادة ما تكون المواد الحاملة للسيراميك مصنوعة من الألومينا (Al2O3) ، ولكن يمكن أن تتكون من البريليا (BeO) أو الحجر الصابوني (MgO-SiO2). المواد الحاملة للبلاستيك هي إما من نوع راتينج لدن بالحرارة أو بالحرارة.

يتم عادةً ربط القالب الفردي بواحد من ثلاثة أنواع مختلفة من التعلق: سهل الانصهار ، والتشكيل ، والإيبوكسي. يتضمن ربط القالب سهل الانصهار استخدام سبيكة لحام سهلة الانصهار ، مثل الذهب والسيليكون. في هذه الطريقة ، يتم وضع طبقة من المعدن الذهبي مسبقًا على الجانب الخلفي من القالب. عن طريق تسخين العبوة فوق درجة حرارة الانصهار (370 درجة مئوية للذهب والسيليكون) ووضع القالب عليها ، يتم تكوين رابطة بين القالب والحزمة.

يتضمن الترابط المسبق استخدام قطعة صغيرة من مادة التركيب الخاصة التي ستلتصق بكل من القالب والحزمة. يتم وضع التشكيل على منطقة إرفاق القالب ويسمح له بالذوبان. ثم يتم حك القالب عبر المنطقة حتى يتم إرفاق القالب ، ثم يتم تبريد العبوة.

يتضمن الترابط الإيبوكسي استخدام غراء إيبوكسي لربط القالب بالحزمة. توضع قطرة من الايبوكسي على العبوة ويوضع القالب فوقها. قد تحتاج العبوة إلى الخبز في درجة حرارة مرتفعة لعلاج الإيبوكسي بشكل صحيح.

بمجرد إرفاق القالب فعليًا بالحزمة ، يجب توفير التوصيلات الكهربائية بين الدائرة المتكاملة وأسلاك الحزمة. يتم تحقيق ذلك عن طريق استخدام تقنيات الضغط الحراري أو الموجات فوق الصوتية أو تقنيات الترابط الحراري لربط أسلاك الذهب أو الألومنيوم بين مناطق التلامس على شريحة السيليكون وأسلاك الحزمة.

غالبًا ما يستخدم الربط بالضغط الحراري مع الأسلاك الذهبية ويتضمن تسخين العبوة إلى ما يقرب من 300oC وتشكيل الرابطة بين السلك ومنصات الترابط باستخدام كل من الحرارة والضغط. هناك نوعان رئيسيان من الترابط الحراري قيد الاستخدام -الرابطة الكروية و الرابطة الوتدية. يقوم الترابط الكروي ، الذي يستخدم فقط مع الأسلاك الذهبية ، بتغذية السلك من خلال أنبوب شعري ، ويضغطه ، ثم يذوب لهب الهيدروجين السلك. بالإضافة إلى ذلك ، يشكل هذا كرة جديدة في نهاية السلك لدورة الربط التالية. يتضمن الترابط الإسفيني أداة ربط على شكل إسفين ومجهر يستخدم لوضع رقاقة السيليكون وحزمها بدقة فوق وسادة الترابط. يتم تنفيذ العملية في جو خامل.

يستخدم الترابط بالموجات فوق الصوتية نبضًا من الطاقة فوق الصوتية عالية التردد لتوفير إجراء تنقية يشكل رابطة بين السلك ولوحة الترابط. يستخدم الربط بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي مع أسلاك الألمنيوم وغالبًا ما يُفضل على الربط بالضغط الحراري ، لأنه لا يتطلب تسخين شريحة الدائرة أثناء عملية الربط.

الترابط الحراري هو تغيير تكنولوجي حديث في ربط الأسلاك الذهبية. إنه ينطوي على استخدام مزيج من الطاقات بالموجات فوق الصوتية والحرارة ويتطلب حرارة أقل من الترابط بالضغط الحراري.

التغليف

الغرض الأساسي من التغليف هو وضع دائرة متكاملة في حزمة تلبي المتطلبات الكهربائية والحرارية والكيميائية والفيزيائية المرتبطة بتطبيق الدائرة المتكاملة.

أكثر أنواع الحزم استخدامًا هي نوع الرصاص الشعاعي والحزمة المسطحة والحزمة المزدوجة في الخط (DIP). تُصنع العبوات من النوع الشعاعي الرصاصي في الغالب من Kovar ، وهي سبيكة من الحديد والنيكل والكوبالت ، مع أختام زجاجية صلبة وأسلاك Kovar. تستخدم العبوات المسطحة إطارات معدنية من الرصاص ، وعادة ما تكون مصنوعة من سبائك الألومنيوم مع مكونات السيراميك والزجاج والمعدن. تعتبر العبوات ثنائية الخط هي الأكثر شيوعًا وغالبًا ما تستخدم السيراميك أو البلاستيك المصبوب.

يتم إنتاج عبوات أشباه الموصلات البلاستيكية المقولبة بشكل أساسي من خلال عمليتين منفصلتين -نقل صب و صب الحقن. قولبة النقل هي طريقة تغليف البلاستيك السائدة. في هذه الطريقة ، يتم تثبيت الرقائق على إطارات من الرصاص غير مقصوصة ثم يتم تحميلها على دفعات في قوالب. يتم صهر أشكال المسحوق أو الحبيبات لمركبات صب البلاستيك بالحرارة في وعاء ساخن ثم يتم إجبارها (نقلها) تحت الضغط إلى القوالب المحملة. يمكن استخدام أنظمة مركبات تشكيل البلاستيك على شكل مسحوق أو حبيبات على راتنجات الإيبوكسي أو السيليكون أو السيليكون / الإيبوكسي. يتكون النظام عادة من مزيج من:

  • راتنجات بالحرارة- إيبوكسي أو سيليكون أو سيليكون / إيبوكسي
  • مقويات- الإيبوكسي نوفولاكس والأنهيدريد الإيبوكسي
  • الحشو- ثاني أكسيد السليكون المنصهر أو البلوري (SiO2) والألومينا (Al2O3) ، بشكل عام 50-70٪ بالوزن
  • الحرائق- ثالث أكسيد الأنتيمون (Sb2O3) بشكل عام 1-5٪ بالوزن.

 

يستخدم قولبة الحقن إما مركب قولبة لدن بالحرارة أو بالحرارة يتم تسخينه إلى نقطة انصهاره في أسطوانة عند درجة حرارة مضبوطة وإجبارها تحت الضغط من خلال فوهة في القالب. يتجمد الراتينج بسرعة ، ويتم فتح القالب وإخراج عبوة التغليف. تُستخدم مجموعة متنوعة من المركبات البلاستيكية في القولبة بالحقن ، مع راتنجات الإيبوكسي والبوليفينلين كبريتيد (PPS) وهي أحدث المدخلات في تغليف أشباه الموصلات.

يتم تصنيف العبوة النهائية لجهاز أشباه الموصلات السليكونية وفقًا لمقاومتها للتسرب أو قدرتها على عزل الدائرة المتكاملة عن بيئتها. يتم تمييزها على أنها محكمة الإغلاق (محكمة الإغلاق) أو غير محكمة الإغلاق.

اختبار التسرب وحرقه

اختبار تسرب هو إجراء تم تطويره لاختبار قدرة الختم الفعلية أو المحكم للجهاز المعبأ. هناك نوعان شائعان من اختبار التسرب قيد الاستخدام: كشف تسرب الهليوم واكتشاف تسرب التتبع الإشعاعي.

في الكشف عن تسرب الهيليوم ، يتم وضع الحزم المكتملة في جو من ضغط الهيليوم لفترة من الزمن. الهليوم قادر على اختراق العيوب في العبوة. بعد إزالتها من غرفة ضغط الهيليوم ، يتم نقل الحزمة إلى غرفة مطياف الكتلة واختبار تسرب الهيليوم من العيوب الموجودة في العبوة.

يتم استبدال غاز التتبع المشع ، عادة كريبتون 85 (Kr-85) ، بالهيليوم في الطريقة الثانية ، ويتم قياس الغاز المشع المتسرب من العبوة. في ظل الظروف العادية ، يكون تعرض الأفراد من هذه العملية أقل من 5 ميلي سيفرت (500 مليريم) سنويًا (بالدوين وستيوارت 1989). عادةً ما تتضمن ضوابط هذه الأنظمة ما يلي:

  • العزلة في غرف مع وصول يقتصر فقط على الأفراد الضروريين
  • وضع علامات التحذير من الإشعاع على أبواب الغرف التي تحتوي على Kr-85
  • أجهزة مراقبة الإشعاع المستمرة مع أجهزة الإنذار والإغلاق / العزل التلقائي
  • نظام العادم المخصص وغرفة الضغط السلبي
  • مراقبة التعرضات باستخدام قياس الجرعات الشخصية (على سبيل المثال ، شارات الأفلام الإشعاعية)
  • الصيانة الدورية لأجهزة الإنذار والأقفال
  • فحوصات منتظمة لتسرب المواد المشعة
  • تدريب السلامة للمشغلين والفنيين
  • ضمان إبقاء التعرض للإشعاع منخفضًا قدر الإمكان (ALARA).

 

أيضًا ، يتم مسح المواد التي تتلامس مع Kr-85 (على سبيل المثال ، الدوائر المتكاملة المكشوفة وزيت المضخة المستخدم والصمامات والحلقات O) للتأكد من أنها لا تصدر مستويات زائدة من الإشعاع بسبب الغاز المتبقي فيها قبل إزالتها من المنطقة الخاضعة للرقابة. يوفر Leach-Marshal (1991) معلومات مفصلة عن حالات التعرض والضوابط من أنظمة الكشف عن التسرب الدقيق Kr-85.

حرق في هي عملية ضغط حراري وكهربائي لتحديد موثوقية الجهاز النهائي المعبأ. يتم وضع الأجهزة في فرن يتم التحكم في درجة حرارته لفترة طويلة من الوقت باستخدام إما الجو المحيط أو جو خامل من النيتروجين. تتراوح درجات الحرارة من 125 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية (150 درجة مئوية متوسط) ، والفترات الزمنية من بضع ساعات إلى 1,000 ساعة (48 ساعة في المتوسط).

الاختبار النهائي

للتوصيف النهائي لأداء جهاز أشباه الموصلات السليكونية المعبأة ، يتم إجراء اختبار كهربائي نهائي. نظرًا للعدد الكبير من الاختبارات المطلوبة وتعقيدها ، يقوم الكمبيوتر بإجراء وتقييم اختبار العديد من المعلمات المهمة للتشغيل النهائي للجهاز.

مارك وحزم

يتم التعريف المادي للجهاز المعبأ النهائي باستخدام مجموعة متنوعة من أنظمة الوسم. الفئتان الرئيسيتان لتمييز المكونات هما طباعة جهات الاتصال والطباعة بدون جهات اتصال. تشتمل الطباعة الملامسة عادةً على تقنية إزاحة دوارة باستخدام أحبار تعتمد على المذيبات. تتضمن الطباعة غير الملامسة ، التي تنقل العلامات دون ملامسة جسدية ، طباعة رأس نفث الحبر أو طباعة مسحوق الحبر باستخدام أحبار تعتمد على المذيبات أو نقش بالليزر.

عادةً ما تتكون المذيبات المستخدمة كناقل لأحبار الطباعة وكمنظف مسبق من خليط من الكحول (الإيثانول) والإسترات (أسيتات الإيثيل). تستخدم معظم أنظمة تعليم المكونات ، بخلاف الوسم بالليزر ، الأحبار التي تتطلب خطوة إضافية للضبط أو المعالجة. طرق المعالجة هذه هي المعالجة بالهواء والمعالجة الحرارية (الحرارية أو بالأشعة تحت الحمراء) والمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. لا تحتوي أحبار المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية على مذيبات.

تستخدم أنظمة الوسم بالليزر إما ثاني أكسيد الكربون عالي الطاقة (CO2) ليزر ، أو نيوديميوم عالي الطاقة: ليزر إتريوم. عادةً ما يتم تضمين هذه الليزرات في الجهاز ولها خزانات متشابكة تحيط بمسار الحزمة والنقطة التي يتصل فيها الشعاع بالهدف. هذا يزيل خطر شعاع الليزر أثناء العمليات العادية ، ولكن هناك قلق عند هزيمة أقفال الأمان. العملية الأكثر شيوعًا حيث يكون من الضروري إزالة حاويات الحزمة والتغلب على التشابك هي محاذاة شعاع الليزر.

أثناء عمليات الصيانة هذه ، من الناحية المثالية ، يجب إخلاء الغرفة التي تحتوي على الليزر ، باستثناء فنيي الصيانة الضروريين ، مع إغلاق أبواب الغرفة وتعليقها بعلامات أمان ليزر مناسبة. ومع ذلك ، غالبًا ما توجد أجهزة الليزر عالية الطاقة المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات في مناطق تصنيع كبيرة ومفتوحة ، مما يجعل من غير العملي نقل الأفراد الذين لا يحتاجون إلى الصيانة أثناء الصيانة. لهذه الحالات ، عادة ما يتم إنشاء منطقة تحكم مؤقتة. تتكون مناطق التحكم هذه عادةً من ستائر ليزر أو شاشات لحام قادرة على تحمل التلامس المباشر مع شعاع الليزر. عادة ما يكون الدخول إلى منطقة التحكم المؤقتة من خلال مدخل المتاهة الذي يتم نشره بعلامة تحذير كلما تم التغلب على تعشيق الليزر. تتشابه احتياطات السلامة الأخرى أثناء محاذاة الحزمة مع تلك المطلوبة لتشغيل ليزر عالي الطاقة مفتوح الشعاع (على سبيل المثال ، التدريب وحماية العين والإجراءات المكتوبة وما إلى ذلك).

تعد أشعة الليزر عالية الطاقة أيضًا واحدة من أهم المخاطر الكهربائية في صناعة أشباه الموصلات. حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي ، توجد إمكانية صدمة كبيرة داخل الأداة ويجب تبديدها قبل العمل داخل الخزانة.

إلى جانب مخاطر الحزمة والمخاطر الكهربائية ، يجب أيضًا توخي الحذر عند إجراء الصيانة على أنظمة الوسم بالليزر بسبب احتمالية التلوث الكيميائي من ثالث أكسيد الأنتيمون المثبط للحريق والبريليوم (سيتم تمييز عبوات السيراميك التي تحتوي على هذا المركب). يمكن إنشاء أبخرة أثناء وضع العلامات باستخدام أشعة الليزر عالية الطاقة وإنشاء بقايا على أسطح المعدات ومرشحات شفط الدخان.

تم استخدام مزيلات الشحوم في الماضي لتنظيف أشباه الموصلات قبل تمييزها برموز التعريف. يمكن أن يحدث التعرض للمذيبات فوق حد التعرض المهني المنقولة جواً بسهولة إذا تم وضع رأس المشغل أسفل ملفات التبريد التي تتسبب في إعادة تكثيف الأبخرة ، كما يمكن أن يحدث عندما يحاول المشغل استرداد الأجزاء المتساقطة أو عندما يقوم الفني بتنظيف البقايا من أسفل الوحدة (بالدوين وستيوارت 1989). تم تقليل استخدام مزيلات الشحوم بشكل كبير في صناعة أشباه الموصلات بسبب القيود المفروضة على استخدام المواد المستنفدة للأوزون مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية والمذيبات المكلورة.

تحليل الفشل وضمان الجودة

عادةً ما تقوم مختبرات تحليل الفشل وتحليل الجودة بإجراء عمليات مختلفة تستخدم لضمان موثوقية الأجهزة. تقدم بعض العمليات التي يتم إجراؤها في هذه المختبرات إمكانية تعرض الموظفين. وتشمل هذه:

  • اختبارات الوسم استخدام مخاليط مختلفة من المذيبات والمسببة للتآكل في أكواب ساخنة على ألواح التسخين. هناك حاجة إلى تهوية العادم المحلي (LEV) على شكل غطاء معدني بسرعات وجه كافية للتحكم في الانبعاثات المتسربة. يمكن أن تؤدي محاليل مونو إيثانولامين إلى تعرضات تزيد عن حد التعرض الجوي (Baldwin and Williams 1996).
  • اختبار الفقاعات / التسرب استخدام مركبات الكربون الفلورية عالية الوزن الجزيئي (الاسم التجاري الفلورينت)
  • وحدات التعبئة والتغليف بأشعة x-ray.

 

يستخدم الكوبالت 60 (حتى 26,000 كوري) في المشععات لاختبار قدرة الدوائر المتكاملة على تحمل التعرض لإشعاع غاما في التطبيقات العسكرية والفضائية. في ظل الظروف العادية ، يكون تعرض الأفراد من هذه العملية أقل من 5 مللي سيفرت (500 مللي سيفرت) سنويًا (بالدوين وستيوارت 1989). الضوابط لهذه العملية المتخصصة إلى حد ما مماثلة لتلك المستخدمة في أنظمة Kr-85 للتسرب الدقيق (على سبيل المثال ، غرفة معزولة ، وأجهزة مراقبة الإشعاع المستمرة ، ومراقبة تعرض الأفراد وما إلى ذلك).

يتم استخدام مصادر ألفا الصغيرة "ذات الترخيص المحدد" (على سبيل المثال ، ميكرو- ومليكورات من الأميريسيوم -241) في عملية تحليل الفشل. هذه المصادر مغطاة بطبقة رقيقة واقية تسمى نافذة تسمح بانبعاث جسيمات ألفا من المصدر لاختبار قدرة الدائرة المتكاملة على العمل عند قصفها بجزيئات ألفا. عادةً ما يتم فحص المصادر بشكل دوري (على سبيل المثال ، نصف سنوي) بحثًا عن تسرب المواد المشعة الذي يمكن أن يحدث في حالة تلف نافذة الحماية. عادة ما يؤدي أي تسرب يمكن اكتشافه إلى إزالة المصدر وشحنه مرة أخرى إلى الشركة المصنعة.

تُستخدم أنظمة أشعة x-ray للخزانة للتحقق من سماكة الطلاءات المعدنية وتحديد العيوب (على سبيل المثال ، فقاعات الهواء في عبوات مركبات القوالب). على الرغم من أنها ليست مصدرًا مهمًا للتسرب ، إلا أنه يتم فحص هذه الوحدات عادةً على أساس دوري (على سبيل المثال ، سنويًا) باستخدام مقياس مسح يدوي لتسرب الأشعة السينية ويتم فحصها للتأكد من أن أقفال الأبواب تعمل بشكل صحيح.

الشحن

الشحن هو نقطة النهاية لمشاركة معظم مصنعي أجهزة أشباه الموصلات السليكونية. يبيع مصنعو أشباه الموصلات التجارية منتجاتهم إلى منتجي المنتجات النهائية الآخرين ، بينما يستخدم المصنعون الأسير الأجهزة لمنتجاتهم النهائية.

دراسة صحية

تستخدم كل خطوة عملية مجموعة معينة من المواد الكيميائية والأدوات التي تؤدي إلى مخاوف محددة بشأن البيئة والصحة والسلامة. بالإضافة إلى المخاوف المرتبطة بخطوات عملية محددة في معالجة جهاز أشباه الموصلات السليكونية ، قامت دراسة وبائية بالتحقيق في الآثار الصحية بين العاملين في صناعة أشباه الموصلات (Schenker et al.1992). انظر أيضًا المناقشة في مقالة "الآثار الصحية وأنماط المرض".

كان الاستنتاج الرئيسي للدراسة هو أن العمل في مرافق تصنيع أشباه الموصلات يرتبط بزيادة معدل الإجهاض التلقائي (SAB). في المكون التاريخي للدراسة ، كان عدد حالات الحمل التي تمت دراستها في موظفي التصنيع وغير التصنيعي متساويًا تقريبًا (447 و 444 على التوالي) ، ولكن كان هناك المزيد من حالات الإجهاض التلقائي في التصنيع (ن = 67) من حالات عدم التصنيع (ن = 46) . عند تعديل العوامل المختلفة التي يمكن أن تسبب التحيز (العمر ، والعرق ، والتدخين ، والإجهاد ، والحالة الاجتماعية والاقتصادية ، وتاريخ الحمل) كان الاختطار النسبي (RR) للتصنيع مقابل عدم التصنيع 1.43 (فاصل الثقة 95٪ = 0.95-2.09) .

ربط الباحثون زيادة معدل SAB مع التعرض لبعض إيثرات الجليكول القائمة على الإيثيلين (EGE) المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات. إيثرات الجليكول المحددة التي شاركت في الدراسة والتي يشتبه في أنها تسبب آثارًا إنجابية ضارة هي:

  • 2-ميثوكسي إيثانول (رقم المختصر الكيميائي: 109-86-4)
  • 2-ميثوكسي إيثيل أسيتات (CAS 110-49-6)
  • 2-إيثوكسي إيثيل أسيتات (رقم المختصر الكيميائي: 111-15-9).

 

على الرغم من عدم وجود جزء من الدراسة ، فإن اثنين من إيثرات الجليكول الأخرى المستخدمة في الصناعة ، وهما 2-إيثوكسي إيثانول (CAS 110-80-5) وثنائي إيثيلين جليكول ثنائي ميثيل الأثير (CAS 111-96-6) لهما تأثيرات سامة مماثلة وقد تم حظرهما من قبل البعض. مصنعي أشباه الموصلات.

بالإضافة إلى زيادة معدل SAB المرتبط بالتعرض لبعض إيثرات الجليكول ، خلصت الدراسة أيضًا إلى:

  • يوجد ارتباط غير متسق بين التعرض للفلورايد (في الحفر) و SAB.
  • كان الإجهاد المبلغ عنه ذاتيًا عامل خطر قويًا ومستقلًا لـ SAB بين النساء العاملات في مناطق التصنيع.
  • استغرقت النساء العاملات في منطقة التصنيع وقتًا أطول للحمل مقارنة بالنساء في المناطق غير التصنيعية.
  • كانت هناك زيادة في أعراض الجهاز التنفسي (تهيج العين والأنف والحنجرة والصفير) لعمال التصنيع مقارنة بعمال التصنيع غير المصنّعين.
  • ارتبطت الأعراض العضلية الهيكلية للطرف العلوي البعيد ، مثل آلام اليد والرسغ والكوع والساعد ، بعمل غرفة التصنيع.
  • تم الإبلاغ عن التهاب الجلد وتساقط الشعر (الثعلبة) بشكل متكرر بين عمال التصنيع أكثر من العمال غير المصنّعين.

 

مراجعة المعدات

إن تعقيد معدات تصنيع أشباه الموصلات ، إلى جانب التطورات المستمرة في عمليات التصنيع ، يجعل المراجعة السابقة للتركيب لمعدات العملية الجديدة مهمة لتقليل مخاطر البيئة والصحة والسلامة. تساعد عمليتا مراجعة المعدات على ضمان أن يكون لمعدات معالجة أشباه الموصلات الجديدة ضوابط البيئة والصحة والسلامة المناسبة: علامة CE ومعايير معدات ومواد أشباه الموصلات الدولية (SEMI).

علامة CE هي إعلان الشركة المصنعة بأن المعدات التي تم وضع علامة عليها تتوافق مع متطلبات جميع التوجيهات المعمول بها في الاتحاد الأوروبي (EU). بالنسبة لمعدات تصنيع أشباه الموصلات ، فإن توجيهات الماكينة (MD) وتوجيه التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) وتوجيه الجهد المنخفض (LVD) تعتبر تلك التوجيهات الأكثر قابلية للتطبيق.

في حالة توجيه EMC ، يجب الاحتفاظ بخدمات هيئة مختصة (منظمة مرخصة رسميًا من قبل دولة عضو في الاتحاد الأوروبي) لتحديد متطلبات الاختبار والموافقة على نتائج الفحص. قد يتم تقييم MD و LVD من قبل الشركة المصنعة أو هيئة مُبلغ عنها (منظمة مرخصة رسميًا من قبل دولة عضو في الاتحاد الأوروبي). بغض النظر عن المسار المختار (التقييم الذاتي أو الطرف الثالث) ، فإن مستورد السجل هو المسؤول عن كون المنتج المستورد يحمل علامة CE. قد يستخدمون معلومات الطرف الثالث أو معلومات التقييم الذاتي كأساس لاعتقادهم أن المعدات تفي بمتطلبات التوجيهات المعمول بها ، ولكن في النهاية ، سيعدون إعلان المطابقة ويلصقون علامة CE بأنفسهم.

تعتبر معدات ومواد أشباه الموصلات الدولية رابطة تجارية دولية تمثل موردي معدات ومواد عرض أشباه الموصلات والشاشات المسطحة. من بين أنشطتها تطوير المعايير الفنية الطوعية التي هي عبارة عن اتفاقيات بين الموردين والعملاء تهدف إلى تحسين جودة المنتج وموثوقيته بسعر معقول وإمداد ثابت.

اثنان من معايير SEMI التي تنطبق بشكل خاص على مخاوف البيئة والصحة والسلامة للمعدات الجديدة هما SEMI S2 و SEMI S8. SEMI S2-93 ، إرشادات السلامة لمعدات تصنيع أشباه الموصلات، كمجموعة دنيا من اعتبارات البيئة والصحة والسلامة القائمة على الأداء للمعدات المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات. SEMI S8-95 ، دليل مستخدم معايير النجاح المريحة للمورد، يتوسع في قسم بيئة العمل في SEMI S2.

تتطلب العديد من الشركات المصنعة لأشباه الموصلات أن يتم اعتماد المعدات الجديدة من قبل طرف ثالث على أنها تلبي متطلبات SEMI S2. توجد إرشادات لتفسير SEMI S2-93 و SEMI S8-95 في منشور صادر عن اتحاد الصناعة SEMATECH (SEMATECH 1996). معلومات إضافية عن SEMI متاحة على شبكة الإنترنت العالمية (http://www.semi.org).

المناولة الكيميائية

صرف السائل

مع تحول أنظمة التوزيع الآلي للمواد الكيميائية إلى القاعدة وليس الاستثناء ، انخفض عدد الحروق الكيميائية للموظفين. ومع ذلك ، يجب تثبيت الضمانات المناسبة في أنظمة التوزيع الآلي للمواد الكيميائية. وتشمل هذه:

  • كشف التسرب والإغلاق التلقائي في مصدر الإمداد بالجملة وفي صناديق التوصيل
  • احتواء مزدوج للخطوط إذا كانت المادة الكيميائية تعتبر مادة خطرة
  • مستشعرات عالية المستوى عند نقاط النهاية (حوض استحمام أو وعاء أدوات)
  • إيقاف تشغيل المضخة في الوقت المحدد (يسمح فقط بضخ كمية محددة إلى الموقع قبل إيقاف تشغيله تلقائيًا).

صرف الغاز

لقد تحسنت سلامة توزيع الغاز بشكل كبير على مر السنين مع ظهور أنواع جديدة من صمامات الأسطوانة ، وفتحات التدفق المقيدة المدمجة في الأسطوانة ، ولوحات تطهير الغاز الأوتوماتيكية ، واكتشاف معدل التدفق العالي وإغلاقه ، ومعدات أكثر تعقيدًا للكشف عن التسرب. نظرًا لخصائصه التلقائية الاشتعال واستخدامه الواسع كمخزون تغذية ، فإن غاز السيلان يمثل أكبر خطر انفجار داخل الصناعة. ومع ذلك ، فقد أصبحت حوادث غاز السيلان أكثر قابلية للتنبؤ مع بحث جديد أجراه Factory Mutual و SEMATECH. مع الفتحات المناسبة ذات التدفق المنخفض (RFOs) ، وضغوط التسليم ومعدلات التهوية ، تم القضاء على معظم حوادث التفجير (SEMATECH 1995).

وقعت العديد من حوادث السلامة في السنوات الأخيرة بسبب الاختلاط غير المنضبط للغازات غير المتوافقة. بسبب هذه الحوادث ، غالبًا ما يقوم مصنعو أشباه الموصلات بمراجعة تركيبات خطوط الغاز وصناديق غاز الأدوات لضمان عدم حدوث خلط غير صحيح و / أو تدفق عكسي للغازات.

عادة ما تولد القضايا الكيميائية أكبر المخاوف في تصنيع أشباه الموصلات. ومع ذلك ، فإن معظم الإصابات والوفيات داخل الصناعة ناتجة عن مخاطر غير كيميائية.

السلامة الكهربائية

هناك العديد من المخاطر الكهربائية المرتبطة بالمعدات المستخدمة في هذه الصناعة. تلعب أقفال الأمان دورًا مهمًا في السلامة الكهربائية ، ولكن غالبًا ما يتم تجاوز هذه التشابك بواسطة فنيي الصيانة. عادةً ما يتم تنفيذ قدر كبير من أعمال الصيانة بينما لا تزال المعدات نشطة أو غير نشطة جزئيًا فقط. ترتبط أهم المخاطر الكهربائية بغرسات الأيونات وإمدادات طاقة الليزر. حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي ، توجد إمكانية صدمة كبيرة داخل الأداة ويجب تبديدها قبل العمل داخل الأداة. ساعدت عملية مراجعة SEMI S2 في الولايات المتحدة وعلامة CE في أوروبا على تحسين السلامة الكهربائية للمعدات الجديدة ، لكن عمليات الصيانة لا يتم دائمًا النظر فيها بشكل كافٍ. هناك حاجة إلى مراجعة دقيقة لعمليات الصيانة والمخاطر الكهربائية لجميع المعدات المثبتة حديثًا.

ثانيًا في قائمة المخاطر الكهربائية هي مجموعة المعدات التي تولد طاقة التردد اللاسلكي أثناء عمليات الحفر ، والرش ، وتنظيف الغرفة. يلزم توفير التدريع والتأريض المناسبين لتقليل مخاطر حروق التردد اللاسلكي.

تتطلب هذه المخاطر الكهربائية والعديد من الأدوات التي لا يتم إيقاف تشغيلها أثناء عمليات الصيانة من فنيي الصيانة استخدام وسائل أخرى لحماية أنفسهم ، مثل إجراءات الإغلاق / الوسم. المخاطر الكهربائية ليست هي مصادر الطاقة الوحيدة التي يتم التعامل معها من خلال الإغلاق / tagout. تشمل مصادر الطاقة الأخرى خطوط الضغط ، والعديد منها يحتوي على غازات أو سوائل خطرة ، وأجهزة تحكم تعمل بالهواء المضغوط. يجب أن تكون عمليات قطع الاتصال للتحكم في مصادر الطاقة هذه في مكان متاح بسهولة - داخل القوات المسلحة البوروندية (التصنيع) أو منطقة المطاردة حيث سيعمل الموظف ، بدلاً من الأماكن غير الملائمة مثل المصانع الفرعية.

توازن

تستمر الواجهة بين الموظف والأداة في إحداث إصابات. إجهاد العضلات والالتواء شائع إلى حد ما في صناعة أشباه الموصلات ، خاصة مع فني الصيانة. غالبًا ما لا يتم تصميم الوصول إلى المضخات وأغطية الغرف وما إلى ذلك بشكل جيد أثناء تصنيع الأداة وأثناء وضع الأداة في fab. يجب أن تكون المضخات على عجلات أو توضع في أدراج أو صواني تسحب للخارج. يجب دمج أجهزة الرفع في العديد من العمليات.

يتسبب التعامل البسيط في الرقائق في مخاطر صحية ، خاصة في المنشآت القديمة. تحتوي المنشآت الأحدث عادةً على رقائق أكبر ، وبالتالي تتطلب أنظمة معالجة آلية أكثر. تعتبر العديد من أنظمة معالجة الرقاقات أجهزة روبوتية ، ويجب مراعاة مخاوف السلامة المتعلقة بهذه الأنظمة عند تصميمها وتركيبها (ANSI 1986).

السلامة من الحرائق

بالإضافة إلى غاز السيلان ، الذي تمت معالجته بالفعل ، فإن غاز الهيدروجين لديه القدرة على أن يكون خطر حريق كبير. ومع ذلك ، فمن المفهوم بشكل أفضل ولم تشهد الصناعة العديد من القضايا الرئيسية المرتبطة بالهيدروجين.

أخطر حريق الآن مرتبط ب الطوابق الرطبة أو حمامات الحفر. المواد البلاستيكية النموذجية للبناء (البولي فينيل كلورايد والبولي بروبيلين والبولي بروبيلين المقاوم للهب) كلها متورطة في صناعة الفاب حرائق. قد يكون مصدر الإشعال عبارة عن سخان حمام مطفي أو حفر ، أو يتم تثبيت أدوات التحكم الكهربائية مباشرة على البلاستيك أو أداة مجاورة. في حالة نشوب حريق بأحد هذه الأدوات البلاستيكية ، ينتشر التلوث بالجسيمات ومنتجات الاحتراق المسببة للتآكل في جميع أنحاء المصنع. الخسارة الاقتصادية كبيرة بسبب وقت التوقف في fab بينما يتم إعادة المنطقة والمعدات إلى معايير غرف الأبحاث. في كثير من الأحيان لا يمكن تطهير بعض المعدات باهظة الثمن بشكل مناسب ، ويجب شراء معدات جديدة. لذلك ، تعتبر الوقاية الكافية من الحرائق والحماية من الحرائق أمرًا بالغ الأهمية.

يمكن معالجة الوقاية من الحرائق بمواد بناء مختلفة غير قابلة للاحتراق. الفولاذ المقاوم للصدأ هو مادة البناء المفضلة لهذه الأسطح الرطبة ، ولكن في كثير من الأحيان لن "تقبل" العملية أداة معدنية. توجد مواد بلاستيكية ذات احتمالية أقل للحريق / الدخان ، ولكن لم يتم اختبارها بعد بشكل كافٍ لتحديد ما إذا كانت ستكون متوافقة مع عمليات تصنيع أشباه الموصلات.

للحماية من الحرائق ، يجب حماية هذه الأدوات عن طريق حماية الرش دون عائق. غالبًا ما يؤدي وضع مرشحات HEPA فوق المقاعد المبللة إلى سد رؤوس الرشاشات. في حالة حدوث ذلك ، يتم تثبيت رؤوس رش إضافية أسفل المرشحات. تطلب العديد من الشركات أيضًا تثبيت نظام للكشف عن الحرائق وإخمادها داخل تجاويف المكتملة على هذه الأدوات ، حيث تبدأ العديد من الحرائق.

 

الرجوع

السبت، 02 أبريل 2011 18: 39

شاشات الكريستال السائل

شاشات الكريستال السائل (LCD) متوفرة تجارياً منذ السبعينيات. يتم استخدامها بشكل شائع في الساعات والآلات الحاسبة وأجهزة الراديو وغيرها من المنتجات التي تتطلب مؤشرات وثلاثة أو أربعة أحرف أبجدية رقمية. تسمح التحسينات الأخيرة في مواد الكريستال السائل بتصنيع شاشات كبيرة. في حين أن شاشات LCD ليست سوى جزء صغير من صناعة أشباه الموصلات ، فقد ازدادت أهميتها مع استخدامها في شاشات العرض المسطحة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الخفيفة جدًا ومعالجات النصوص المخصصة. من المتوقع أن تستمر أهمية شاشات الكريستال السائل في النمو لأنها في النهاية تحل محل آخر أنبوب مفرغ شائع الاستخدام في الإلكترونيات - أنبوب أشعة الكاثود (CRT) (O'Mara 1970).

تصنيع شاشات الكريستال السائل هو عملية متخصصة للغاية. تشير نتائج مراقبة النظافة الصناعية إلى مستويات منخفضة جدًا من الملوثات المحمولة في الهواء لمختلف حالات التعرض للمذيبات التي تمت مراقبتها (Wade et al. 1981). بشكل عام ، تعد أنواع وكميات المواد الكيميائية الصلبة والسائلة والغازية السامة والمسببة للتآكل والقابلة للاشتعال والعوامل الفيزيائية الخطرة المستخدمة محدودة مقارنة بأنواع أخرى من تصنيع أشباه الموصلات.

المواد البلورية السائلة عبارة عن جزيئات شبيهة بالقضيب ممثلة في جزيئات السيانوبيفينيل الموضحة في الشكل 1. تمتلك هذه الجزيئات خاصية تدوير اتجاه الضوء المستقطب الذي يمر عبره. على الرغم من أن الجزيئات شفافة للضوء المرئي ، فإن حاوية المادة السائلة تظهر حليبيًا أو نصف شفافة بدلاً من شفافة. يحدث هذا بسبب محاذاة المحور الطويل للجزيئات بزوايا عشوائية ، وبالتالي يتشتت الضوء بشكل عشوائي. يتم ترتيب خلية عرض بلورية سائلة بحيث تتبع الجزيئات محاذاة معينة. يمكن تغيير هذا المحاذاة مع مجال كهربائي خارجي ، مما يسمح بتغيير استقطاب الضوء الوارد.

الشكل 1. جزيئات البوليمر البلورية السائلة الأساسية

ميكروفون030F1

في صناعة شاشات العرض المسطحة ، تتم معالجة ركيزتين زجاجيتين بشكل منفصل ، ثم يتم ضمهما معًا. تم نقش الركيزة الأمامية لإنشاء مصفوفة مرشح الألوان. الركيزة الزجاجية الخلفية منقوشة لتشكيل ترانزستورات رقيقة وخطوط ربط معدنية. يتم تزاوج هذين الصفيحتين في عملية التجميع ، وإذا لزم الأمر ، يتم تقطيعها وفصلها في شاشات فردية. يتم حقن مادة الكريستال السائل في فجوة بين لوحين زجاجيين. يتم فحص واختبار الشاشات ويتم وضع فيلم مستقطب على كل لوح زجاجي.

يلزم العديد من العمليات الفردية لتصنيع شاشات العرض المسطحة. إنها تتطلب معدات ومواد وعمليات متخصصة. بعض العمليات الرئيسية موضحة أدناه.

تحضير الركيزة الزجاجية

تعتبر الركيزة الزجاجية مكونًا أساسيًا ومكلفًا للشاشة. مطلوب تحكم شديد للغاية في الخواص البصرية والميكانيكية للمادة في كل مرحلة من مراحل العملية ، خاصةً عند وجود التسخين.

تصنيع الزجاج

يتم استخدام عمليتين لصنع زجاج رقيق للغاية بأبعاد دقيقة للغاية وخصائص ميكانيكية قابلة للتكرار. عملية الانصهار ، التي طورتها شركة Corning ، تستخدم قضيب تغذية زجاجي يذوب في حوض على شكل إسفين ويتدفق لأعلى وعلى جوانب الحوض. يتدفق الزجاج المنصهر على جانبي الحوض ، وينضم إلى ورقة واحدة في أسفل الحوض ويمكن سحبه لأسفل كصفيحة موحدة. يتم التحكم في سمك اللوح من خلال سرعة سحب الزجاج. يمكن الحصول على عروض تصل إلى 1 متر تقريبًا.

تستخدم الشركات المصنعة الأخرى للزجاج ذات الأبعاد المناسبة لركائز شاشات الكريستال السائل طريقة الطفو في التصنيع. في هذه الطريقة ، يُسمح للزجاج المصهور بالتدفق إلى طبقة من القصدير المصهور. لا يذوب الزجاج أو يتفاعل مع القصدير المعدني ، ولكنه يطفو على السطح. هذا يسمح للجاذبية بتنعيم السطح والسماح للجانبين بالتوازي. (انظر الفصل الزجاج والسيراميك والمواد ذات الصلة.)

تتوفر مجموعة متنوعة من أحجام الركائز التي تمتد حتى 450 × 550 مم وأكبر. سمك الزجاج النموذجي لشاشات العرض المسطحة 1.1 مم. يتم استخدام الزجاج الرقيق لبعض الشاشات الصغيرة ، مثل أجهزة الاستدعاء والهواتف والألعاب وما إلى ذلك.

القطع والشطف والتلميع

يتم تقليم ركائز الزجاج إلى حجمها بعد عملية الصهر أو الطفو ، عادةً إلى حوالي متر واحد على الجانب. تتبع العمليات الميكانيكية المختلفة عملية التشكيل ، اعتمادًا على التطبيق النهائي للمادة.

نظرًا لأن الزجاج هش وسهل التكسير أو التصدع عند الحواف ، فإن هذه الحواف عادةً ما تكون مشطوفة أو مشطوفة أو معالجة بطريقة أخرى لتقليل التقطيع أثناء المناولة. تتراكم الضغوط الحرارية عند شقوق الحواف أثناء معالجة الركيزة وتؤدي إلى الكسر. يعتبر كسر الزجاج مشكلة كبيرة أثناء الإنتاج. إلى جانب إمكانية حدوث جروح وتمزيقات للموظفين ، فإنه يمثل خسارة في المحصول ، وقد تظل شظايا الزجاج في المعدات ، مما يتسبب في تلوث الجسيمات أو خدش الركائز الأخرى.

يؤدي زيادة حجم الركيزة إلى زيادة الصعوبات في تلميع الزجاج. يتم تثبيت الركائز الكبيرة على ناقلات باستخدام الشمع أو مادة لاصقة أخرى ويتم صقلها باستخدام ملاط ​​من مادة كاشطة. يجب أن يتبع عملية التلميع هذه تنظيفًا كيميائيًا شاملًا لإزالة أي شمع متبقي أو بقايا عضوية أخرى ، بالإضافة إلى الملوثات المعدنية الموجودة في وسط التلميع أو الكشط.

سوائل التنظيف

تُستخدم عمليات التنظيف للركائز الزجاجية المكشوفة وللركائز المغطاة بأغشية عضوية ، مثل مرشحات الألوان وأفلام توجيه البوليميد وما إلى ذلك. أيضًا ، تتطلب الركائز ذات أشباه الموصلات والعازل والأغشية المعدنية التنظيف في نقاط معينة خلال عملية التصنيع. كحد أدنى ، يلزم التنظيف قبل كل خطوة إخفاء في مرشح الألوان أو تصنيع الترانزستور ذي الأغشية الرقيقة.

تستخدم معظم عمليات تنظيف اللوحة المسطحة مجموعة من الطرق الفيزيائية والكيميائية ، مع الاستخدام الانتقائي للطرق الجافة. بعد الحفر الكيميائي أو التنظيف ، عادة ما يتم تجفيف الركائز باستخدام كحول الأيزوبروبيل. (انظر الجدول 1.)

الجدول 1. تنظيف شاشات العرض المسطحة

التنظيف المادي

التنظيف الجاف

التنظيف الكيميائي

فرك الفرشاة

الأوزون فوق البنفسجي

مذيب عضوي*

رذاذ نفاث

بلازما (أكسيد)

منظف ​​محايد

فوق صوتي

بلازما (غير أكسيد)

 

ميجاسونيك

الليزر

ماء نقي

* المذيبات العضوية الشائعة المستخدمة في التنظيف الكيميائي تشمل: الأسيتون ، الميثانول ، الإيثانول ، n- بروبانول ، أيزومرات زيلين ، ثلاثي كلورو إيثيلين ، رباعي كلورو إيثيلين.

تشكيل مرشح اللون

يشتمل تشكيل مرشح الألوان على الركيزة الزجاجية الأمامية على بعض خطوات تشطيب الزجاج والتحضير الشائعة لكل من الألواح الأمامية والخلفية ، بما في ذلك عمليات الشطف واللف. يتم إجراء عمليات مثل الزخرفة والطلاء والمعالجة بشكل متكرر على الركيزة. توجد العديد من نقاط التشابه مع معالجة رقاقة السيليكون. عادة ما يتم التعامل مع الركائز الزجاجية في أنظمة الجنزير للتنظيف والطلاء.

نقش مرشح اللون

يتم استخدام العديد من المواد وطرق التطبيق لإنشاء مرشحات ألوان لأنواع مختلفة من شاشات العرض المسطحة. يمكن استخدام صبغة أو صبغة ، ويمكن ترسيب أي منهما وتنميطه بعدة طرق. في أحد الأساليب ، يتم ترسيب الجيلاتين وصبغه في عمليات الطباعة الحجرية الضوئية المتتالية ، باستخدام معدات الطباعة عن قرب ومقاومات الضوء القياسية. في حالة أخرى ، يتم استخدام أصباغ مشتتة في مقاوم الضوء. تشمل الطرق الأخرى لتشكيل مرشحات الألوان الترسيب الكهربائي والحفر والطباعة.

ترسيب ايتو

بعد تشكيل مرشح اللون ، تكون الخطوة الأخيرة هي ترسيب مادة قطب كهربي شفافة. هذا هو أكسيد الإنديوم-القصدير (ITO) ، وهو في الواقع خليط من الأكاسيد في2O3 و SnO2. هذه المادة هي الوحيدة المناسبة لتطبيق الموصل الشفاف لشاشات الكريستال السائل. مطلوب فيلم رقيق ITO على جانبي الشاشة. عادة ، يتم تصنيع أفلام ITO باستخدام التبخر والرش بالتفريغ.

من السهل حفر الأغشية الرقيقة من ITO بالمواد الكيميائية الرطبة مثل حمض الهيدروكلوريك ، ولكن عندما تصبح درجة الأقطاب الكهربائية أصغر وتصبح الميزات أدق ، قد يكون النقش الجاف ضروريًا لمنع تقويض الخطوط بسبب الإفراط في الجرح.

تشكيل الترانزستور الرقيق

إن تشكيل الترانزستور ذي الأغشية الرقيقة يشبه إلى حد بعيد تصنيع الدائرة المتكاملة.

ترسب غشاء رقيق

تبدأ الركائز عملية التصنيع بخطوة تطبيق غشاء رقيق. يتم ترسيب الأغشية الرقيقة بواسطة CVD أو ترسيب البخار الفيزيائي (PVD). يتم استخدام CVD المعزز بالبلازما ، والمعروف أيضًا باسم التفريغ المتوهج ، للسيليكون غير المتبلور ونتريد السيليكون وثاني أكسيد السيليكون.

جهاز الزخرفة

بمجرد ترسيب الفيلم الرقيق ، يتم تطبيق مقاوم للضوء وتصويره للسماح بنقش الفيلم الرقيق إلى الأبعاد المناسبة. يتم ترسيب سلسلة من الأغشية الرقيقة وحفرها ، كما هو الحال مع تصنيع الدوائر المتكاملة.

تطبيق وفرك فيلم التوجيه

على كل من الركيزة العلوية والسفلية ، يتم ترسيب فيلم بوليمر رقيق لتوجيه جزيئات الكريستال السائل على سطح الزجاج. قد يكون فيلم التوجيه هذا ، الذي قد يكون سمكه 0.1 ميكرومتر ، عبارة عن بوليميد أو مادة بوليمر "صلبة" أخرى. بعد الترسيب والخبز ، يُفرك بالقماش في اتجاه محدد ، تاركًا أخاديدًا بالكاد يمكن اكتشافها في السطح. يمكن أن يتم الفرك بقطعة قماش مرة واحدة على حزام ، يتم تغذيتها من بكرة من جانب واحد ، وتمريرها أسفل بكرة تلامس الركيزة ، على بكرة على الجانب الآخر. تتحرك الركيزة أسفل القماش في نفس اتجاه قطعة القماش. تتضمن الطرق الأخرى فرشاة متنقلة تتحرك عبر الركيزة. قيلولة مادة الفرك مهمة. تعمل الأخاديد على مساعدة جزيئات الكريستال السائل على المحاذاة عند سطح الركيزة وتحمل زاوية الميل المناسبة.

يمكن إيداع فيلم التوجيه عن طريق طلاء الدوران أو عن طريق الطباعة. طريقة الطباعة أكثر كفاءة في استخدام المواد ؛ يتم نقل 70 إلى 80٪ من البوليميد من أسطوانة الطباعة إلى سطح الركيزة.

جمعية

بمجرد اكتمال خطوة فرك الركيزة ، يبدأ تسلسل خط التجميع الآلي ، والذي يتكون من:

  • تطبيق لاصق (مطلوب لختم الألواح)
  • تطبيق فاصل
  • الموقع والمحاذاة البصرية للوحة واحدة فيما يتعلق بالآخر
  • التعرض (الحرارة أو الأشعة فوق البنفسجية) لمعالجة المادة اللاصقة ولصق اللوحين الزجاجيين معًا.

 

يحدث النقل الآلي للألواح العلوية والسفلية عبر الخط. تستقبل إحدى اللوحين المادة اللاصقة ، ويتم إدخال اللوح الثاني في محطة تطبيق المباعد.

حقن الكريستال السائل

في حالة إنشاء أكثر من شاشة واحدة على الركيزة ، يتم الآن فصل الشاشات عن طريق التقطيع. عند هذه النقطة ، يمكن إدخال مادة الكريستال السائل في الفجوة بين الركائز ، باستخدام الفتحة المتبقية في مادة الختم. ثم يتم إغلاق فتحة المدخل هذه وإعدادها للفحص النهائي. غالبًا ما يتم تسليم المواد البلورية السائلة على شكل نظامين أو ثلاثة مكونات يتم خلطها عند الحقن. توفر أنظمة الحقن خلطًا وتطهيرًا للخلية لتجنب محاصرة الفقاعات أثناء عملية الملء.

الفحص والاختبار

يتم إجراء الفحص والاختبار الوظيفي بعد التجميع وحقن الكريستال السائل. ترتبط معظم العيوب بالجسيمات (بما في ذلك عيوب النقطة والخط) ومشاكل فجوة الخلية.

مرفق المستقطب

خطوة التصنيع النهائية لشاشة العرض البلورية السائلة نفسها هي تطبيق المستقطب على السطح الخارجي لكل لوح زجاجي. أغشية المستقطب عبارة عن أغشية مركبة تحتوي على طبقة لاصقة حساسة للضغط ضرورية لربط المستقطب بالزجاج. يتم تطبيقها بواسطة آلات آلية تقوم بتوزيع المواد من اللفائف أو الألواح المقطعة مسبقًا. الآلات هي أنواع مختلفة من آلات وضع العلامات المطورة للصناعات الأخرى. الفيلم المستقطب متصل بكلا جانبي الشاشة.

في بعض الحالات ، يتم تطبيق فيلم تعويضي قبل المستقطب. أغشية التعويض عبارة عن أغشية بوليمر (على سبيل المثال ، بولي كربونات وبولي ميثيل ميثاكريلات) يتم شدها في اتجاه واحد. هذا التمدد يغير الخصائص البصرية للفيلم.

عادةً ما تحتوي الشاشة المكتملة على دوائر سائق متكاملة مثبتة على أو بالقرب من أحد الركائز الزجاجية ، وعادةً ما يكون جانب الترانزستور الرقيق.

المخاطر

يمثل كسر الزجاج خطرًا كبيرًا في تصنيع شاشات الكريستال السائل. يمكن أن تحدث الجروح والتمزقات. يعد التعرض للمواد الكيميائية المستخدمة في التنظيف مصدر قلق آخر.

 

الرجوع

السبت، 02 أبريل 2011 18: 40

تصنيع أشباه الموصلات III-V

سيطر السيليكون تاريخياً على تطوير تكنولوجيا IC كمواد أولية لأشباه الموصلات. ركز التركيز الرئيسي في السنوات الأخيرة على بديل السيليكون على مركبات III-V ، مثل زرنيخيد الغاليوم (GaAs) ، كمادة ركيزة. كمواد شبه موصلة ، يُظهر GaAs قدرات متزايدة على السيليكون ، مثل تنقل الإلكترون من 5 إلى 6 مرات من السيليكون. تؤدي هذه الخاصية ، إلى جانب الخصائص شبه العازلة المحتملة لغاليوم GaAs ، إلى زيادة الأداء في كل من السرعة واستهلاك الطاقة.

يحتوي GaAs على هيكل مزيج من الزنك يتكون من شبكتين فرعيتين مكعبتين متداخلتين تركزان على الوجه وتتعلقان بنمو مادة سبيكة عالية الجودة. تعد التكنولوجيا المستخدمة في نمو GaAs أكثر تعقيدًا بكثير من تلك المستخدمة في السيليكون ، حيث يتم تضمين توازن أكثر تعقيدًا على مرحلتين ومكون شديد التقلب ، الزرنيخ (As). مطلوب التحكم الدقيق في ضغط البخار As في نظام نمو السبيكة للحفاظ على القياس المتكافئ الدقيق لمركب GaAs أثناء عملية النمو. هناك فئتان أساسيتان من شاشات عرض أشباه الموصلات III-V وإنتاج الأجهزة لهما إجراءات معالجة مجدية اقتصاديًا - شاشات LED وأجهزة الميكروويف IC.

يتم تصنيع مصابيح LED من GaAs أحادي البلورة حيث يتم تشكيل تقاطعات pn عن طريق إضافة عوامل المنشطات المناسبة - عادةً التيلوريوم أو الزنك أو السيليكون. تزرع الطبقات فوق المحورية من المواد III-V الثلاثية والرباعية مثل فوسفيد زرنيخيد الغاليوم (GaAsP) على الركيزة وتؤدي إلى نطاق انبعاث من أطوال موجية محددة في الطيف المرئي للشاشات أو في طيف الأشعة تحت الحمراء للبواعث أو الكاشفات. على سبيل المثال ، يأتي الضوء الأحمر الذي يبلغ ذروته عند حوالي 650 نانومتر من إعادة التركيب المباشر لإلكترونات pn والثقوب. تتكون الثنائيات التي ينبعث منها اللون الأخضر بشكل عام من فوسفيد الغاليوم (GaP). يتم تناول خطوات معالجة LED المعممة في هذه المقالة.

تعد أجهزة الميكروويف IC شكلًا متخصصًا من الدوائر المتكاملة ؛ يتم استخدامها كمضخمات عالية التردد (2 إلى 18 جيجاهرتز) للرادار والاتصالات والقياس عن بعد ، وكذلك لمكبرات الأوكتاف والأوكتاف المتعددة للاستخدام في أنظمة الحرب الإلكترونية. عادةً ما يشتري مصنعو أجهزة الميكروويف IC ركيزة GaAs أحادية البلورة ، إما مع طبقة فوقية أو بدونها ، من البائعين الخارجيين (كما يفعل مصنعو أجهزة السيليكون). تشمل خطوات المعالجة الرئيسية الترسيب فوق المحور السائل في المرحلة السائلة ، والتصنيع والمعالجة غير التصنيعية المشابهة لتصنيع أجهزة السيليكون. تتم أيضًا مناقشة خطوات المعالجة التي تتطلب وصفًا إضافيًا لتلك الخاصة بمعالجة LED في هذه المقالة.

تصنيع بسكويت الويفر

على غرار عملية نمو سبيكة السيليكون ، تتفاعل الأشكال الأولية من الغاليوم والزرنيخ ، بالإضافة إلى كميات صغيرة من المواد المخدرة - السليكون أو التيلوريوم أو الزنك - عند درجات حرارة مرتفعة لتشكيل سبائك من أحادي البلورة مخدر GaAs. يتم استخدام ثلاث طرق معممة لإنتاج السبائك المعدنية:

  • أفقي أو عمودي Bridgeman
  • تجميد التدرج الأفقي أو العمودي
  • سائل عالي أو منخفض الضغط مغلف Czochralski (LEC).

 

يتكون مركب GaAs متعدد البلورات بشكل طبيعي عن طريق تفاعل بخار مع معدن Ga عند درجات حرارة مرتفعة في أمبولات كوارتز محكمة الغلق. عادة ، يتم تسخين خزان As الموجود في أحد طرفي الأمبولة إلى 618 درجة مئوية. هذا يولد ما يقرب من 1 جو من ضغط البخار في الأمبولة ، وهو شرط أساسي للحصول على GaAs المتكافئة. يتفاعل بخار As مع معدن Ga المحفوظ عند 1,238 درجة مئوية ويقع في الطرف الآخر من الأمبولة في قارب كوارتز أو نيتريد البورون (PBN). بعد تفاعل الزرنيخ تمامًا ، تتشكل شحنة متعددة البلورات. يستخدم هذا للنمو أحادي البلورة عن طريق التبريد المبرمج (تجميد متدرج) أو عن طريق تحريك الأمبولة أو الفرن فعليًا لتوفير تدرجات درجة حرارة مناسبة للنمو (بريدجمان). يستخدم هذا النهج غير المباشر (نقل الزرنيخ) لتركيب ونمو GaAs بسبب ارتفاع ضغط بخار الزرنيخ عند نقطة انصهار GaAs ، حوالي 20 الغلاف الجوي عند 812 درجة مئوية و 60 جوًا عند 1,238،XNUMX درجة مئوية ، على التوالي.

طريقة أخرى للإنتاج التجاري لأحادي البلورة المفردة السائبة هي تقنية LEC. يتم تحميل مجتذب بلوري Czochralski بقطع من GaAs في بوتقة مع حساس خارجي للجرافيت. يتم بعد ذلك إذابة كميات كبيرة من GaAs عند درجات حرارة قريبة من 1,238،100 درجة مئوية ، ويتم سحب البلورة في جو مضغوط يمكن أن يتغير حسب الشركة المصنعة عادةً من عدد قليل من الغلاف الجوي حتى XNUMX الغلاف الجوي. يتم تغليف المصهور بالكامل بواسطة زجاج لزج ، ب2O3، والذي يمنع تفكك الذوبان حيث يتم مطابقة ضغط البخار أو تجاوزه بضغط غاز خامل (عادة الأرجون أو النيتروجين) المطبق في غرفة المجتذب. بدلاً من ذلك ، يمكن تصنيع GaAs أحادي البلورية فى الموقع عن طريق حقن As في Ga المنصهر أو دمج As و Ga مباشرة عند ضغط عالٍ.

يمثل تصنيع رقاقة GaAs عملية تصنيع أشباه الموصلات مع أكبر إمكانية للتعرضات الكيميائية الروتينية الكبيرة. بينما يتم تصنيع رقاقة GaAs بواسطة نسبة صغيرة فقط من مصنعي أشباه الموصلات ، هناك حاجة إلى تركيز خاص في هذا المجال. الكميات الكبيرة من كما هو مستخدم في هذه العملية ، فإن الخطوات العديدة في العملية والحد الأدنى للتعرض الجوي للزرنيخ يجعل من الصعب التحكم في التعرض. مقالات كتبها هاريسون (1986) ؛ لينيهان وشيهي وجونز (1989) ؛ يوفر McIntyre و Sherin (1989) و Sheehy and Jones (1993) معلومات إضافية حول المخاطر والضوابط لهذه العملية.

تخليق السبيكة الكريستالات

تحميل وختم أمبولة

يتم وزن عنصر العنصر As (99.9999٪) في شكل مقطع وتحميله في قارب كوارتز في صندوق قفازات مستنفد. يتم أيضًا وزن السائل النقي Ga (99.9999٪) والمواد المشبعة وتحميلها في قارب (قوارب) كوارتز أو نيتريد البورون (PBN) بنفس الطريقة. يتم تحميل القوارب في أمبولة كوارتز أسطوانية طويلة. (في تقنيات Bridgman والتجميد المتدرج ، يتم أيضًا إدخال بلورة بذرة ذات اتجاه بلوري مرغوب ، بينما في تقنية LEC ذات المرحلتين ، حيث لا يلزم سوى بولي GaAs في هذه المرحلة ، يتم تصنيع GaAs متعدد البلورات بدون بلورة البذور. )

توضع أمبولات الكوارتز في فرن بدرجة حرارة منخفضة ويتم تسخينها أثناء تطهير الأمبولة بالهيدروجين (H2) ، في عملية تعرف باسم تفاعل اختزال الهيدروجين ، لإزالة الأكاسيد. بعد التطهير بغاز خامل مثل الأرجون ، يتم توصيل أمبولات الكوارتز بمضخة تفريغ ، ويتم تفريغها ، ويتم تسخين نهايات الأمبولات وإغلاقها بشعلة هيدروجين / أكسجين. هذا يخلق أمبولة كوارتز مشحونة ومختومة جاهزة لنمو الفرن. يعد التطهير بالهيدروجين ونظام شعلة الهيدروجين / الأكسجين خطرًا محتملاً للحريق / الانفجار إذا لم يتم استخدام أجهزة ومعدات السلامة المناسبة (Wade et al. 1981).

بسبب تسخين الزرنيخ ، يتم الحفاظ على هذا التجميع تحت تهوية العادم. يمكن أن تتكون رواسب أكسيد الزرنيخ في قناة العادم التي تدعم هذا التجمع. يجب توخي الحذر لمنع التعرض والتلوث في حالة حدوث خلل في القنوات بأي شكل من الأشكال.

تخزين ومناولة قطع الزرنيخ مصدر قلق. لدواعي الأمان ، غالبًا ما يتم الاحتفاظ بالزرنيخ في مخزن مغلق مع وجود رقابة صارمة على المخزون. عادةً ما يتم الاحتفاظ بالزرنيخ أيضًا في خزانة تخزين مقاومة للحريق لمنع مشاركته في حالة نشوب حريق.

نمو الفرن

تستخدم طرق Bridgeman والتجميد المتدرج لنمو سبيكة بلورة واحدة أمبولات كوارتز مشحونة ومختومة في حاوية فرن عالية الحرارة يتم تنفيسها إلى نظام غسيل رطب. تتعلق مخاطر التعرض الأولية أثناء نمو الفرن بإمكانية انفجار أمبولة الكوارتز أو انفجارها أثناء نمو السبيكة. يحدث هذا الموقف على أساس متقطع وغير متكرر إلى حد ما ، وينتج عن أحد الأمور التالية:

  • الضغط الجزئي لبخار As الناتج عن درجات الحرارة العالية المستخدمة في عملية النمو
  • إزالة التزجيج من زجاج أمبولة الكوارتز ، مما يؤدي إلى حدوث تشققات في خط الشعر وما يصاحب ذلك من إمكانية إزالة الضغط من الأمبولة
  • عدم وجود أجهزة دقيقة للتحكم في درجات الحرارة المرتفعة على مصدر التسخين - عادة من نوع المقاومة - مع الضغط الزائد الناتج عن أمبولة الكوارتز
  • عطل أو فشل في الازدواج الحراري ، مما أدى إلى زيادة ضغط أمبولة الكوارتز
  • الزائدة As أو القليل جدًا من Ga في أنبوب الأمبولة ، مما يؤدي إلى ارتفاع شديد في ضغط As ، والذي يمكن أن يتسبب في خفض ضغط الأمبولة بشكل كارثي.

 

يتكون نظام Bridgeman الأفقي من فرن متعدد المناطق حيث تحتوي أمبولة الكوارتز المختومة على مناطق درجة حرارة منفصلة - طرف إصبع الزرنيخ "البارد" عند 618 درجة مئوية وزورق بلوري كوارتز غاليوم / مخدر / بذرة يحتوي على الذوبان عند 1,238،XNUMX درجة مئوية. يتضمن المبدأ الأساسي في نظام Bridgeman الأفقي عبور منطقتين مسخنتين (واحدة فوق نقطة انصهار GaAs ، وواحدة أسفل نقطة الانصهار) فوق قارب من GaAs لتوفير تجميد متحكم فيه بدقة لـ GaAs المنصهرة. توفر بلورة البذور ، التي يتم الاحتفاظ بها في جميع الأوقات في منطقة التجميد ، بنية البداية البلورية الأولية ، وتحديد اتجاه واتجاه الهيكل البلوري داخل القارب. يتم تعليق قارب الكوارتز وأمبولة Ga و As داخل غرفة التسخين بواسطة مجموعة من بطانات كربيد السيليكون تسمى أنابيب الدعم ، والتي يتم وضعها داخل مجموعة سخان المقاومة لتحريك المسافة الكاملة للأمبولة ميكانيكيًا. بالإضافة إلى ذلك ، تقع مجموعة الفرن على منضدة يجب إمالتها أثناء النمو لتوفير الواجهة المناسبة لتخليق GaAs المصهور مع بلورة البذور.

في طريقة التجميد المتدرج ، يتم الاحتفاظ بفرن ذو درجة حرارة عالية متعدد المناطق يستخدم تسخين المقاومة عند 1,200 إلى 1,300 درجة مئوية (1,237،3 درجة مئوية هي نقطة ذوبان / تجميد GaAs). عادةً ما تكون المدة الإجمالية لعملية نمو السبيكة XNUMX أيام وتتألف من الخطوات التالية:

  • حرق الفرن لدرجة الحرارة
  • توليف GaAs
  • بذر الذوبان
  • يبرد / نمو البلورات.

 

يتم أيضًا إمالة أمبولة الكوارتز أثناء عملية النمو باستخدام مقبس يدوي من نوع المقص.

أمبولة اندلاع

بعد زراعة سبيكة GaAs أحادية البلورة داخل أمبولة الكوارتز المختومة ، يجب فتح الأمبولة وإزالة قارب الكوارتز الذي يحتوي على السبيكة بالإضافة إلى بلورة البذور. يتم تحقيق ذلك بإحدى الطرق التالية:

  • قطع الطرف المختوم للأمبولات بمنشار دائري مبلل
  • تسخين وتكسير الأمبولة بشعلة الهيدروجين / الأكسجين
  • تكسير الأمبولة المعبأة بمطرقة أثناء وجودها تحت العادم للتحكم في الزرنيخ المحمول بالهواء.

 

يتم إعادة تدوير أمبولات الكوارتز عن طريق النقش الرطب للزرنيخ المكثف على السطح الداخلي باستخدام ماء ريجيا (حمض الهيدروكلوريك ، HNO3) أو حمض الكبريتيك / بيروكسيد الهيدروجين (H.2SO4/H2O2).

السفع بالخرز / التنظيف

من أجل رؤية عيوب الكريستالات وإزالة الأكاسيد والملوثات الخارجية ، يجب أن يتم تفجير سبيكة GaAs أحادية البلورة. تتم عملية السفع بالخرز في وحدة صندوق قفازات مستنفدة باستخدام إما كربيد السيليكون أو وسط تفجير الألومينا المكلس. يتم التنظيف الرطب في الحمامات الكيميائية المزودة بتهوية واستخدام عادم محلي أكوا ريجيا أو شطف الكحول (كحول الأيزوبروبيل و / أو الميثانول).

نمو سبيكة أحادي البلورية

يتم تكسير سبيكة GaAs متعددة البلورات المسترجعة من الأمبولة إلى قطع ، ووزنها ووضعها في بوتقة كوارتز أو PBN ، ويوضع قرص من أكسيد البورون فوقها. يتم وضع البوتقة بعد ذلك في مزارع بلوري (مجتذب) مضغوط في غاز خامل ، وتسخينه إلى 1,238 درجة مئوية. عند درجة الحرارة هذه ، يذوب GaAs ، ويتحول أكسيد البورون الأخف إلى مادة سائلة لمنع الزرنيخ من الانفصال عن الذوبان. يتم إدخال بلورة بذرة في المصهور أسفل غطاء السائل وأثناء الدوران المعاكس ، يتم سحبها ببطء من المصهور ، وبالتالي تصلب لأنها تترك "المنطقة الساخنة". تستغرق هذه العملية حوالي 24 ساعة ، اعتمادًا على حجم الشحن وقطر البلورة.

بمجرد اكتمال دورة النمو ، يتم فتح المزارع لاستعادة السبيكة أحادية البلورية وللتنظيف. تتسرب بعض كمية الزرنيخ من الذوبان حتى مع وجود غطاء السائل في مكانه. يمكن أن يكون هناك تعرض كبير للزرنيخ المحمول في الهواء خلال هذه الخطوة من العملية. للتحكم في هذا التعرض ، يتم تبريد المزارع إلى أقل من 100 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى ترسب جزيئات الزرنيخ الدقيقة على السطح الداخلي للمزارع. يساعد هذا التبريد على تقليل كمية الزرنيخ التي تنتقل عبر الهواء.

تُترك رواسب ثقيلة من المخلفات المحتوية على الزرنيخ في داخل المزارع البلوري. يمكن أن تؤدي إزالة المخلفات أثناء الصيانة الوقائية الروتينية إلى تركيزات كبيرة محمولة جواً من الزرنيخ (Lenihan، Sheehy and Jones 1989؛ Baldwin and Stewart 1989؛ McIntyre and Sherin 1989). غالبًا ما تشتمل أدوات التحكم المستخدمة أثناء عملية الصيانة هذه على تهوية عادم الزبال والملابس التي تستخدم لمرة واحدة وأجهزة التنفس.

عندما تتم إزالة السبيكة ، يتم تفكيك المزارع. يتم استخدام مكنسة HEPA لالتقاط جزيئات الزرنيخ من جميع أجزاء المزارع. بعد التنظيف بالمكنسة الكهربائية ، تُمسح أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ بمزيج هيدروكسيد الأمونيوم / بيروكسيد الهيدروجين لإزالة أي زرنيخ متبقي ، ويتم تجميع المزارع.

تجهيز بسكويت الويفر

حيود الأشعة السينية

يتم تحديد الاتجاه البلوري لسبيكة GaAs عن طريق استخدام وحدة حيود الأشعة السينية ، كما هو الحال في معالجة سبيكة السيليكون. يمكن استخدام ليزر منخفض الطاقة لتحديد الاتجاه البلوري في بيئة الإنتاج ؛ ومع ذلك ، فإن حيود الأشعة السينية أكثر دقة وهي الطريقة المفضلة.

عند استخدام حيود الأشعة السينية ، غالبًا ما يتم تغليف حزمة الأشعة السينية بالكامل بخزانة واقية يتم فحصها دوريًا بحثًا عن تسرب الإشعاع. في ظل ظروف معينة ، ليس من العملي احتواء حزمة الأشعة السينية بالكامل في حاوية متشابكة. في هذه الحالة ، قد يُطلب من المشغلين ارتداء شارات إصبع الإشعاع ، ويتم استخدام عناصر تحكم مماثلة لتلك المستخدمة في أجهزة الليزر عالية الطاقة (على سبيل المثال ، غرفة مغلقة ذات وصول محدود ، وتدريب المشغل ، وإحاطة الحزمة بقدر ما هو عملي ، وما إلى ذلك) ( بالدوين وويليامز 1996).

تقطيع السبائك المعدنية وطحنها وتقطيعها إلى شرائح

تتم إزالة نهايات أو ذيول السبيكة أحادية البلورة ، باستخدام منشار ماسي أحادي الشفرة مشحم بالماء ، مع إضافة العديد من المبردات إلى الماء. ثم يتم وضع السبيكة أحادية البلورية على مخرطة تشكلها في سبيكة أسطوانية ذات قطر موحد. هذه هي عملية الطحن ، وهي أيضًا عملية رطبة.

بعد القص والطحن ، تكون سبائك GaAs عبارة عن إيبوكسي أو شمع مثبت على حزمة من الجرافيت ويتم نشرها في رقائق فردية من خلال استخدام المناشير ذات الشفرات الماسية ذات القطر الداخلي (ID). تتم هذه العملية الرطبة باستخدام مواد التشحيم وتنتج ملاط ​​GaAs ، والذي يتم تجميعه وطرده مركزيًا ومعالجته بفلوريد الكالسيوم لترسيب الزرنيخ. يتم اختبار المادة الطافية للتأكد من أنها لا تحتوي على زرنيخ زائد ، ويتم ضغط الحمأة في كعكة والتخلص منها كنفايات خطرة. ترسل بعض الشركات المصنعة الملاط الذي تم جمعه من عمليات زراعة السبائك وطحنها وتقطيعها لاستعادة Ga.

قد يتشكل الأرسين والفوسفين من تفاعل حمض الغاليوم وفوسفيد الإنديوم مع الرطوبة في الهواء ، والزرنيخيدات الأخرى والفوسفيدات أو عند مزجهما مع الأحماض أثناء معالجة زرنيخيد الغاليوم وفوسفيد الإنديوم ؛ تم قياس 92 جزء في البليون من الزرنيخ و 176 جزء في البليون من الفوسفين على بعد بوصتين من شفرات التقطيع المستخدمة في قص سبائك الغاليوم وسبائك فوسفيد الإنديوم (موسوفسكي وآخرون 2 ، راينر وآخرون 1992).

غسيل بسكويت الويفر

بعد نزع رقائق GaAs من حزمة الجرافيت ، يتم تنظيفها عن طريق الغمس المتتابع في حمامات كيميائية رطبة تحتوي على محاليل حمض الكبريتيك / بيروكسيد الهيدروجين أو حمض الأسيتيك والكحول.

التنميط الحافة

تنميط الحواف هو أيضًا عملية رطبة يتم إجراؤها على شرائح الرقاقات لتشكيل حافة حول الرقاقة ، مما يجعلها أقل عرضة للكسر. نظرًا لأنه يتم إجراء قطع رفيع فقط على سطح الرقاقة ، يتم إنشاء كمية صغيرة فقط من الملاط.

اللف والتلميع

الرقاقات عبارة عن شمع مركب على صفيحة اللف أو الطحن ، باستخدام لوح تسخين ، ويتم لفها على آلة تمارس سرعة دوران وضغطًا محددين. يتم تغذية محلول اللف على سطح اللف (ملاط من أكسيد الألومنيوم والجلسرين والماء). بعد فترة تجلي قصيرة ، عندما يتم تحقيق السماكة المطلوبة ، يتم شطف الرقائق وتثبيتها على آلة تلميع ميكانيكية. يتم إجراء التلميع باستخدام بيكربونات الصوديوم ، 5٪ كلور ، ماء (أو هيبوكلوريت الصوديوم) وملاط سيليكا غرواني. ثم يتم فك الرقائق على لوح تسخين ، وإزالة الشمع باستخدام المذيبات وتنظيف الرقائق.

تنضيد

تُستخدم رقائق GaAs أحادية البلورة كركائز لنمو طبقات رقيقة جدًا من نفس المركبات III-V التي لها الخصائص الإلكترونية أو البصرية المرغوبة. يجب أن يتم ذلك بطريقة تستمر ، في الطبقة المزروعة ، في التركيب البلوري للركيزة. مثل هذا النمو البلوري ، الذي تحدد فيه الركيزة التبلور واتجاه الطبقة المزروعة ، يسمى epitaxy ، ويتم استخدام مجموعة متنوعة من تقنيات النمو فوق المحور في عرض III-V وإنتاج الجهاز. الأساليب الأكثر شيوعًا هي:

  • epitaxy المرحلة السائلة (LPE)
  • epitaxy الشعاع الجزيئي (MBE)
  • epitaxy طور البخار (VPE)
  • ترسيب البخار الكيميائي المعدني (MOCVD) - المعروف أيضًا باسم epitaxy الطور المعدني العضوي (OMVPE).

 

epitaxy المرحلة السائلة

في LPE ، يتم زراعة طبقة من مادة III-V المخدرة مباشرة على سطح الركيزة GaAs باستخدام حامل الجرافيت الذي يحتوي على غرف منفصلة للمادة المراد ترسيبها على الرقائق. تضاف الكميات الموزونة من مواد الترسيب إلى الغرفة العلوية للحامل ، بينما توضع الرقائق في الغرفة السفلية. يتم وضع التجميع داخل أنبوب تفاعل كوارتز تحت جو هيدروجين. يتم تسخين الأنبوب لإذابة مواد الترسيب ، وعندما يتوازن الذوبان ، ينزلق الجزء العلوي من الحامل بحيث يتم وضع الذوبان فوق الرقاقة. ثم يتم خفض درجة حرارة الفرن لتشكيل طبقة فوقية.

يستخدم LPE بشكل أساسي في epitaxy الميكروويف IC وتصنيع مصابيح LED ذات أطوال موجية معينة. يتمثل الشاغل الرئيسي في عملية LPE هذه في استخدام غاز الهيدروجين شديد الاشتعال في النظام ، والذي يتم تخفيفه عن طريق الضوابط الهندسية الجيدة وأنظمة الإنذار المبكر.

شعاع الشعاع الجزيئي

تم تطوير epitaxy فراغ في شكل MBE كتقنية متعددة الاستخدامات بشكل خاص. يتكون MBE من GaAs من نظام مفرط الفراغ يحتوي على مصادر للحزم الذرية أو الجزيئية من Ga و As ورقاقة ركيزة مسخنة. عادةً ما تكون مصادر الحزمة الجزيئية عبارة عن حاويات لـ Ga السائل أو الصلبة As. المصادر لها فتحة تواجه رقاقة الركيزة. عندما يتم تسخين فرن الانصباب (أو الحاوية) ، تتسرب ذرات الجا أو جزيئات من الفوهة. بالنسبة إلى GaAs ، يحدث النمو عادةً عند درجة حرارة أعلى من 450 درجة مئوية.

يمكن أن تحدث حالات التعرض العالية لمادة الزرنيخ أثناء صيانة أنظمة MBE ذات المصدر الصلب. تم الكشف عن تركيزات هواء الغرفة من 0.08 جزء في المليون في دراسة واحدة عندما تم فتح غرفة وحدة MBE للصيانة. افترض المؤلفون أن توليد الزرنيخ العابر قد يكون ناتجًا عن تفاعل جسيمات دقيقة جدًا من الزرنيخ مع بخار الماء ، حيث يعمل الألمنيوم كعامل مساعد (Asom et al.1991).

طور التبخر

تخضع الرقاقات المصقولة والمنزوعة الشحوم لخطوة حفر ونظيفة قبل التصلب. يتضمن ذلك عملية غمس كيميائية رطبة متتابعة باستخدام حامض الكبريتيك وبيروكسيد الهيدروجين والماء بنسبة 5: 1: 1 ؛ شطف بالماء غير المتأين ؛ وكحول الأيزوبروبيل نظيف / جاف. يتم أيضًا إجراء فحص بصري.

يتم استخدام طريقتين رئيسيتين لـ VPE ، بناءً على نوعين كيميائيين مختلفين:

  • الهالوجينات III (GaCl3) و V- هالوجينات (AsCl3) أو V- هيدروجين (AsH3 و PH3)
  • المواد العضوية المعدنية III و V-hydrogen ، مثل Ga (CH3)3 و AsH3—OOMVPE.

 

تختلف الكيمياء الحرارية لهذه التقنيات اختلافًا كبيرًا. عادة ما تكون تفاعلات الهالوجين "ساخنة" إلى "باردة" ، حيث يتولد الهالوجين الثالث في منطقة ساخنة عن طريق تفاعل العنصر III مع حمض الهيدروكلوريك ، ثم ينتشر إلى المنطقة الباردة ، حيث يتفاعل مع الأنواع V لتشكيل مادة III-V الكيمياء العضوية المعدنية هي عملية "الجدار الساخن" حيث يقوم المركب المعدني العضوي III "بالتشقق" أو التحلل الحراري بعيدًا عن المجموعة العضوية ويتفاعل III و hydride V المتبقي لتشكيل III-V.

في VPE ، يتم وضع الركيزة GaAs في غرفة ساخنة تحت جو هيدروجين. يتم تسخين الغرفة إما عن طريق التسخين RF أو المقاومة. يتم فقاعات حمض الهيدروكلوريك من خلال قارب Ga ، مكونًا كلوريد الغاليوم ، والذي يتفاعل بعد ذلك مع AsH3 و PH3 بالقرب من سطح الرقائق لتشكيل GaAsP ، والذي يترسب كطبقة فوقية على الركيزة. هناك عدد من المنشطات التي يمكن إضافتها (حسب المنتج والوصفة). وتشمل هذه تركيزات منخفضة من التيلورايد والسيلينيدات والكبريتيدات.

من الأساليب الشائعة المستخدمة في VPE في معالجة LED نظام III-halogen و V-hydrogen (hydride). إنها تنطوي على عملية من دورتين - في البداية تنمية الطبقة فوق المحورية من GaAsP على الركيزة GaAs وأخيراً ، دورة حفر لتنظيف غرفة مفاعل الجرافيت / الكوارتز من الشوائب. أثناء دورة النمو فوق المحور ، يتم تحميل رقائق الغاليوم التي تم تنظيفها مسبقًا على دائري موجود داخل غرفة مفاعل كوارتز تحتوي على خزان من عنصر الغاليوم السائل الذي يتم من خلاله قياس غاز حمض الهيدروكلوريك اللامائي ، مما يؤدي إلى تشكيل GaCl3. مخاليط الهيدريد / غاز الهيدروجين (على سبيل المثال ، 7٪ AsH3/H2 و 10٪ ف3/H2) أيضًا في غرفة المفاعل مع إضافة تركيزات جزء في المليون من الإشعاعات المعدنية العضوية للتيلوريوم والسيلينيوم. تتفاعل الأنواع الكيميائية في المنطقة الساخنة ، والجزء العلوي من غرفة التفاعل ، وفي المنطقة الباردة ، الجزء السفلي من الغرفة ، وتشكل الطبقة المرغوبة من GaAsP على ركيزة الرقاقة وكذلك على الجزء الداخلي من غرفة المفاعل.

يتم توجيه النفايات السائلة من المفاعل إلى نظام مشعل الهيدروجين (غرفة الاحتراق أو صندوق الاحتراق) من أجل الانحلال الحراري ويتم تهويتها إلى نظام الغسيل الرطب. وبدلاً من ذلك ، يمكن وضع الفقاعات السائلة في المفاعل عبر وسط سائل لاحتجاز معظم الجسيمات. يتمثل التحدي الأمني ​​في الاعتماد على المفاعلات نفسها "لتكسير" الغازات. تبلغ كفاءة هذه المفاعلات ما يقرب من 98 إلى 99.5٪ ؛ لذلك ، قد تنطلق بعض الغازات غير المتفاعلة من الفقاعة عندما يتم إخراجها من قبل المشغلين. هناك إطلاق غازات لمركبات مختلفة تحتوي على الزرنيخ والفوسفور من هذه الفقاعات ، مما يتطلب نقلها بسرعة إلى حوض مهووس للصيانة ، حيث يتم تطهيرها وتنظيفها ، من أجل الحفاظ على تعرض الأفراد منخفضًا. يتمثل التحدي المتعلق بالنظافة المهنية في هذه العملية في تحديد خصائص تدفق العادم ، نظرًا لأن معظم المركبات الخارجة من الغازات من أجزاء مختلفة من المفاعل ، وخاصة الفقاعات ، غير مستقرة في الهواء ، كما أن وسائط التجميع التقليدية المتاحة والتقنيات التحليلية ليست تمييزية تجاه أنواع مختلفة.

مصدر قلق آخر هو المطهرات المسبقة لمفاعلات VPE. يمكن أن تحتوي على تركيزات عالية من الارسين والفوسفين. يمكن أن تحدث التعرضات التي تتجاوز حدود التعرض المهني إذا تم فتح هذه الأجهزة بدون تمييز (Baldwin and Stewart 1989).

يتم تنفيذ دورة الحفر في نهاية دورة النمو وعلى أجزاء مفاعل جديدة لتنظيف السطح الداخلي للشوائب. يتم قياس غاز حمض الهيدروكلوريك غير المخفف في الغرفة لمدة 30 دقيقة تقريبًا ، ويتم تسخين المفاعل إلى أكثر من 1,200 درجة مئوية. يتم تهوية النفايات السائلة إلى نظام الغسيل الرطب لمعادلتها.

في نهاية كل من دورات النمو والحفر ، تم تمديد N2 يستخدم التطهير لغسل غرفة المفاعل من الغازات السامة / القابلة للاشتعال والمسببة للتآكل.

تنظيف المفاعل

بعد كل دورة نمو ، يجب فتح مفاعلات VPE وإزالة الرقائق وتنظيف الجزء العلوي والسفلي من المفاعل ماديًا. يتم تنفيذ عملية التنظيف من قبل المشغل.

يتم نقل جهاز الكوارتز المسبق من المفاعلات فعليًا خارج المفاعل ووضعه في حوض مستنفد حيث يتم تطهيره بـ N2يشطف بالماء ثم يغمر أكوا ريجيا. يتبع ذلك شطف آخر بالماء قبل تجفيف الجزء. نية ن2 التطهير هو ببساطة إزاحة الأكسجين بسبب وجود فوسفور غير مستقر قابل للاشتعال. تترك بعض المخلفات المحتوية على الزرنيخات المختلفة والمنتجات الثانوية المحتوية على الفوسفور على هذه الأجزاء حتى بعد التطهير وشطف الماء. يمكن أن يؤدي التفاعل بين هذه البقايا والمُؤكسد القوي / خليط الحمض إلى توليد كميات كبيرة من AsH3 وبعض PH3. هناك أيضًا إمكانية التعرض مع إجراءات الصيانة الأخرى في المنطقة.

يتم كشط الجزء السفلي من حجرة تفاعل الكوارتز واللوحة السفلية (اللوحة الأساسية) باستخدام أداة معدنية ، ويتم جمع المواد الجسيمية (خليط من GaAs و GaAsP وأكاسيد الزرنيخ وأكاسيد الفوسفور وغازات هيدريد المحبوسة) في معدن وضع الحاوية أسفل المفاعل الرأسي. يتم استخدام مكنسة كهربائية عالية الكفاءة للتنظيف النهائي.

عملية أخرى مع احتمال التعرض للمواد الكيميائية هي تنظيف مصيدة المفاعل. يتم تنظيف المصيدة عن طريق كشط أجزاء الجرافيت من الغرفة العلوية ، والتي تحتوي على قشرة من جميع المنتجات الثانوية المذكورة سابقًا بالإضافة إلى كلوريد الزرنيخ. ينتج عن إجراء الكشط الغبار ويتم إجراؤه في حوض جيد التهوية لتقليل التعرض للمشغلين. يتم فتح خط عادم العملية ، الذي يحتوي على جميع المنتجات الثانوية بالإضافة إلى الرطوبة التي تشكل نفايات سائلة ، وتصريفها في حاوية معدنية. يتم استخدام مكنسة HEPA لتنظيف أي جزيئات غبار قد تكون قد تسربت أثناء نقل أجزاء الجرافيت ومن رفع وخفض جرة الجرس ، والتي تقطع أي جزيئات سائبة.

ترسب البخار الكيميائي المعدني

يستخدم MOCVD على نطاق واسع في إعداد الأجهزة III-V. بالإضافة إلى غازات الهيدريد المستخدمة كمواد مصدر في أنظمة الأمراض القلبية الوعائية الأخرى (على سبيل المثال ، الزرنيخ والفوسفين) ، تُستخدم أيضًا بدائل سائلة أقل سمية (على سبيل المثال ، بوتيل أرسين ثلاثي وثلاثي بوتيل فوسفين) في أنظمة MOCVD ، إلى جانب مواد سامة أخرى مثل ألكيلات الكادميوم والزئبق (Content 1989؛ Rhoades، Sands and Mattera 1989؛ Roychowdhury 1991).

بينما يشير VPE إلى عملية ترسيب المواد المركبة ، يشير MOCVD إلى مصادر الكيمياء الأصل المستخدمة في النظام. يتم استخدام مادتين كيميائيتين: الهاليدات والمعدنية. عملية VPE الموضحة أعلاه هي عملية هاليد. يتكون هاليد المجموعة الثالثة (الغاليوم) في المنطقة الساخنة ويترسب مركب III-V في المنطقة الباردة. في العملية المعدنية لأحماض GaAs ، يتم قياس ثلاثي ميثيل الغاليوم في غرفة التفاعل مع الزرنيخ ، أو بديل سائل أقل سمية مثل زرنيخ بوتيل ثلاثي ، لتكوين زرنيخيد الغاليوم. مثال على تفاعل MOCVD النموذجي هو:

(CH3)3الجا + الرماد3 → GaAs + 3CH4

هناك مواد كيميائية أخرى مستخدمة في معالجة MOCVD لمصابيح LED. تشتمل المواد المعدنية العضوية المستخدمة كعناصر المجموعة الثالثة على ثلاثي ميثيل الغاليوم (TMGa) وثلاثي إيثيل الغاليوم (TEGa) و TM indium و TE indium و TM الألومنيوم. تستخدم غازات الهيدريد أيضًا في العملية: 100٪ AsH3 و 100٪ ف3. المنشطات المستخدمة في العملية هي: ثنائي ميثيل الزنك (DMZ) ، ثنائي الميثيل المغنيسيوم وسيلينيد الهيدروجين (H2سي). تتفاعل هذه المواد داخل غرفة التفاعل تحت ضغط منخفض H.2 الغلاف الجوي. ينتج التفاعل طبقات فوقية من AlGaAs و AlInGaP و InAsP و GaInP. تم استخدام هذه التقنية بشكل تقليدي في تصنيع أشعة الليزر شبه الموصلة وأجهزة الاتصال البصري مثل أجهزة الإرسال وأجهزة الاستقبال الخاصة بالألياف البصرية. تُستخدم عملية AlInGaP لإنتاج مصابيح LED شديدة السطوع.

على غرار عملية VPE ، يمثل مفاعل MOCVD وتنظيف الأجزاء تحديات لكل من العملية وكذلك خبير حفظ الصحة المهنية ، خاصةً إذا كانت الكميات الكبيرة من الأس الهيدروجيني المركّز3 يستخدم في هذه العملية. كفاءة "التكسير" لهذه المفاعلات ليست كبيرة مثل كفاءة مفاعلات VPE. تتولد كمية كبيرة من الفوسفور ، مما يؤدي إلى نشوب حريق. يتضمن إجراء التنظيف استخدام بيروكسيد الهيدروجين المخفف / هيدروكسيد الأمونيوم على أجزاء مختلفة من هذه المفاعلات ، وهو خطر انفجار إذا تم استخدام محلول مركز في وجود محفز معدني بسبب خطأ المشغل.

تصنيع الجهاز

تنتقل رقاقة GaAs مع طبقة نمت فوق المحور من GaAsP على السطح العلوي إلى تسلسل معالجة تصنيع الجهاز.

ترسب النيتريد

CVD عالي الحرارة لنتريد السيليكون (Si3N4) باستخدام فرن نشر قياسي. المصادر الغازية هي silane (SiH4) والأمونيا (NH3) بغاز حامل النيتروجين.

عملية التصوير الليثوغرافي

يتم استخدام عملية مقاومة الضوء القياسية ، المحاذاة / التعرض ، التطوير والتجريد كما هو الحال في معالجة جهاز السيليكون (انظر القسم الخاص بالطباعة الحجرية في مقالة "تصنيع أشباه الموصلات السيليكونية").

النقش الرطب

تُستخدم مخاليط مختلفة من محاليل الأحماض الكيميائية الرطبة في الحمامات البلاستيكية في محطات الحفر المستنفدة محليًا ، وبعضها مزود بأنظمة إمداد HEPA الصفائحية المركبة رأسياً. الأحماض الأولية المستخدمة هي الكبريتيك (H2SO4) ، الهيدروفلوريك (HF) ، الهيدروكلوريك (HCl) والفوسفوريك (H3PO4). كما هو الحال في معالجة السيليكون ، فإن بيروكسيد الهيدروجين (H.2O2) مع حامض الكبريتيك وهيدروكسيد الأمونيوم (NH4OH) يوفر حفر كاوية. يستخدم محلول السيانيد (الصوديوم أو البوتاسيوم) أيضًا لنقش الألومنيوم. ومع ذلك ، يتم التخلص تدريجياً من حفر السيانيد تدريجياً حيث يتم تطوير مؤثرات أخرى لهذه العملية. كبديل للحفر الرطب ، يتم استخدام النقش بالبلازما وعملية الرماد. تكوينات المفاعل والغازات المتفاعلة تشبه إلى حد بعيد تلك المستخدمة في معالجة جهاز السيليكون.

التوزيع

يتم إجراء نشر مصدر صلب من مادة ديارسينيد الزنك في أمبولة مغلقة في فرن تفريغ الهواء عند 720 درجة مئوية ، باستخدام N2 الغاز الناقل. يستخدم الزرنيخ وزنك الزنك كمواد مخدرة. يتم وزنها في صندوق القفازات بنفس الطريقة كما في الركيزة السائبة.

التأيض

يتم إجراء تبخير أولي للألمنيوم باستخدام مبخر الحزمة الإلكترونية. بعد التراجع ، يتم إجراء آخر خطوة لتبخير الذهب باستخدام مبخر الفتيل.

صناعة السبائك

يتم تنفيذ خطوة الخلط النهائية في فرن نشر منخفض الحرارة ، باستخدام جو خامل من النيتروجين.

ارتداد

يتم إجراء غلق خلفي لإزالة المواد المترسبة (GaAsP ، Si3N4 وهلم جرا) من مؤخرة الرقاقة. الرقاقات عبارة عن شمع مثبتة على صفيحة لابر ومغطاة بطبقة رطبة من ملاط ​​السيليكا الغرواني. ثم تتم إزالة الشمع عن طريق تجريد الرقائق من الرقائق في جهاز نزع عضوي في محطة حفر كيميائية رطبة مستنفدة محليًا. البديل الآخر للتلف الرطب هو اللف الجاف ، والذي يستخدم أكسيد الألومنيوم "الرمل".

هناك عدد من أدوات تقشير المقاومة والمقاومة المستخدمة ، والتي تحتوي عادةً على حمض السلفونيك (حمض السلفونيك بنزين الدوديسيل) ، وحمض اللبنيك ، والهيدروكربون العطري ، والنفتالين والكاتيكول. تحتوي بعض أدوات تقشير المقاومة على إيثانوات البوتيل وحمض الخليك وإستر البوتيل. تستخدم أدوات تقشير المقاومة السلبية والإيجابية على حد سواء ، اعتمادًا على المنتج.

الاختبار النهائي

كما هو الحال في معالجة جهاز السيليكون ، يتم اختبار الدوائر LED المكتملة بالكمبيوتر وتمييزها (انظر "تصنيع أشباه موصلات السيليكون"). يتم إجراء الفحص النهائي ثم يتم اختبار الرقائق كهربائيًا لتحديد القوالب المعيبة. ثم يتم استخدام المنشار المبلل لفصل القوالب الفردية ، والتي يتم إرسالها بعد ذلك للتجميع.

 

الرجوع

لوحات الأسلاك المطبوعة

لوحات الأسلاك المطبوعة (PWBs) هي الإطار الكهربائي المترابط والهيكل المادي الذي يربط معًا المكونات الإلكترونية المختلفة للوحة الدوائر المطبوعة. الفئات الرئيسية لتطبيقات العمل عبر الإنترنت هي أحادية الجانب ومزدوجة الوجه ومتعددة الطبقات ومرنة. تتطلب متطلبات التعقيد والتباعد للألواح ذات الكثافة المتزايدة والأصغر أن يتم تغطية جانبي اللوحة بدوائر أساسية. تفي اللوحات أحادية الجانب بمتطلبات الآلة الحاسبة المبكرة ومتطلبات الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية البسيطة ، لكن أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة المساعدة الرقمية الشخصية وأنظمة الموسيقى الشخصية تتطلب أجهزة PWB على الوجهين ومتعددة الطبقات. إن معالجة نمذجة PWBs هي في الأساس عملية ليثوغرافية ضوئية تتضمن ترسيب وإزالة طبقات من المواد بشكل انتقائي على ركيزة عازلة تعمل بمثابة "أسلاك" كهربائية محفورة أو مترسبة على لوحة الأسلاك المطبوعة.

تحتوي الألواح متعددة الطبقات على قطعتين أو أكثر من المواد العازلة مع دوائر كهربائية مكدسة ومربوطة معًا. يتم إنشاء التوصيلات الكهربائية من جانب إلى آخر ، وإلى دوائر الطبقة الداخلية ، عن طريق ثقوب محفورة يتم تلبيسها لاحقًا بالنحاس. الركيزة العازلة الأكثر استخدامًا هي صفائح الألياف الزجاجية (صفائح الإيبوكسي / الألياف الزجاجية). المواد الأخرى هي الزجاج (مع راتنجات بوليميد أو تفلون أو تريازين) وورق مغطى براتنج الفينول. في الولايات المتحدة ، يتم تصنيف الألواح المصفحة بناءً على خصائصها في إطفاء الحرائق ؛ خصائص الحفر واللكم والتشغيل الآلي ؛ خصائص امتصاص الرطوبة. المقاومة الكيميائية والحرارة. والقوة الميكانيكية (أكتوبر 1995). يستخدم FR-4 (راتنجات الايبوكسي وركيزة القماش الزجاجي) على نطاق واسع لتطبيقات التكنولوجيا العالية.

تتضمن عملية PWB الفعلية خطوات عديدة ومجموعة متنوعة من العوامل الكيميائية. يوضح الجدول 1 عملية نموذجية متعددة الطبقات وقضايا البيئة والصحة والسلامة المرتبطة بهذه العملية. الاختلافات الأساسية بين اللوح أحادي الجانب والمزدوج الجانب هو أن الجانب الواحد يبدأ بمواد خام مغطاة فقط من جانب واحد بالنحاس ، ويتجاهل خطوة طلاء النحاس غير الكهربائي. تحتوي اللوحة القياسية على الوجهين على قناع لحام فوق النحاس العاري ومطلي من خلال الفتحات ؛ تحتوي اللوحة على جهات اتصال مطلية بالذهب وأسطورة مكونة. غالبية ألواح PWBs عبارة عن ألواح متعددة الطبقات ، مزدوجة الجوانب مع طبقات داخلية تم تصنيعها ووضعها داخل الساندويتش داخل الحزمة المصفحة ومن ثم معالجتها بشكل مطابق تقريبًا للوح مزدوج الطبقة.

الجدول 1. عملية برنامج العمل والميزانية: قضايا البيئة والصحة والسلامة

خطوات العملية الأساسية

قضايا الصحة والسلامة

القضايا البيئية

تجهيز المواد

قم بشراء صفح ومواد دخول ولوحة احتياطية بحجم معين
تخطيط المعالجة بمساعدة الكمبيوتر

التصميم بمساعدة الكمبيوتر - VDU ومخاطر بيئة العمل

بدون اضاءة

كومة ودبوس

الألواح المكسوة بالنحاس مكدسة بمواد دخول ولوحة احتياطية ؛ حفر ثقوب و
وتد مثبت.

الضوضاء أثناء الحفر جسيمات الحفر التي تحتوي على النحاس والرصاص والذهب والايبوكسي / الألياف الزجاجية

نفايات الجسيمات (النحاس والرصاص والذهب و
الايبوكسي / الألياف الزجاجية) - معاد تدويرها أو استصلاحها

حفر

آلات حفر يتم التحكم فيها عدديًا (N / C)

الضوضاء أثناء الحفر جسيمات الحفر التي تحتوي على النحاس والرصاص والذهب والايبوكسي / الألياف الزجاجية

نفايات الجسيمات (النحاس والرصاص والذهب و
الايبوكسي / الألياف الزجاجية) - معاد تدويرها أو استصلاحها

Deburr

تمر الألواح المثقوبة عبر الفرشاة أو عجلة الكشط

الضوضاء أثناء ديبور جسيمات تحتوي على النحاس والرصاص والذهب والإيبوكسي / الألياف الزجاجية

نفايات الجسيمات (النحاس والرصاص والذهب و
الايبوكسي / الألياف الزجاجية) - معاد تدويرها أو استصلاحها

طلاء النحاس غير الكهربائي

إضافة طبقة نحاسية رقيقة من خلال الثقوب
(عملية متعددة الخطوات)

الاستنشاق والتعرض الجلدي للمنظفات والمكيفات والمحفزات- H2SO4، ح2O2، إثيرات الجليكول ، KMnO4، نيو هامبشاير4HF2، البلاديوم ، SnCl2، CuSO4، الفورمالديهايد ، هيدروكسيد الصوديوم

نفايات المياه - الأحماض ، والنحاس ، والمواد الكاوية ،
الفلوريدات. انبعاثات الهواء - الغازات الحمضية ،
الفورمالديهايد

التصوير

مقاومة الفيلم الجاف - فوتوبوليمر ضوئي حساس للأشعة فوق البنفسجية
مقاومة مطبوعة على الشاشة - مستحلب حساس للضوء
مقاومة السائل - السائل الحساس للضوء يقاوم

الاستنشاق والتعرض الجلدي للمقاومة ؛ المطورين. و
مواد تقشير - تقاوم ذات قاعدة مطاطية بالمذيبات ؛ نا3PO4 و ك2CO3؛ كلوريد النحاس (Cl2 غاز) ، أحادي إيثانول أمين (MEA)

انبعاثات الهواء - المذيبات (المركبات العضوية المتطايرة) والغازات الحمضية ،
طيران الشرق الأوسط ؛ نفايات - سوائل

تصفيح النقش

سوائل التنظيف
طلاء النحاس
طلاء القصدير أو القصدير / الرصاص
تجريد الرف

الاستنشاق والمخاطر الجلدية الناجمة عن التنظيف ؛ طلاء النحاس أو القصدير / القصدير والطلاء بالرصاص وتقشير الرف- H3PO4، ح2SO4؛ ح2SO4 و CuSO4؛ حمض الفلوبوريك و Sn / Pb ؛ HNO المركزة3

انبعاثات الهواء ـ الغازات الحمضية ؛ ماء
النفايات السائلة - الأحماض والفلوريدات والمعادن (النحاس ،
الرصاص والقصدير)

قطاع ، حفر ، شريط

مقاومة الشريط
حفر قلوي
قطاع النحاس

الاستنشاق والمخاطر الجلدية من شريط المقاومة ؛ حفر قلوي أو شريط نحاسي - أحادي الإيثانول أمين (MEA) ؛ نيو هامبشاير4أوه؛ نيو هامبشاير4Cl / NH4OH أو NH4HF2

انبعاثات الهواء - طيران الشرق الأوسط ، الأمونيا ، الفلوريدات ؛
مياه الصرف الصحي - الأمونيا والفلوريدات والمعادن
(نحاس ، رصاص ، قصدير) ، مركبات مقاومة

قناع اللحيم

أحبار الايبوكسي - طباعة الشاشة
أفلام جافة - ملامحة بـ PWB
حبر إيبوكسي سائل للصور الفوتوغرافية

الاستنشاق ومخاطر الجلد من التنظيف المسبق ؛ أحبار الايبوكسي وحاملات المذيبات ؛ المطورين — H.2SO4؛ epichlorhydrin + bisphenol A ، glycol ethers (يعتمد على PGMEA) ؛ جاما بيوتيرولاكتون. 

ضوء الأشعة فوق البنفسجية من عملية المعالجة

انبعاثات الهواء - الغازات الحمضية ، إثيرات الجليكول
(المركبات العضوية المتطايرة) ؛ نفايات - مذيبات وأحبار إيبوكسي

طلاء اللحام

تسوية اللحام

مخاطر الاستنشاق والجلد من التدفق ومنتجات التحلل ومخلفات لحام الرصاص / القصدير - مخفف إيثرات الجليكول + <1٪ حمض الهيدروكلوريك و <1٪ HBr ؛ الألدهيدات ، حمض الهيدروكلوريك ، أول أكسيد الكربون ؛ الرصاص والقصدير

انبعاثات الهواء - إثيرات الجليكول (VOC) ، والغازات الحمضية ، والألدهيدات ، وثاني أكسيد الكربون ؛ النفايات - لحام الرصاص / القصدير ، التدفق

طلاء الذهب والنيكل

 

مخاطر الاستنشاق والجلد من الأحماض والمعادن و
السيانيد- H.2SO4، HNO3، NiSO4، سيانيد الذهب البوتاسيوم

انبعاثات الهواء - الغازات الحمضية ، السيانيد ؛ ماء
الانبعاثات - الأحماض والسيانيدات والمعادن ؛
النفايات - السيانيد والمعادن

أسطورة المكون

طبع الشاشة
علاج الفرن

مخاطر الاستنشاق والجلد من الأحبار القائمة على الإيبوكسي وحاملات المذيبات - المذيبات القائمة على إثير الجليكول ، الإبيكلوروهيدرين + ثنائي الفينول أ

الانبعاثات الهوائية - نفايات إثيرات الجليكول (المركبات العضوية المتطايرة) - الأحبار والمذيبات (بكميات صغيرة)

Cl2 = غاز الكلور CO = أول أكسيد الكربون ؛ CuSO4 = كبريتات النحاس. ح2O2 = بيروكسيد الهيدروجين ح2SO4 = حامض الكبريتيك ح3PO4 = حمض الفوسفوريك HBR = حمض الهيدروبروميك ؛ HCl = حمض الهيدروكلوريك ؛ HNO3 = حمض النيتريك ك2CO3 = كربونات البوتاسيوم؛ KMNO4 = برمنجنات البوتاسيوم؛ غير متوفر3PO4 = فوسفات الصوديوم ؛ نيو هامبشاير4Cl = كلوريد الأمونيوم ؛ نيو هامبشاير4OH = هيدروكسيد الأمونيوم ؛ NiSO4 = كبريتات النيكل ؛ الرصاص = الرصاص ؛ Sn = قصدير ؛ SnCl2 = كلوريد ستانوس الأشعة فوق البنفسجية = الأشعة فوق البنفسجية ؛ المركبات العضوية المتطايرة = مركبات عضوية متطايرة.

 

الدوائر المطبوعة مجلس الجمعية

تتضمن مجموعة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) التعلق الثابت للمكونات الإلكترونية بـ PWB من خلال استخدام لحام الرصاص / القصدير (في آلة لحام الموجة أو تطبيقها كعجينة ثم إعادة تدفقها في فرن منخفض الحرارة) أو راتنجات الإيبوكسي ( تم علاجه في فرن درجة حرارة منخفضة). يحدد PWB الأساسي (أحادي الجانب أو مزدوج الجوانب أو متعدد الطبقات أو مرن) كثافة المكونات التي يمكن إرفاقها. تشكل العديد من مشكلات العملية والموثوقية الأساس لاختيار عمليات تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي سيتم استخدامها. العمليات التكنولوجية الرئيسية هي: تقنية تركيب السطح الكلي (SMT) ، التكنولوجيا المختلطة (تشمل كلا من SMT والمطلية من خلال الفتحة (PTH)) والمرفق السفلي.

عادةً في مرافق تجميع الإلكترونيات / الكمبيوتر الحديثة ، يتم استخدام التكنولوجيا المختلطة ، حيث يتم تثبيت بعض المكونات على السطح ويتم لحام الموصلات / المكونات الأخرى باستخدام تقنية الثقب أو إعادة تدفق اللحام. تتم مناقشة عملية التكنولوجيا المختلطة "النموذجية" أدناه ، حيث يتم استخدام عملية التثبيت على السطح التي تتضمن لصقًا لاصقًا ولحامًا موجيًا ولحامًا بالتدفق. مع التكنولوجيا المختلطة ، من الممكن أحيانًا إعادة تدفق مكونات تثبيت السطح (SMCs) على الجانب العلوي من اللوحة ذات الوجهين ولحام الموجات SMCs على الجانب السفلي. هذه العملية مفيدة بشكل خاص عندما يجب خلط تقنيات التثبيت على السطح وتقنيات الثقب على لوحة واحدة ، وهو المعيار في تصنيع الإلكترونيات الحالية. تتمثل الخطوة الأولى في تركيب SMCs على الجانب العلوي من اللوحة ، باستخدام عملية إعادة تدفق اللحام. بعد ذلك ، يتم إدخال المكونات من خلال الفتحة. ثم يتم قلب اللوحة ، ويتم تثبيت SMCs السفلي بشكل لاصق على اللوحة. يعد اللحام الموجي لكل من المكونات من خلال الفتحة و SMCs السفلي هو الخطوة الأخيرة.

تشمل خطوات عملية التقنية المختلطة الرئيسية ما يلي:

  • قبل وبعد التنظيف
  • معجون اللحام وتطبيق المادة اللاصقة (طباعة الشاشة والتنسيب (SMT و PTH))
  • إدخال المكون
  • علاج لاصق وانحسار اللحام
  • التدفق (PTH)
  • لحام الموجة (PTH)
  • التفتيش واللمس
  • تجريب
  • إعادة العمل والإصلاح
  • عمليات الدعم - تنظيف الاستنسل.

 

فيما يلي مناقشة موجزة للآثار البيئية والصحية والمتعلقة بالسلامة لكل خطوة من خطوات العملية.

قبل وبعد التنظيف

عادةً ما يتم شراء PWBs التجارية من مورد PWB وتم تنظيفها مسبقًا بمحلول مائي غير مؤين (DI) لإزالة جميع الملوثات السطحية. قبل المخاوف بشأن استنفاد طبقة الأوزون في الستراتوسفير ، سيتم استخدام مادة مستنفدة للأوزون ، مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية (CFC) ، كنظافة نهائية ، أو حتى تنظيف مسبق من قبل الشركة المصنعة للأجهزة الإلكترونية. في نهاية عملية تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، كان استخدام عملية "إزالة الشحوم بالبخار" لمركبات الكربون الكلورية فلورية لإزالة المخلفات من عملية اللحام بالتدفق / الموجة أمرًا معتادًا. مرة أخرى بسبب المخاوف بشأن استنفاد الأوزون والضوابط التنظيمية الصارمة على إنتاج مركبات الكربون الكلورية فلورية ، تم إجراء تغييرات العملية التي سمحت لتجمعات PWB الكاملة بتجاوز التنظيف أو استخدام تنظيف مياه DI فقط.

معجون اللحام والتطبيق اللاصق (طباعة الاستنسل ووضعه) وإدخال المكونات

يسمح تطبيق معجون اللحام بالرصاص / القصدير على سطح PWB بإرفاق مكون تثبيت السطح بـ PWB وهو مفتاح لعملية SMT. تعمل مادة اللحام كوصلة ميكانيكية للتوصيل الكهربائي والحراري وكطلاء لحماية السطح وتعزيز قابلية اللحام. يتكون معجون اللحام من حوالي 70 إلى 90٪ من المواد غير المتطايرة (على أساس الوزن لكل وزن أو وزن لكل حجم):

  • الرصاص / لحام القصدير
  • مزيج من الراتنجات المعدلة (أحماض الصنوبري أو الصنوبري النشط قليلاً)
  • المنشطات (في حالة المنتجات "غير النظيفة" ، ومخاليط من هيدروالهيدات الأمينية والأحماض أو الأحماض الكربوكسيلية فقط).

 

تشكل المذيبات (مادة متطايرة) ما تبقى من المنتج (عادة خليط كحول وغليكول إيثر وهو مزيج خاص).

تتم طباعة معجون اللحام من خلال استنسل ، وهو نمط دقيق لتصميم السطح الذي سيتم إضافته إلى سطح PWB. يتم دفع معجون اللحام عبر الفتحات الموجودة في الاستنسل إلى مواقع الوسادة في PWB عن طريق ممسحة تمر عبر الاستنسل ببطء. يتم بعد ذلك رفع الاستنسل بعيدًا ، تاركًا رواسب المعجون على الوسادات المناسبة على السبورة. ثم يتم إدخال المكونات في PWB. تتعلق مخاطر البيئة والصحة والسلامة الأساسية بالتدبير المنزلي والنظافة الشخصية للمشغلين الذين يطبقون معجون اللحام على سطح الاستنسل وتنظيف الممسحة وتنظيف الإستنسل. يتطلب تركيز الرصاص في اللحام وميل معجون اللحام المجفف للالتصاق بالجلد وأسطح عمل المعدات / المنشأة استخدام قفازات واقية ، وتنظيفًا جيدًا لأسطح العمل ، والتخلص الآمن من مواد التنظيف الملوثة ( والمناولة البيئية) والنظافة الشخصية الصارمة من قبل المشغلين (على سبيل المثال ، غسل اليدين بالصابون قبل الأكل أو الشرب أو وضع مستحضرات التجميل). عادة ما تكون مستويات التعرض المحمولة جواً أقل من حد الكشف عن الرصاص ، وإذا تم استخدام التدبير المنزلي / النظافة الشخصية الجيدة ، فإن قراءات الرصاص في الدم تكون في مستويات الخلفية.

يتضمن التطبيق اللاصق الاستغناء الآلي لكميات صغيرة من راتنجات الايبوكسي (عادة خليط بيسفينول أ- إبيكلورهيدرين) على سطح PWB ثم "التقاط ووضع" المكون وإدخاله من خلال راتنجات الايبوكسي في PWB. تتعلق مخاطر البيئة والصحة والسلامة في المقام الأول بمخاطر السلامة الميكانيكية لوحدات "الالتقاط والمكان" ، نظرًا لتركيباتها الميكانيكية الآلية ، ومكوكات المكونات الموجودة في الجزء الخلفي من الوحدات واحتمال حدوث إصابات خطيرة إذا لم تكن الحراسة المناسبة والستائر الخفيفة وأقفال الأجهزة الحالي.

علاج لاصق وانحسار اللحام

يتم بعد ذلك حمل المكونات التي تم إرفاقها عن طريق الطباعة بالاستنسل أو تطبيق المادة اللاصقة على ناقل ميكانيكي ثابت الارتفاع إلى فرن إعادة التدفق المدمج الذي "ينطلق" اللحام عن طريق إعادة تدفق معجون اللحام عند حوالي 200 إلى 400 درجة مئوية. يتم أيضًا تشغيل المكونات التي تم إرفاقها بواسطة مادة لاصقة من الإيبوكسي من خلال فرن يكون أسفل خط إعادة تدفق اللحام ويتم تشغيله عادةً من 130 إلى 160oيتم فصل مكونات المذيبات لعجينة اللحام وراتنج الايبوكسي أثناء عملية الفرن ، ولكن مكون الرصاص / القصدير لا يتطاير. سوف تتراكم بقايا من نوع شبكة العنكبوت في أنبوب العادم الخاص بفرن إعادة التدفق ، ويمكن استخدام مرشح شبكي معدني لمنع ذلك. يمكن أحيانًا أن تعلق PWBs في نظام النقل وسوف ترتفع درجة حرارتها في الفرن ، مما يتسبب في روائح كريهة.

الجريان

لتكوين مفصل لحام موثوق به على سطح PWB والرصاص المكون ، يجب أن يكون كلاهما خاليًا من الأكسدة ويجب أن يظل كذلك حتى في درجات الحرارة المرتفعة المستخدمة في اللحام. أيضًا ، يجب أن تبلل سبيكة اللحام المنصهرة أسطح المعادن المراد ربطها. هذا يعني أن تدفق اللحام يجب أن يتفاعل مع الأكاسيد المعدنية ويزيلها من الأسطح المراد ربطها ومنع إعادة أكسدة الأسطح التي تم تنظيفها. يتطلب أيضًا أن تكون البقايا إما غير قابلة للتآكل أو قابلة للإزالة بسهولة. تنقسم تدفقات معدات اللحام الإلكترونية إلى ثلاث فئات عريضة ، تُعرف عمومًا باسم التدفقات القائمة على الصنوبري ، والتدفقات العضوية أو القابلة للذوبان في الماء ، والتدفقات الاصطناعية القابلة للإزالة بالمذيبات. تندرج تدفقات المركبات العضوية الأحدث منخفضة المواد الصلبة "غير النظيفة" أو غير المتطايرة (NVOC) في الفئة الوسطى.

تدفقات الصنوبري

التدفقات القائمة على الصنوبري هي التدفقات الأكثر استخدامًا في صناعة الإلكترونيات ، إما تدفق الرش or تدفق الرغوة. قد يتم احتواء مادة الصهر إما داخليًا في معدات اللحام الموجي أو كوحدة قائمة بذاتها موضوعة عند التغذية إلى الوحدة. كقاعدة ، تحتوي التدفقات القائمة على الصنوبري على الصنوبري الطبيعي ، أو الصنوبر ، وهو الصنوبري الشفاف ذو اللون الكهرماني الذي تم الحصول عليه بعد تقطير زيت التربنتين من راتينج الأوليورين وراتنج القناة لأشجار الصنوبر. يتم جمع الراتينج وتسخينه وتقطيره ، مما يزيل أي جزيئات صلبة ، مما ينتج عنه شكل نقي من المنتج الطبيعي. إنها مادة متجانسة بنقطة انصهار واحدة.

Colophony عبارة عن خليط من حوالي 90٪ حمض راتينج ، وهو في الغالب حمض أبيتيك (حمض عضوي غير قابل للذوبان في الماء) مع 10٪ من المواد المحايدة مثل مشتقات stilbene ومختلف الهيدروكربونات. يقدم الشكل 1 التركيبات الكيميائية لأحماض أبيتيك وبيماريك.

الشكل 1. أحماض أبيتيك وبيماريك

ميكروفون050F4

المكون النشط هو حمض الأبيتيك ، والذي يكون نشطًا كيميائيًا عند درجة حرارة اللحام ويهاجم أكسيد النحاس على سطح PWB ، مكونًا مادة النحاس. تحتوي التدفقات القائمة على الصنوبري على ثلاثة مكونات: المذيب أو السيارة ، والصنوبري والمنشط. يعمل المذيب ببساطة كوسيلة للتدفق. لكي تكون فعالة ، يجب وضع الصنوبري على السبورة في حالة سائلة. يتم تحقيق ذلك عن طريق إذابة الصنوبري والمنشط في نظام مذيب ، عادةً كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو خليط متعدد المكونات من الكحول (IPA ، الميثانول أو الإيثانول). ثم يتم ترغية التدفق إما على السطح السفلي لثنائي الفينيل متعدد الكلور من خلال إضافة الهواء أو النيتروجين ، أو رشه في خليط "منخفض المواد الصلبة" يحتوي على محتوى مذيب أعلى. تحتوي مكونات المذيب هذه على معدلات تبخر مختلفة ، ويجب إضافة مخفف إلى خليط التدفق للحفاظ على تركيبة التدفق المكونة. الفئات الأساسية للتدفقات القائمة على الصنوبري هي: الصنوبري نشط بشكل معتدل (RMA) ، وهي التدفقات النموذجية المستخدمة ، والتي يضاف إليها المنشط الخفيف ؛ والصنوبري نشط (RA) ، والذي تمت إضافة منشط أكثر عدوانية إليه.

إن الخطر الأساسي على البيئة والصحة والسلامة لجميع التدفقات القائمة على الصنوبري هو قاعدة المذيب الكحولي. تتعلق مخاطر السلامة بقابلية الاشتعال في التخزين والاستخدام والتصنيف والتعامل كنفايات خطرة وانبعاثات الهواء وأنظمة المعالجة المطلوبة لإزالة المركبات العضوية المتطايرة وقضايا الصحة الصناعية المتعلقة بالاستنشاق والتعرض الجلدي (الجلد). يتطلب كل عنصر من هذه العناصر استراتيجية تحكم مختلفة ، وتعليم الموظفين وتدريبهم ، والتصاريح / الامتثال التنظيمي (Association of the Electronics، Telecommunication and Business Equipment Industries 1991).

أثناء عملية اللحام الموجي ، يتم تسخين التدفق إلى 183 إلى 399 درجة مئوية ؛ تشمل المنتجات المحمولة جواً المتولدة الألدهيدات الأليفاتية، مثل الفورمالديهايد. تحتوي العديد من التدفقات أيضًا على منشط أمين هيدروكلوريد عضوي، مما يساعد على تنظيف المنطقة التي يتم لحامها ويطلق حمض الهيدروكلوريك عند تسخينه. تشمل المكونات الغازية الأخرى البنزين والتولوين والستايرين والفينول والكلوروفينول وكحول الأيزوبروبيل. بالإضافة إلى المكونات الغازية للتدفق الساخن ، يتم إنشاء كمية كبيرة من الجسيمات ، تتراوح في الحجم من 0.01 ميكرون إلى 1.0 ميكرون ، والمعروفة باسم أبخرة كولوفوني. تم العثور على هذه المواد الجسيمية كمهيجات للجهاز التنفسي وكذلك محسسات للجهاز التنفسي لدى الأفراد الحساسين (Hausen، Krohn and Budianto 1990). في المملكة المتحدة ، تتطلب معايير التعرض المحمولة جواً أن يتم التحكم في مستويات أبخرة الطوائف إلى أدنى مستويات يمكن بلوغها (Health and Safety Commission 1992). بالإضافة إلى ذلك ، حدد المؤتمر الأمريكي لخبراء الصحة الصناعية الحكوميين (ACGIH) قيمة حدية منفصلة لمنتجات الانحلال الحراري لحام لب الصنوبري بنسبة 0.1 مجم / م3، يقاس بالفورمالديهايد (ACGIH 1994). تحدد شركة Lead Industries Association، Inc. الأسيتون وكحول الميثيل والألدهيدات الأليفاتية (تقاس بالفورمالديهايد) وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والميثان والإيثان وحمض الأبيتيك وأحماض الديتربين ذات الصلة كمنتجات تحلل نموذجية لحام لب الصنوبري (Lead Industries Association 1990) ).

التدفقات العضوية

التدفقات العضوية ، التي تسمى أحيانًا التدفقات الوسيطة أو التدفقات القابلة للذوبان في الماء ، هي مركبات أكثر نشاطًا من التدفقات القائمة على الصنوبري وأقل تآكلًا من التدفقات الحمضية المستخدمة في الصناعات المعدنية. تنقسم المركبات النشطة العامة لهذه الفئة من التدفقات إلى ثلاث مجموعات:

  • الأحماض (على سبيل المثال ، دهني ، جلوتاميك ، لبني ، حامض)
  • الهالوجينات (على سبيل المثال ، هيدروكلوريد ، بروميد ، هيدرازين)
  • الأميدات والأمينات (على سبيل المثال ، اليوريا ، ثلاثي إيثانولامين).

 

يتم إذابة هذه المواد والأجزاء الأخرى من المستحضر ، مثل المواد الخافضة للتوتر السطحي للمساعدة في تقليل التوتر السطحي للحام ، في البولي إيثيلين جلايكول ، أو المذيبات العضوية ، أو الماء ، أو عادة خليط من العديد من هذه. يجب اعتبار التدفقات العضوية مسببة للتآكل ، ولكن يمكن تنظيفها بسهولة بما لا يزيد عن الماء الساخن.

تدفقات منشط اصطناعي (AS)

في حين أن التدفقات القائمة على الصنوبري هي مواد صلبة مذابة في مذيب ، فإن تدفقات AS عادة ما تكون صيغ سائلة بالكامل (مذيب + تدفق). يتم إيقاف ناقل المذيب أثناء مرحلة التسخين المسبق للحام الموجي ، تاركًا بقايا رطبة وزيتية على سطح PWB ، والتي يجب تنظيفها فور اللحام. السمة الأساسية لتدفقات AS هي قدرتها على الإزالة باستخدام مذيب مناسب ، يعتمد عادةً على الفلوروكربون. مع القيود المفروضة على استخدام المواد المستنفدة للأوزون مثل مركبات الكربون الفلورية (Freon TF و Freon TMS وما إلى ذلك) ، أدى الاستخدام المطلوب لمواد التنظيف هذه إلى تقييد استخدام هذه الفئة من التدفقات بشدة.

مواد صلبة منخفضة "غير نظيفة" أو تدفقات غير متطايرة

أدت الحاجة إلى التخلص من التنظيف اللاحق للحام لبقايا التدفق المسببة للتآكل أو اللزج باستخدام مذيبات الفلوروكربون إلى الاستخدام الواسع لفئة جديدة من التدفقات. تتشابه هذه التدفقات في نشاطها مع تدفقات RMA ولها محتوى مواد صلبة يبلغ حوالي 15٪. محتوى المواد الصلبة هو مقياس اللزوجة ويساوي نسبة التدفق إلى المذيب. كلما انخفضت محتويات المواد الصلبة ، زادت نسبة المذيب. كلما زاد محتوى المواد الصلبة ، زاد نشاط التدفق ، وزادت احتمالية الحاجة إلى خطوة تنظيف ما بعد اللحام. يستخدم تدفق المواد الصلبة المنخفضة (LSF) بشكل شائع في صناعة الإلكترونيات ولا يتطلب عادةً خطوة ما بعد التنظيف. من منظور انبعاث الهواء البيئي ، ألغى LSF الحاجة إلى إزالة شحوم بخار الفلوروكربون للألواح الملحومة بالأمواج ، ولكن مع محتواها العالي من المذيبات ، زادت كمية المذيبات التي أساسها الكحول والتي تم تبخيرها ، مما أدى إلى ارتفاع مستويات المركبات العضوية المتطايرة. يتم التحكم بإحكام في مستويات انبعاث الهواء من المركبات العضوية المتطايرة في الولايات المتحدة ، وفي العديد من المواقع في جميع أنحاء العالم. تمت معالجة هذا الموقف من خلال إدخال التدفقات "غير النظيفة" ، والتي تعتمد على الماء (بدلاً من المذيبات) ولكنها تحتوي على منشطات مماثلة والصنوبريات المتدفقة. المكونات النشطة الأساسية هي حمض ثنائي الكربوكسيل (2 إلى 3٪) ، عادة أحماض الجلوتاريك والسكسينيك والأديبيك. السطحي و مثبطات التآكل (حوالي 1٪) متضمنة أيضًا ، مما ينتج عنه درجة حموضة (حموضة) من 3.0 إلى 3.5. تقضي هذه التدفقات فعليًا على انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة الهوائية ومخاطر البيئة والصحة والسلامة الأخرى المرتبطة باستخدام التدفقات القائمة على المذيبات. لا تزال منتجات التحلل المذكورة في التدفقات القائمة على الصنوبري قابلة للتطبيق ، ويتطلب الرقم الهيدروجيني المعتدل أن تكون معدات معالجة التدفق مقاومة للأحماض. تشير بعض الأدلة القصصية إلى مشاكل جلدية أو تنفسية محتملة من الأحماض ثنائية الكربوكسيل المجففة الحمضية بشكل معتدل ومثبطات التآكل التي قد تصبح بقايا على متن الحاملات والعربات والأسطح الداخلية لمعدات اللحام الموجي التي تستخدم هذه المركبات. أيضًا ، قد لا يتبخر المكون المائي لهذه التدفقات بشكل كافٍ قبل الاصطدام بوعاء اللحام المنصهر ، مما قد يؤدي إلى تناثر اللحام الساخن.

موجة لحام

يمكن تحقيق إضافة التدفق إلى السطح السفلي لـ PWB إما عن طريق مذيب موجود داخل وحدة اللحام الموجي أو وحدة قائمة بذاتها عند مدخل وحدة اللحام الموجي. يوفر الشكل 2 تمثيلًا تخطيطيًا لوحدة لحام موجية قياسية مع وجود عامل التدفق داخليًا. يتم استخدام أي من التكوينين لرغوة التدفق أو رشه على PWB.

الشكل 2. مخطط وحدة لحام الموجة

ميكو50F5

التسخين المسبق

يجب تبخير ناقلات التدفق قبل اللحام. يتم تحقيق ذلك باستخدام أجهزة التسخين المسبق ذات درجة الحرارة العالية لطرد المكونات السائلة. هناك نوعان أساسيان من أجهزة التسخين المسبق قيد الاستخدام: مشع (قضيب ساخن) وحجمي (هواء ساخن). السخانات المشعة شائعة في الولايات المتحدة وتمثل احتمال اشتعال التدفق الزائد أو المذيب أو تحلل PWB في حالة تجميدها تحت التسخين المسبق. يتم توفير تهوية العادم المحلية على جانب الصهر / التسخين المسبق لوحدة اللحام الموجي لالتقاط واستنفاد مواد المذيبات / التدفق التي تم تبخيرها أثناء هذه العمليات.

لحام كوي

سبيكة اللحام (عادة 63٪ قصدير إلى 37٪ رصاص) موجودة في خزان كبير يسمى وعاء لحام ويتم تسخينه كهربائيًا للحفاظ على اللحام في حالة منصهرة. تشتمل السخانات على سخان سائب قوي للقيام بالصهر الأولي وإمداد حرارة منظم أصغر للتحكم في درجة الحرارة.

يتطلب اللحام الناجح على مستوى اللوحة أن يوفر تصميم وعاء اللحام وأنظمة مضخة إعادة التدوير باستمرار "موجة" ثابتة من اللحام الجديد. مع اللحام ، يتلوث اللحام النقي بمركبات الرصاص / القصدير المؤكسدة والشوائب المعدنية ومنتجات تحلل التدفق. هذه نفايات المعادن يتشكل على سطح اللحام المصهور ، وكلما زاد تكوين الخبث ، زاد الميل إلى تكوين إضافي. الخبث ضار بعملية اللحام وموجة اللحام. إذا كانت هناك تشكلات كافية في الوعاء ، فيمكن سحبها إلى مضخة إعادة التدوير والتسبب في تآكل المكره. مطلوب مشغلي لحام الموجة لإزالة الخبث الموجة بشكل روتيني. تتضمن هذه العملية قيام المشغل بإجهاد الخبث المتصلب من اللحام المصهور وجمع المخلفات لاستعادتها / إعادة تدويرها. تتضمن عملية إزالة الخبث أن يقوم المشغل بفتح باب الوصول الخلفي ماديًا (عادةً ما يكون تكوين جناح الخليج) المجاور لوعاء اللحام وإخراج الخبث الساخن يدويًا. خلال هذه العملية ، يتم تحرير الانبعاثات المرئية من الإناء والتي تسبب تهيجًا شديدًا لعيون وأنف وحنجرة المشغل. يجب على المشغل ارتداء القفازات الحرارية ، والمريلة ، والنظارات الواقية ، ودرع الوجه ، وحماية الجهاز التنفسي (لجسيمات الرصاص / القصدير ، والغازات المسببة للتآكل (HCl) والألدهيد الأليفاتي (الفورمالديهايد)). يتم توفير تهوية العادم المحلية من الجزء الداخلي لوحدة اللحام الموجي ، ولكن يتم سحب وعاء اللحام ميكانيكيًا من الخزانة الرئيسية للسماح للمشغل بالوصول المباشر إلى جانبي وعاء التسخين. بمجرد الانسحاب ، تصبح قناة العادم المحلية المثبتة في الخزانة غير فعالة لإزالة المواد المحررة. مخاطر الصحة والسلامة الأولية هي: الحروق الحرارية من اللحام الساخن ، والتعرض التنفسي للمواد المذكورة أعلاه ، وإصابات الظهر من التعامل مع سبائك اللحام الثقيلة وبراميل الخبث والتعرض لمخلفات لحام الرصاص / القصدير / الجسيمات الدقيقة أثناء أنشطة الصيانة.

أثناء عملية اللحام الفعلية ، يتم إغلاق أبواب الوصول ويكون الجزء الداخلي من وحدة اللحام الموجي تحت ضغط سلبي بسبب تهوية العادم المحلي المتوفرة على جانبي وعاء التدفق واللحام للموجة. تؤدي هذه التهوية ودرجات حرارة التشغيل لوعاء اللحام (عادةً من 302 إلى 316 درجة مئوية ، وهي أعلى بقليل من نقطة انصهار اللحام) ، إلى الحد الأدنى من تكوين أبخرة الرصاص. يأتي التعرض الأولي لجزيئات الرصاص / القصدير أثناء أنشطة إزالة الخبث وصيانة المعدات ، من تحريك الخبث في الوعاء ، ونقله إلى وعاء الاستصلاح وتنظيف بقايا اللحام. يتم تشكيل جسيمات الرصاص / القصدير الدقيقة أثناء عملية إزالة الخبث ويمكن إطلاقها في غرفة العمل ومنطقة التنفس لمشغل اللحام الموجي. تم وضع استراتيجيات تحكم هندسية مختلفة لتقليل التعرض المحتمل لجسيمات الرصاص ، بما في ذلك دمج تهوية العادم المحلي في وعاء الاستصلاح (انظر الشكل 3) ، واستخدام فراغ HEPA لتنظيف البقايا ، وقنوات عادم مرنة مع أذرع مفصلية في الموضع التهوية في الوعاء الساخن أثناء إزالة الخبث. يجب حظر استخدام المكانس أو الفرشاة في تنظيف بقايا اللحام. يجب أيضًا أن تكون ممارسات التدبير المنزلي الصارمة والنظافة الشخصية مطلوبة. أثناء عمليات صيانة معدات اللحام الموجي (التي تتم على أساس أسبوعي وشهري وربع سنوي وسنوي) ، يتم تنظيف المكونات المختلفة للوعاء الساخن داخل الجهاز أو إزالتها وتنظيفها في غطاء مستنفد محليًا. قد تتضمن عمليات التنظيف هذه كشطًا جسديًا أو تنظيفًا ميكانيكيًا (باستخدام مثقاب كهربائي وملحق فرشاة سلكية) لمضخة اللحام والحواجز. يتم إنشاء مستويات عالية من جسيمات الرصاص أثناء عملية التنظيف الميكانيكي ، ويجب إجراء العملية في حاوية مستنفدة محليًا.

الشكل 3. عربة خبث مع غطاء فراغ

ميكروفون050F6

التفتيش واللمس والاختبار

يتم إجراء وظائف الفحص البصري واللمسة بعد اللحام الموجي وتتضمن استخدام العدسات المكبرة / مصابيح المهام لفحص العيوب بدقة ولمس العيوب. قد تتضمن وظيفة اللمسات الأخيرة استخدام ملف عصا اللحام مكواة لحام يدوية ولحام لب الصنوبري أو بالفرشاة على كمية صغيرة من تدفق السائل ولحام سلك الرصاص / القصدير. تتضمن الأبخرة المرئية من لحام العصا منتجات انهيار من التدفق. قد تشكل الكميات الصغيرة من حبة لحام الرصاص / القصدير التي لم تلتصق بمفصل اللحام مشكلة في التدبير المنزلي والنظافة الشخصية. يجب توفير إما مروحة مجاورة لمحطة العمل للتهوية العامة للتخفيف بعيدًا عن منطقة تنفس المشغل أو نظام عادم دخان أكثر تعقيدًا يلتقط منتجات الانهيار عند طرف مكواة اللحام أو بجوار العملية. يتم بعد ذلك توجيه الأبخرة إلى نظام عادم لتنقية الهواء يشتمل على ترشيح HEPA للجسيمات وامتصاص غاز الكربون المنشط للألدهيدات الأليفاتية وغازات حمض الهيدروكلوريك. تعتمد فعالية أنظمة عادم اللحام هذه بشكل كبير على سرعات الالتقاط ، والقرب من نقطة تولد الدخان ونقص المسودات المتقاطعة على سطح العمل. يتطلب الاختبار الكهربائي لثنائي الفينيل متعدد الكلور المكتمل معدات وبرامج اختبار متخصصة.

إعادة العمل والإصلاح

بناءً على نتائج اختبار اللوحة ، يتم تقييم اللوحات المعيبة لفشل مكونات معينة واستبدالها. قد تتضمن إعادة صياغة الألواح هذه لحامًا بالعصا. إذا كانت المكونات الأساسية في ثنائي الفينيل متعدد الكلور مثل المعالج الدقيق بحاجة إلى الاستبدال ، أ إعادة عمل وعاء لحام يستخدم لغمر هذا الجزء من اللوحة الذي يحتوي على المكون أو المفصل المعيب في وعاء لحام صغير ، وإزالة المكون ثم إدخال مكون وظيفي جديد مرة أخرى على اللوحة. إذا كان المكون أصغر حجمًا أو تمت إزالته بسهولة ، فسيتم فتح ملف بطالة الهواء يستخدم النظام الذي يستخدم الهواء الساخن لتسخين مفصل اللحام والفراغ لإزالة اللحام. يتم وضع وعاء اللحام المعاد تشكيله داخل حاوية مستنفدة محليًا توفر سرعة عادم كافية لالتقاط منتجات تحلل التدفق المتكونة عندما يتم تنظيف اللحام السائل على السبورة ويتم إجراء تلامس للحام. يشكل هذا القدر أيضًا خبثًا ويتطلب معدات وإجراءات لإزالة الخبث (على نطاق أصغر بكثير). لا يتطلب نظام فراغ الهواء أن يتم وضعه داخل حاوية ، ولكن يجب التعامل مع لحام الرصاص / القصدير الذي تمت إزالته كنفايات خطرة واستعادته / إعادة تدويره.

عمليات الدعم - تنظيف الاستنسل

تضمنت الخطوة الأولى في عملية تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور استخدام استنسل لتوفير نمط مواقع الترابط لعجينة لحام الرصاص / القصدير ليتم مسحها من خلالها. عادة ، تبدأ فتحات الاستنسل في الانسداد ويجب إزالة بقايا عجينة الرصاص / القصدير على أساس كل نوبة. عادةً ما يتم إجراء التنظيف المسبق في طابعة الشاشة لالتقاط التلوث الإجمالي على اللوحة ، عن طريق مسح سطح اللوحة بخليط كحول مخفف ومناديل مبللة يمكن التخلص منها. لإزالة المخلفات المتبقية تمامًا ، يلزم إجراء عملية تنظيف رطب. في نظام مشابه لغسالة الأطباق الكبيرة ، يتم استخدام الماء الساخن (57 درجة مئوية) والمحلول الكيميائي للأمينات الأليفاتية المخففة (مونو إيثانول أمين) لإزالة معجون اللحام كيميائيًا من الاستنسل. يتم غسل كميات كبيرة من الرصاص / لحام القصدير من على اللوح وإما ترسب في غرفة الغسيل أو في محلول في مياه الصرف الصحي. تتطلب هذه النفايات السائلة الترشيح أو الإزالة الكيميائية للرصاص وتعديل الأس الهيدروجيني للأمينات الأليفاتية المسببة للتآكل (باستخدام حمض الهيدروكلوريك). تستخدم منظفات الاستنسل الحديثة ذات النظام المغلق نفس محلول الغسيل حتى يتم استنفاده. يتم نقل المحلول إلى وحدة التقطير ، ويتم تقطير المواد المتطايرة حتى يتم تكوين بقايا شبه سائلة. ثم يتم التعامل مع هذه البقايا على أنها نفايات خطرة ملوثة بالرصاص / القصدير.

عملية تجميع الكمبيوتر

بمجرد تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور النهائي ، يتم نقله إلى عملية تجميع الأنظمة لإدماجها في منتج الكمبيوتر النهائي. عادة ما تكون هذه العملية كثيفة العمالة ، حيث يتم توريد الأجزاء المكونة التي يتم تجميعها إلى محطات العمل الفردية على عربات النقل على طول خط التجميع الميكانيكي. تتعلق المخاطر الرئيسية للصحة والسلامة بحركة المواد وتجهيزها (الرافعات الشوكية ، والرفع اليدوي) ، والآثار المريحة لعملية التجميع (نطاق الحركة ، وقوة الإدخال المطلوبة "لضبط" المكونات ، وتركيب البراغي والموصلات) والتعبئة النهائية ، يتقلص التغليف والشحن. تتضمن عملية تجميع الكمبيوتر النموذجية ما يلي:

  • إعداد الهيكل / العلبة
  • ثنائي الفينيل متعدد الكلور (لوحة الأم وابنتها) الإدراج
  • إدخال المكون الأساسي (القرص المرن ، القرص الصلب ، مزود الطاقة ، محرك الأقراص المضغوطة)
  • عرض التجميع (الأجهزة المحمولة فقط)
  • إدخال الماوس ولوحة المفاتيح (الأجهزة المحمولة فقط)
  • الكابلات والموصلات ومكبرات الصوت
  • تجميع الغطاء العلوي
  • تنزيل البرامج
  • تجربه بالعربي
  • إعادة العمل
  • شحن البطارية (الأجهزة المحمولة فقط) والتغليف
  • تقليص التغليف والشحن.

 

تتضمن المواد الكيميائية الوحيدة التي يمكن استخدامها في عملية التجميع التنظيف النهائي لعلبة الكمبيوتر أو الشاشة. بشكل نموذجي ، يتم استخدام محلول مخفف من كحول الأيزوبروبيل والماء أو خليط تجاري من المنظفات (على سبيل المثال ، Simple Green - محلول سليل بوتيل مخفف ومحلول مائي).

 

الرجوع

السبت، 02 أبريل 2011 18: 56

الآثار الصحية وأنماط المرض

كصناعة ناشئة ، غالبًا ما يُنظر إلى تصنيع أشباه الموصلات على أنه مثال لمكان العمل عالي التقنية. بسبب متطلبات التصنيع الصارمة المرتبطة بإنتاج طبقات متعددة من الدوائر الإلكترونية ذات الأبعاد الميكرونية على رقائق السيليكون ، أصبحت بيئة غرف الأبحاث مرادفة لمكان العمل لهذه الصناعة. نظرًا لأن بعض غازات الهيدريد المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات (مثل الأرسين والفوسفين) تم التعرف عليها مبكرًا على أنها مواد كيميائية شديدة السمية ، فقد كانت تقنية التحكم في التعرض للاستنشاق دائمًا مكونًا مهمًا في تصنيع الرقائق. يتم عزل عمال أشباه الموصلات بشكل أكبر عن عملية الإنتاج من خلال ارتداء ملابس خاصة تغطي الجسم بالكامل (مثل العباءات) وأغطية الشعر وأغطية الأحذية ، وفي كثير من الأحيان ، أقنعة الوجه (أو حتى أجهزة التنفس المزودة بالهواء). من وجهة نظر عملية ، أدت مخاوف صاحب العمل بشأن نقاء المنتج أيضًا إلى حماية العمال من التعرض.

بالإضافة إلى الملابس الواقية الشخصية ، يتم استخدام أنظمة متطورة للغاية للتهوية ومراقبة الهواء الكيميائي / الغازي في جميع أنحاء صناعة أشباه الموصلات للكشف عن تسرب أبخرة المذيبات الكيميائية السامة والأحماض وغازات الهيدريد عند أجزاء في المليون (جزء في المليون) أو أقل. على الرغم من أنه ، من وجهة النظر التاريخية ، شهدت الصناعة عمليات إجلاء متكررة للعمال من غرف تصنيع الرقائق ، بناءً على التسريبات الحقيقية أو المشتبه بها للغازات أو المذيبات ، أصبحت حلقات الإخلاء هذه أحداثًا نادرة بسبب الدروس المستفادة في تصميم أنظمة التهوية والغازات السامة / المناولة الكيميائية وأنظمة مراقبة الهواء المتطورة بشكل متزايد مع أخذ عينات الهواء باستمرار. ومع ذلك ، فإن القيمة النقدية المتزايدة لرقائق السيليكون الفردية (جنبًا إلى جنب مع زيادة أقطار الرقاقة) ، والتي يمكن أن تحتوي على عشرات المعالجات الدقيقة الفردية أو أجهزة الذاكرة ، يمكن أن تضع ضغطًا عقليًا على العمال الذين يجب عليهم التعامل يدويًا مع حاويات هذه الرقائق أثناء عمليات التصنيع. تم الحصول على دليل على هذا الإجهاد خلال دراسة لعمال أشباه الموصلات (Hammond et al. 1995 ؛ Hines et al. 1995 ؛ McCurdy et al. 1995).

بدأت صناعة أشباه الموصلات في الولايات المتحدة ، التي تضم أكبر عدد من عمال صناعة أشباه الموصلات (ما يقرب من 225,000 في عام 1994) في أي بلد (BLS 1995). ومع ذلك ، فإن الحصول على تقديرات توظيف دولية صالحة لهذه الصناعة أمر صعب بسبب إدراج عمال أشباه الموصلات مع عمال "تصنيع المعدات الكهربائية / الإلكترونية" في إحصاءات معظم الدول. بسبب الضوابط الهندسية شديدة الصرامة المطلوبة لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات ، فمن المرجح أن تكون أماكن عمل أشباه الموصلات (أي غرف الأبحاث) قابلة للمقارنة ، في معظم النواحي ، في جميع أنحاء العالم. هذا الفهم ، إلى جانب متطلبات حكومة الولايات المتحدة لتسجيل جميع الإصابات والأمراض المهمة المتعلقة بالعمل بين العمال الأمريكيين ، يجعل تجربة إصابة العمل والمرض لعمال أشباه الموصلات في الولايات المتحدة قضية وثيقة الصلة على الصعيدين الوطني والدولي. وببساطة ، في هذا الوقت ، هناك عدد قليل من المصادر الدولية للمعلومات والبيانات ذات الصلة المتعلقة بسلامة عمال أشباه الموصلات وخبراتهم الصحية ، بخلاف تلك الواردة في المسح السنوي للإصابات والأمراض المهنية من قبل مكتب الولايات المتحدة لإحصائيات العمل (BLS).

في الولايات المتحدة ، التي جمعت بيانات إصابات العمل والمرض في جميع الصناعات منذ عام 1972 ، كان تواتر الإصابات والأمراض المرتبطة بالعمل بين عمال أشباه الموصلات من بين أقل الصناعات التحويلية. ومع ذلك ، فقد تم الإعراب عن مخاوف من احتمال وجود تأثيرات صحية أكثر دقة بين عمال أشباه الموصلات (LaDou 1986) ، على الرغم من عدم توثيق هذه الآثار.

تم عقد العديد من الندوات المتعلقة بتقييم تكنولوجيا التحكم في صناعة أشباه الموصلات ، مع العديد من أوراق الندوات التي تتناول قضايا البيئة وسلامة وصحة العمال (ACGIH 1989 ، 1993).

تم اشتقاق كمية محدودة من بيانات إصابات العمل والمرض لمجتمع تصنيع أشباه الموصلات الدولي من خلال مسح خاص تم إجراؤه في عام 1995 ، بما في ذلك الحالات المبلغ عنها في عامي 1993 و 1994. ويرد أدناه تلخيص لبيانات المسح هذه.

إصابات العمل والمرض بين عمال أشباه الموصلات

فيما يتعلق بالبيانات الإحصائية الدولية المرتبطة بإصابات العمل والأمراض بين عمال أشباه الموصلات ، يبدو أن البيانات المقارنة الوحيدة هي تلك المستمدة من مسح لعمليات تصنيع أشباه الموصلات متعددة الجنسيات التي أجريت في عام 1995 (Lassiter 1996). تضمنت البيانات التي تم جمعها في هذا الاستطلاع العمليات الدولية لمصنعي أشباه الموصلات في الولايات المتحدة للأعوام 1993-94. تضمنت بعض البيانات من المسح عمليات أخرى غير تصنيع أشباه الموصلات (على سبيل المثال ، تصنيع الكمبيوتر ومحرك الأقراص) ، على الرغم من أن جميع الشركات المشاركة كانت منخرطة في صناعة الإلكترونيات. يتم عرض نتائج هذا المسح في الشكل 1 والشكل 2 ، والتي تشمل بيانات من منطقة آسيا والمحيط الهادئ وأوروبا وأمريكا اللاتينية والولايات المتحدة. تضمنت كل حالة إصابة أو مرض متعلق بالعمل يتطلب علاجًا طبيًا أو فقدان العمل أو تقييده. تم حساب جميع معدلات الحدوث في الأرقام على أنها عدد الحالات (أو أيام العمل الضائعة) لكل 200,000 ساعة عمل في السنة. إذا لم يكن إجمالي ساعات العمل متاحًا ، فقد تم استخدام متوسط ​​تقديرات العمالة السنوية. مقام 200,000 ساعة عمل يساوي 100 عامل بدوام كامل في السنة (بافتراض 2,000 ساعة عمل لكل عامل في السنة).

الشكل 1. توزيع معدلات الإصابة بإصابات وأمراض العمل حسب القطاع العالمي ، 1993 و 1994.

ميكروفون060F6

الشكل 2. توزيع معدلات الإصابة بالإصابات والأمراض مع أيام الإجازة حسب القطاع العالمي 1993 و 1994

ميكروفون060F7

الشكل 1 يصور إصابات العمل ومعدلات الإصابة بالمرض في مناطق العالم المختلفة في مسح 1993-94. لم يتم تضمين معدلات الدول الفردية لضمان سرية تلك الشركات المشاركة التي كانت المصادر الوحيدة للبيانات لبعض البلدان. وبالتالي ، بالنسبة لبلدان معينة في المسح ، تم الإبلاغ عن البيانات لمرفق واحد فقط. في عدة حالات ، جمعت الشركات جميع البيانات الدولية في إحصائية واحدة. يتم سرد هذه البيانات الأخيرة في الشكل 1 والشكل 2 على أنها "مجمعة".

بلغ معدل الإصابة السنوي بإصابات وأمراض العمل بين جميع العاملين في المسح الدولي 3.3 حالة لكل 100 موظف (200,000 ساعة عمل) في عام 1993 و 2.7 في عام 1994. وكان هناك 12,615 حالة تم الإبلاغ عنها لعام 1993 و 12,368 حالة لعام 1994. الغالبية العظمى من تم الحصول على قضية (12,130،1993 في عام 387,000) من الشركات الأمريكية. ارتبطت هذه الحالات بحوالي 1993 عامل في عام 458,000 و 1994 في عام XNUMX.

يعرض الشكل 2 معدلات الحدوث لحالات يوم العمل الضائع التي تشمل أيام الابتعاد عن العمل. استندت معدلات الإصابة في عامي 1993 و 1994 إلى ما يقرب من 4,000 حالة يوم عمل ضائع لكل عامين في المسح الدولي. كان النطاق الدولي / الإقليمي في معدلات الإصابة لهذه الإحصائية هو الأضيق من تلك التي تم قياسها. قد تمثل حالات فقدان يوم العمل أكثر الإحصائيات الدولية قابلية للمقارنة فيما يتعلق بسلامة العمال وخبراتهم الصحية. كان معدل الحدوث لأيام العمل الضائعة (أيام الابتعاد عن العمل) حوالي 2 يومًا بعيدًا عن العمل لكل 15.4 عامل لكل عام من السنتين.

البيانات المفصلة الوحيدة المعروفة بوجودها فيما يتعلق بخصائص حالة إصابات وأمراض عمال أشباه الموصلات هي تلك التي يتم تجميعها سنويًا في الولايات المتحدة بواسطة BLS ، والتي تتضمن حالات فقدت فيها أيام العمل. تم تحديد الحالات التي تمت مناقشتها هنا بواسطة BLS في المسح السنوي لعام 1993. تظهر البيانات التي تم الحصول عليها من هذه الحالات في الشكل 3 ، الشكل 4 ، الشكل 5 والشكل 6. يقارن كل رقم تجربة حالة يوم العمل المفقودة للقطاع الخاص ، كل التصنيع وتصنيع أشباه الموصلات.

الشكل 3. حالات مقارنة حالات أيام العمل الضائعة1 حسب نوع الحدث أو العرض ، 1993

ميكروفون060F2

الشكل 4. حالات مقارنة حالات يوم العمل الضائع1 حسب مصدر الإصابة أو المرض ، 1993.

ميكروفون060F3

الشكل 5. حالات مقارنة حالات يوم العمل الضائع1 حسب طبيعة الإصابة أو المرض ، 1993.

ميكروفون060F4

الشكل 6. حالات مقارنة حالات يوم العمل الضائع حسب جزء الجسم المصاب ، 1993

ميكروفون060F5

يقارن الشكل 3 تجربة حالة يوم العمل المفقودة لعمال أشباه الموصلات في الولايات المتحدة في عام 1993 مع القطاع الخاص ومع جميع الصناعات التحويلية فيما يتعلق بنوع الحدث أو التعرض. كانت معدلات الحدوث بالنسبة لمعظم الفئات في هذا الرقم أقل بكثير بالنسبة للعاملين في صناعة أشباه الموصلات مقارنة بالقطاع الخاص أو جميع الصناعات التحويلية. كانت الحالات التي تنطوي على إجهاد مفرط بين عمال أشباه الموصلات أقل من نصف المعدل لجميع العاملين في قطاع التصنيع. كانت فئة التعرض الضار (المرتبطة بشكل أساسي بالتعرض للمواد الكيميائية) متكافئة بين المجموعات الثلاث.

يعرض الشكل 4 التوزيعات المقارنة لحالات يوم العمل الضائع وفقًا لمصدر الإصابة أو المرض. وكانت معدلات حدوث حالات يوم العمل الضائع لعمال أشباه الموصلات أقل من تلك الخاصة بالقطاع الخاص وجميع الصناعات التحويلية في جميع فئات المصادر باستثناء الحالات المرتبطة بالتعرض للمواد الكيميائية. مواد.

يقارن الشكل 5 معدلات وقوع حالات يوم العمل المفقودة المرتبطة بطبيعة الإصابة أو المرض بين المجموعات الثلاث. كانت معدلات عمال أشباه الموصلات أقل من نصف المعدلات لكل من القطاع الخاص وجميع الصناعات التحويلية في عام 1993. كان معدل حدوث الحروق الكيميائية أعلى قليلاً بالنسبة لعمال أشباه الموصلات ، ولكنه كان منخفضًا جدًا لجميع مجموعات المقارنة الثلاث. كان معدل حدوث متلازمة النفق الرسغي (CTS) بين عمال أشباه الموصلات في الولايات المتحدة أقل من نصف المعدل لجميع الصناعات التحويلية.

في الشكل 6 ، يتم توضيح توزيع ووقوع الحالات التي تتضمن أيامًا بعيدًا عن العمل وفقًا للجزء المصاب من الجسم. على الرغم من أن حدوث الحالات التي تنطوي على أنظمة الجسم كان منخفضًا لجميع مجموعات المقارنة ، إلا أن معدل عمال أشباه الموصلات كان مرتفعًا قليلاً. كانت جميع أجزاء الجسم الأخرى المتأثرة أقل بكثير بالنسبة لعمال أشباه الموصلات مقارنة بمجموعتي المقارنة الأخريين.

الدراسات الوبائية لعمال أشباه الموصلات

ظهر القلق بشأن عواقب الصحة الإنجابية المحتملة المرتبطة بالتوظيف في أشباه الموصلات في عام 1983 عندما أشارت موظفة في منشأة أشباه الموصلات التابعة لشركة Digital Equipment Corporation في هدسون بولاية ماساتشوستس ، إلى أنها تعتقد أن فائضًا من حالات الإجهاض حدثت بين الموظفين في غرف الأبحاث بالمنشأة. أدى هذا الادعاء ، إلى جانب عدم وجود بيانات داخلية في المرفق ، إلى دراسة وبائية من قبل كلية الصحة العامة بجامعة ماساتشوستس في أمهيرست (UMass). بدأت الدراسة في مايو 1984 واكتملت في عام 1985 (Pastides et al. 1988).

لوحظ ارتفاع خطر الإجهاض في كل من المنطقة الليثوغرافية الضوئية ومنطقة الانتشار عند مقارنتها بالعمال غير المعرضين في مناطق أخرى من المنشأة. واعتبر أن الخطر النسبي 1.75 ليس ذا دلالة إحصائية (P <0.05) ، على الرغم من أن الخطر النسبي 2.18 لوحظ بين العمال في مناطق الانتشار كان كبيرا. أدى نشر دراسة UMass إلى القلق في جميع أنحاء صناعة أشباه الموصلات من أن هناك ما يبرر إجراء دراسة أكبر للتحقق من صحة النتائج المرصودة وتحديد مداها والسببية المحتملة.

قامت جمعية صناعة أشباه الموصلات (SIA) بالولايات المتحدة برعاية دراسة أكبر أجرتها جامعة كاليفورنيا في ديفيس (UC Davis) ابتداءً من عام 1989. صُممت دراسة UC Davis لاختبار الفرضية القائلة بأن تصنيع أشباه الموصلات مرتبط بزيادة المخاطر إجهاض موظفات تصنيع الرقائق. تم اختيار مجتمع الدراسة من بين 14 شركة تمثل 42 موقع إنتاج في 17 ولاية. كان أكبر عدد من المواقع (يمثل ما يقرب من نصف الموظفين في الدراسة) في ولاية كاليفورنيا.

تتكون دراسة جامعة كاليفورنيا في ديفيس من ثلاثة مكونات مختلفة: مكون مقطعي (McCurdy et al. 1995؛ Pocekay et al. 1995)؛ مكون الفوج التاريخي (Schenker وآخرون 1995) ؛ ومكون محتمل (Eskenazi وآخرون 1995). كان تقييم التعرض مركزًا في كل من هذه الدراسات (Hines et al. 1995 ؛ Hammond et al. 1995). قام مكون تقييم التعرض بتعيين الموظفين إلى مجموعة تعرض نسبية (مثل التعرض العالي والتعرض المنخفض وما إلى ذلك).

في المكون التاريخي للدراسة ، تم تحديد أن الخطر النسبي لعمال التصنيع ، مقارنة مع غير المصنّعين ، كان 1.45 (أي 45٪ زيادة خطر الإجهاض). كانت المجموعة الأكثر خطورة التي تم تحديدها في المكون التاريخي للدراسة من النساء اللائي عملن في الطباعة الحجرية الضوئية أو عمليات الحفر. واجهت النساء اللائي يقمن بعمليات الحفر اختطارًا نسبيًا قدره 2.15 (اختطار نسبي = 2.15). بالإضافة إلى ذلك ، لوحظ وجود علاقة بين الجرعة والاستجابة بين النساء اللواتي عملن مع أي مقاوم للضوء أو مطور فيما يتعلق بزيادة خطر الإجهاض. دعمت هذه البيانات ارتباطًا بالاستجابة للجرعة لإيثرات الإيثيلين جليكول (EGE) ولكن ليس لإيثرات البروبيلين جليكول (PGE).

على الرغم من ملاحظة زيادة خطر الإجهاض بين العاملات في تصنيع الرقائق في المكون المحتمل لدراسة جامعة كاليفورنيا في ديفيس ، إلا أن النتائج لم تكن ذات دلالة إحصائية (P أقل من 0.05). قلل عدد قليل من حالات الحمل بشكل كبير من قوة المكون المرتقب للدراسة. أشار التحليل عن طريق التعرض لعامل كيميائي إلى زيادة المخاطر بالنسبة لأولئك النساء اللائي عملن مع إيثيلين جلايكول أحادي إيثيل إيثر ، ولكن تم اعتماده على 3 حالات حمل فقط. كانت إحدى النتائج المهمة هي الدعم العام ، وليس التناقض ، لنتائج المكون التاريخي.

لاحظ المكون المقطعي للدراسة زيادة في أعراض الجهاز التنفسي العلوي بشكل أساسي في فرن الانتشار ومجموعات الأغشية الرقيقة من العمال. كان الاكتشاف المثير للاهتمام هو التأثيرات الوقائية الواضحة للعديد من الضوابط الهندسية المتعلقة ببيئة العمل (على سبيل المثال ، مساند القدمين واستخدام كرسي قابل للتعديل لتقليل إصابات الظهر).

وجدت قياسات الهواء التي تم إجراؤها في قوالب الويفر أن معظم حالات التعرض للمذيبات كانت أقل من 1٪ من حدود التعرض المسموح بها (PEL) التي وضعتها حكومة الولايات المتحدة.

تم إجراء دراسة وبائية منفصلة (Correa et al. 1996) من قبل جامعة جونز هوبكنز (JHU) ، بمشاركة مجموعة من موظفي أشباه الموصلات من شركة IBM في عام 1989. وكان معدل الإجهاض الإجمالي الذي لوحظ في دراسة JHU التي شملت عاملات غرف الأبحاث 16.6٪. كان الخطر النسبي للإجهاض بين العاملات في غرف الأبحاث مع أعلى تعرض محتمل لإيثرات الإيثيلين جلايكول 2.8 (95٪ CI = 1.4-5.6).

مناقشة الدراسات الوبائية الإنجابية التي تشمل عمال أشباه الموصلات

كانت الدراسات الوبائية رائعة في نطاق النتائج وتشابهها. كل هذه الدراسات أنتجت نتائج مماثلة. وثقت كل دراسة زيادة خطر الإجهاض التلقائي (الإجهاض) للعاملات في تصنيع رقاقة أشباه الموصلات. قد تشير دراستان (JHU و UC Davis) إلى وجود علاقة سببية مع التعرض لإيثرات الجليكول القائمة على الإيثيلين. وجدت دراسة UMass أن مجموعة الصور (أولئك الذين تعرضوا لغليكول إيثر) كانت أقل خطورة من مجموعة الانتشار ، التي لم يكن لديها تعرض موثق لإيثر الجليكول. بينما تشير هذه الدراسات إلى زيادة مخاطر الإجهاض التلقائي بين عمال تصنيع الرقائق ، إلا أن سبب هذه المخاطر الزائدة غير واضح. فشلت دراسة JHU في توثيق دور مهم لإيثرات الجليكول ، ودراسة جامعة كاليفورنيا في ديفيس مرتبطة بشكل هامشي فقط بإيثرات الجليكول (من خلال نمذجة التعرض وممارسات العمل المبلغ عنها ذاتيًا) بالتأثيرات الإنجابية. تم إجراء القليل من المراقبة ، إن وجدت ، في أي من الدراستين لتحديد التعرض لإيثرات الجليكول. بعد الانتهاء من هذه الدراسات ، بدأت صناعة أشباه الموصلات في التحول من سلسلة إيثيلين جلايكول إيثرات إلى بدائل مثل إيثيل لاكتات وسلسلة بروبيلين جلايكول إيثر.

وفي الختام

استنادًا إلى أفضل البيانات المتاحة المتعلقة بالحدوث السنوي للإصابات والأمراض المرتبطة بالعمل ، فإن عمال أشباه الموصلات معرضون لمخاطر أقل من العاملين في قطاعات التصنيع الأخرى أو في جميع أنحاء القطاع الخاص (بما في ذلك العديد من الصناعات غير التصنيعية). على المستوى الدولي ، يبدو أن البيانات الإحصائية لإصابات العمل والمرض المرتبطة بحالات يوم العمل الضائع قد تكون مؤشرًا موثوقًا به إلى حد ما على السلامة العالمية والخبرة الصحية لعمال أشباه الموصلات. رعت الصناعة العديد من الدراسات الوبائية المستقلة في محاولة للعثور على إجابات لأسئلة عواقب الصحة الإنجابية المتعلقة بالتوظيف في الصناعة. على الرغم من عدم وجود ارتباط نهائي بين حالات الإجهاض المرصودة والتعرض لإيثرات الجليكول القائمة على الإيثيلين ، فقد بدأت الصناعة في استخدام مذيبات مقاومة للضوء بديلة.

 

الرجوع

السبت، 02 أبريل 2011 19: 07

قضايا البيئة والصحة العامة

نظرة عامة حول الصناعة

يُنظر إلى صناعة الإلكترونيات ، مقارنة بالصناعات الأخرى ، على أنها "نظيفة" من حيث تأثيرها على البيئة. ومع ذلك ، فإن المواد الكيميائية المستخدمة في تصنيع الأجزاء والمكونات الإلكترونية ، والنفايات الناتجة ، تخلق مشكلات بيئية مهمة يجب معالجتها على نطاق عالمي بسبب حجم صناعة الإلكترونيات. تعتبر النفايات والمنتجات الثانوية المشتقة من تصنيع لوحات الأسلاك المطبوعة (PWBs) ولوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) وأشباه الموصلات من مجالات الاهتمام التي اتبعتها الصناعة الإلكترونية بقوة فيما يتعلق بمنع التلوث وتكنولوجيا المعالجة وتقنيات إعادة التدوير / الاستصلاح .

إلى حد كبير ، انتقل الحافز للسيطرة على البصمة البيئية للعمليات الإلكترونية من دافع بيئي إلى مجال مالي. نظرًا للتكاليف والمسؤوليات المرتبطة بالنفايات والانبعاثات الخطرة ، طبقت صناعة الإلكترونيات بقوة وطورت ضوابط بيئية قللت بشكل كبير من تأثير منتجاتها الثانوية ونفاياتها. بالإضافة إلى ذلك ، اتبعت صناعة الإلكترونيات نهجًا استباقيًا لدمج الأهداف والأدوات والتقنيات البيئية في أعمالها الواعية بالبيئة. ومن الأمثلة على هذا النهج الاستباقي التخلص التدريجي من مركبات الكربون الكلورية فلورية والمركبات المشبعة بالفلور وتطوير بدائل "صديقة للبيئة" ، فضلاً عن نهج "تصميم البيئة" الناشئ لتطوير المنتجات.

يتطلب تصنيع PWBs و PCBs وأشباه الموصلات استخدام مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية وتقنيات ومعدات التصنيع المتخصصة. نظرًا للمخاطر المرتبطة بعمليات التصنيع هذه ، فإن الإدارة السليمة للمنتجات الكيميائية الثانوية والنفايات والانبعاثات ضرورية لضمان سلامة موظفي الصناعة وحماية البيئة في المجتمعات التي يقيمون فيها.

يقدم الجدول 1 والجدول 2 والجدول 3 الخطوط العريضة للمنتجات الثانوية الرئيسية والنفايات التي تتولد في تصنيع PWBs ومركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور وأشباه الموصلات. بالإضافة إلى ذلك ، تعرض الجداول الأنواع الرئيسية للتأثيرات البيئية والوسائل المقبولة عمومًا للتخفيف والتحكم في مجرى النفايات. في المقام الأول ، تؤثر النفايات المتولدة على مياه الصرف الصناعي أو الهواء ، أو تصبح نفايات صلبة.

الجدول 1. توليد نفايات برنامج العمل والميزانية وضوابطه

خطوات عملية

خطير
مواد مخلفة، مخلفات

بيئي
تأثير

طرق المكافحة1

الخامة

بدون اضاءة

بدون اضاءة

بدون اضاءة

كومة ودبوس

المعادن الثقيلة / النفيسة
الايبوكسي / الألياف الزجاجية

النفايات الصلبة2
النفايات الصلبة2

إعادة التدوير / الاسترداد
إعادة التدوير / الاسترداد

حفر

المعادن الثقيلة / النفيسة
الايبوكسي / الألياف الزجاجية

النفايات الصلبة2
النفايات الصلبة2

إعادة التدوير / الاسترداد
إعادة التدوير / الاسترداد

Deburr

المعادن الثقيلة / النفيسة
الايبوكسي / الألياف الزجاجية

النفايات الصلبة2
النفايات الصلبة2

إعادة التدوير / الاسترداد
إعادة التدوير / الاسترداد

بالكهرباء
طلاء النحاس

المعادن

المواد المسببة للتآكل / المواد الكاوية

الفلوريدات

مياه الصرف الصحي

مياه الصرف الصحي / الهواء

مياه الصرف الصحي

الترسيب الكيميائي

تحييد الأس الهيدروجيني / تنقية الهواء
(استيعاب)
التحييد الكيميائي

التصوير

المذيبات

المواد المسببة للتآكل
المذيبات

هواء

هواء
النفايات الصلبة2

الامتزاز أو التكثيف أو
الحرق
تنقية الهواء (الامتصاص)
إعادة التدوير / الاستصلاح / الحرق

تصفيح النقش

المواد المسببة للتآكل

المعادن
الفلوريدات

مياه الصرف الصحي / الهواء

مياه الصرف الصحي
مياه الصرف الصحي

تحييد الأس الهيدروجيني / تنقية الهواء
(استيعاب)
الترسيب الكيميائي
الترسيب الكيميائي

قطاع ، حفر ، شريط

غاز الأمونيا
المعادن
المذيبات

هواء
مياه الصرف الصحي
النفايات الصلبة2

تنقية الهواء (الامتزاز)
الترسيب الكيميائي
إعادة التدوير / الاستصلاح / الحرق

قناع اللحيم

المواد المسببة للتآكل
المذيبات

المذيبات / أحبار الايبوكسي

هواء
هواء

النفايات الصلبة2

تنقية الهواء (الامتزاز)
الامتزاز أو التكثيف أو
الحرق
إعادة التدوير / الاستصلاح / الحرق

طلاء اللحام

المذيبات

المواد المسببة للتآكل
لحام الرصاص / القصدير ، التدفق

هواء

هواء
النفايات الصلبة2

الامتزاز أو التكثيف أو
الحرق
تنقية الهواء (الامتزاز)
إعادة التدوير / الاسترداد

صفيحة ذهبية

المواد المسببة للتآكل
المواد المسببة للتآكل
المعادن
المعادن

هواء
مياه الصرف الصحي
مياه الصرف الصحي
النفايات الصلبة2

تنقية الهواء (الامتزاز)
تحييد الأس الهيدروجيني
الترسيب الكيميائي
إعادة التدوير / الاسترداد

مكون
أسطورة

المذيبات

المذيبات / الأحبار

هواء

النفايات الصلبة2

تكثيف الامتزاز أو
الحرق
إعادة التدوير / الاستصلاح / الحرق

1. يعتمد استخدام ضوابط التخفيف على حدود التفريغ في الموقع المحدد.

2. النفايات الصلبة هي أي مادة يتم التخلص منها بغض النظر عن حالتها.

الجدول 2. توليد نفايات ثنائي الفينيل متعدد الكلور والضوابط

خطوات عملية

خطير
مواد مخلفة، مخلفات

بيئي
تأثير

طرق المكافحة

سوائل التنظيف

المعادن (الرصاص)

مياه الصرف الصحي

معادلة درجة الحموضة ، مادة كيميائية
هطول الأمطار ، إعادة تدوير الرصاص

عجينة لصق

معجون اللحام (الرصاص / القصدير)

النفايات الصلبة

إعادة التدوير / الاسترداد

لاصق
استمارتنا

غراء الايبوكسي

النفايات الصلبة

حرق

مكون
إدراج

   

الأشرطة البلاستيكية والبكرات والأنابيب
يتم إعادة تدويرها / إعادة استخدامها

علاج لاصق و
إنحسر اللحام

     

الجريان

مذيب (تدفق IPA)

النفايات الصلبة

تدوير

موجة لحام

المعادن (خبث اللحام)

النفايات الصلبة

إعادة التدوير / الاسترداد

التفتيش و
اللمسة

معدن
(قصاصات الأسلاك الرصاص)

النفايات الصلبة

إعادة التدوير / الاسترداد

الاختبار

مأهولة بالسكان
المجالس

النفايات الصلبة

إعادة التدوير / الاسترداد
(ألواح مصهره للنفيس
استعادة المعادن)

إعادة صياغة و
إصلاح

المعادن (خبث اللحام)

النفايات الصلبة

إعادة التدوير / الاسترداد

الدعم
عمليات - استنسل
تنظيف

معدن
(معجون الرصاص / القصدير / اللحام)

النفايات الصلبة

إعادة التدوير / الحرق

 

الجدول 3. توليد النفايات الناتجة عن تصنيع أشباه الموصلات والضوابط

خطوات عملية

خطير
مواد مخلفة، مخلفات

بيئي
تأثير

طرق المكافحة

الطباعة الحجرية / النقش

المذيبات
المعادن
المواد المسببة للتآكل / المواد الكاوية
المواد المسببة للتآكل
حامض الكبريتيك
الفلوريدات

النفايات الصلبة
مياه الصرف الصحي
مياه الصرف الصحي
هواء
النفايات الصلبة
مياه الصرف الصحي

إعادة التدوير / الاستصلاح / الحرق
الترسيب الكيميائي
تحييد الأس الهيدروجيني
تنقية الهواء (الامتصاص)
إعادة التدوير / إعادة المعالجة
الترسيب الكيميائي

أكسدة

المذيبات
المواد المسببة للتآكل

النفايات الصلبة
مياه الصرف الصحي

إعادة التدوير / الاستصلاح / الحرق
تحييد الأس الهيدروجيني

المنشطات

الغازات السامة (أرسين ،
الفوسفين ، ديبوران ،
ثلاثي فلوريد البورون ،
ثلاثي كلوريد البورون ، وما إلى ذلك)
المعادن (الزرنيخ ،
الفسفور والبورون)

هواء



النفايات الصلبة

استبدال السائل
المصادر / الحرق
(احتراق)

إعادة التدوير / الاسترداد

ترسيب البخار الكيميائي

المعادن

المواد المسببة للتآكل

النفايات الصلبة

مياه الصرف الصحي

حرق

تحييد الأس الهيدروجيني

التأيض

المذيبات
المعادن

النفايات الصلبة
النفايات الصلبة

حرق
إعادة التدوير / الاسترداد

التجميع والاختبار

المذيبات
المعادن

النفايات الصلبة
النفايات الصلبة

إعادة التدوير / الاستصلاح / الحرق
إعادة التدوير / الاسترداد

سوائل التنظيف

المواد المسببة للتآكل
الفلوريدات

مياه الصرف الصحي
مياه الصرف الصحي

تحييد الأس الهيدروجيني
الترسيب الكيميائي

 

فيما يلي الوسائل المقبولة عمومًا للتخفيف من الانبعاثات في صناعات PWB و PCB وأشباه الموصلات. ستختلف ضوابط الاختيار وفقًا للقدرات الهندسية ومتطلبات الوكالة التنظيمية والمكونات / التركيزات المحددة لتيار النفايات.

التحكم في مياه الصرف الصحي

الترسيب الكيميائي

يستخدم الترسيب الكيميائي بشكل عام في إزالة الجسيمات أو المعادن القابلة للذوبان من مياه الصرف الصحي. نظرًا لأن المعادن لا تتحلل بشكل طبيعي وتكون سامة بتركيزات منخفضة ، فإن إزالتها من مياه الصرف الصناعي أمر ضروري. يمكن إزالة المعادن من مياه الصرف بالوسائل الكيميائية لأنها غير قابلة للذوبان في الماء ؛ تعتمد قابليتها للذوبان على الأس الهيدروجيني وتركيز المعدن ونوع المعدن ووجود أيونات أخرى. عادة ، يتطلب تيار النفايات تعديل الأس الهيدروجيني إلى المستوى المناسب لترسيب المعدن. يلزم إضافة مواد كيميائية إلى مياه الصرف في محاولة لتغيير الحالة الفيزيائية للمواد الصلبة المذابة والمعلقة. يشيع استخدام عوامل ترسيب الجير والمادة الكاوية والكبريتيد. تسهل عوامل الترسيب إزالة المعادن المذابة والمعلقة عن طريق التخثر أو الترسيب أو الانغلاق داخل المادة المترسبة.

نتيجة الترسيب الكيميائي لمياه الصرف هي تراكم الحمأة. لذلك ، تم تطوير عمليات نزح المياه لتقليل وزن الحمأة عن طريق أجهزة الطرد المركزي أو مكابس الترشيح أو المرشحات أو أحواض التجفيف. يمكن بعد ذلك إرسال الحمأة الناتجة عن المياه إلى الحرق أو دفن النفايات.

تحييد الأس الهيدروجيني

يعتبر الرقم الهيدروجيني (تركيز أو حموضة أيون الهيدروجين) معلمة جودة مهمة في مياه الصرف الصناعي. نظرًا للتأثيرات الضارة لتطرف الأس الهيدروجيني في المياه الطبيعية وعلى عمليات معالجة مياه الصرف الصحي ، يجب تعديل الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف الصناعي قبل تصريفه من منشأة التصنيع. تحدث المعالجة في سلسلة من الخزانات التي يتم مراقبتها للتأكد من تركيز أيون الهيدروجين في مياه الصرف الصحي. عادة ، يتم استخدام حمض الهيدروكلوريك أو الكبريتيك كمواد أكالة معادلة ، ويستخدم هيدروكسيد الصوديوم كمواد كاوية معادلة. يتم قياس عامل التحييد في مياه الصرف السائلة لضبط الرقم الهيدروجيني للتصريف إلى المستوى المطلوب.

غالبًا ما يكون تعديل الأس الهيدروجيني مطلوبًا قبل تطبيق عمليات معالجة مياه الصرف الصحي الأخرى. وتشمل هذه العمليات الترسيب الكيميائي ، والأكسدة / الاختزال ، وامتصاص الكربون المنشط ، والتجريد ، والتبادل الأيوني.

التحكم في المخلفات الصلبة

تعتبر المواد نفايات صلبة إذا تم التخلي عنها أو التخلص منها بالتخلص منها ؛ حرق أو حرق ؛ أو متراكمة أو مخزنة أو تمت معالجتها قبل أو بدلاً من التخلي عنها (قانون الولايات المتحدة للائحة الفيدرالية 40 ، القسم 261.2). تظهر النفايات الخطرة بشكل عام واحدة أو أكثر من الخصائص التالية: القابلية للاشتعال والتآكل والتفاعلية والسمية. اعتمادًا على خصائص المادة / النفايات الخطرة ، يتم استخدام وسائل مختلفة للتحكم في المادة. الترميد هو بديل شائع لمعالجة نفايات المذيبات والمعادن المتولدة أثناء تصنيع PWB وثنائي الفينيل متعدد الكلور وأشباه الموصلات.

حرق

أصبح الحرق (الحارق اللاحق) أو التدمير الحراري خيارًا شائعًا في التعامل مع النفايات القابلة للاشتعال والسامة. في كثير من الحالات ، تُستخدم النفايات القابلة للاشتعال (المذيبات) كمصدر للوقود (مزج الوقود) للمحارق الحرارية والحفازة. يوفر الترميد المناسب للمذيبات والنفايات السامة أكسدة كاملة للوقود وتحويل المواد القابلة للاحتراق إلى ثاني أكسيد الكربون والماء والرماد ، وبالتالي لا يترك أي مسؤوليات مرتبطة بالنفايات الخطرة المتبقية. الأنواع الشائعة من الترميد هي المحارق الحرارية والحفازة. يعتمد اختيار نوع طريقة الحرق على درجة حرارة الاحتراق وخصائص الوقود ووقت المكوث. تعمل المحارق الحرارية في درجات حرارة عالية وتستخدم على نطاق واسع مع المركبات المهلجنة. تشمل أنواع المحارق الحرارية الأفران الدوارة ، والحقن السائل ، والموقد الثابت ، والطبقة المميعة ، والمحارق ذات التصميم المتقدم الأخرى.

تعمل المحارق التحفيزية على أكسدة المواد القابلة للاحتراق (على سبيل المثال ، المركبات العضوية المتطايرة) عن طريق حقن تيار غاز ساخن عبر طبقة محفز. تعمل طبقة المحفز على زيادة مساحة السطح إلى الحد الأقصى ، وعن طريق حقن تيار غاز ساخن في طبقة المحفز يمكن أن يحدث احتراق عند درجة حرارة أقل من الحرق الحراري.

انبعاثات الهواء

يستخدم الحرق أيضًا في التحكم في انبعاثات الهواء. كما يتم استخدام الامتصاص والامتصاص.

امتصاص

يتم استخدام امتصاص الهواء بشكل نمطي في تنقية انبعاثات الهواء المسببة للتآكل ، وذلك بتمرير الملوث من خلاله وتذويبه في سائل غير متطاير (مثل الماء). عادةً ما يتم تصريف النفايات السائلة الناتجة عن عملية الامتصاص إلى نظام معالجة مياه الصرف الصحي ، حيث تخضع لتعديل درجة الحموضة.

الامتزاز

الامتزاز هو الالتصاق (عن طريق القوى الفيزيائية أو الكيميائية) لجزيء غاز بسطح مادة أخرى ، تسمى مادة الامتصاص. عادة ، يتم استخدام الامتزاز لاستخراج المذيبات من مصدر انبعاث هوائي. يشيع استخدام الكربون المنشط أو الألومينا المنشط أو هلام السيليكا.

إعادة تدوير

يتم استخدام المواد القابلة لإعادة التدوير أو إعادة استخدامها أو استخلاصها كمكونات في عملية صناعية لصنع منتج. توفر إعادة تدوير المواد والنفايات وسائل بيئية واقتصادية لمعالجة أنواع معينة من مجاري النفايات بشكل فعال ، مثل المعادن والمذيبات. يمكن إعادة تدوير المواد والنفايات داخل المنزل ، أو قد تقبل الأسواق الثانوية المواد القابلة لإعادة التدوير. يجب تقييم اختيار إعادة التدوير كبديل للنفايات مقابل الاعتبارات المالية والإطار التنظيمي والتكنولوجيا المتاحة لإعادة تدوير المواد.

اتجاه المستقبل

مع زيادة الطلب على منع التلوث وتسعى الصناعة إلى وسائل فعالة من حيث التكلفة لمعالجة الاستخدام الكيميائي والنفايات ، يجب على صناعة الإلكترونيات تقييم التقنيات والتقنيات الجديدة لتحسين طرق مناولة المواد الخطرة وتوليد النفايات. تم استبدال نهج نهاية الأنبوب بتصميم لتقنيات البيئة ، حيث يتم معالجة القضايا البيئية على مدار دورة الحياة الكاملة للمنتج ، بما في ذلك: الحفاظ على المواد ؛ عمليات التصنيع الفعالة ؛ استخدام مواد أكثر صداقة للبيئة ؛ إعادة تدوير وتجديد واستخلاص نفايات المنتجات ؛ ومجموعة من التقنيات الأخرى التي ستضمن تأثيرًا بيئيًا أقل لصناعة الإلكترونيات. أحد الأمثلة على ذلك هو الكمية الكبيرة من المياه المستخدمة في العديد من خطوات الشطف والمعالجة الأخرى في صناعة الإلكترونيات الدقيقة. في المناطق الفقيرة بالمياه ، يجبر هذا الصناعة على إيجاد بدائل. ومع ذلك ، فمن الضروري التأكد من أن البديل (مثل المذيبات) لا يخلق مشاكل بيئية إضافية.

كمثال على الاتجاهات المستقبلية في عملية برنامج العمل والميزانية وثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يقدم الجدول 4 بدائل مختلفة لخلق ممارسات أكثر سلامة بيئياً ومنع التلوث. تم تحديد الاحتياجات والنهج ذات الأولوية.

الجدول 4. مصفوفة الاحتياجات ذات الأولوية

الحاجة ذات الأولوية (تناقص
نظام الاولوية)

الرسالة

المهام المختارة

استخدام أكثر كفاءة ،
التجديد وإعادة التدوير
الكيماويات الرطبة الخطرة

إطالة عمر التحليل الكهربائي و
حمامات الطلاء الكهربائية.
تطوير الكيمياء و
عمليات للسماح بإعادة التدوير
أو التجديد الداخلي.
إزالة الفورمالديهايد من
المواد والكيمياء.
تعزيز إعادة التدوير في الموقع و
الاستصلاح / التجديد.

البحث لتوسيع الحمامات.
البحث في الخط
تنقية / تجديد.
بديل البحث
الكيمياء.
تعديل اللوائح الحكومية
لتعزيز إعادة التدوير.
تثقيف على خط الإنتاج
مشاكل السحب للداخل / السحب.

تقليل المخلفات الصلبة المتولدة
بواسطة خردة PWBs ، يؤدي و
المكونات في النفايات
تيار.

تطوير وتعزيز
إعادة تدوير خردة PWBs ،
الخيوط والمكونات.
تطوير عملية تحكم جديدة
وأدوات الأداء.
تحسين قابلية لحام
PWBs.

تطوير البنية التحتية ل
التعامل مع المواد المعاد تدويرها.
إنشاء محسن
عملية المراقبة والتقييم
أدوات قابلة للاستخدام من قبل الصغيرة و
الشركات متوسطة الحجم.
تسليم نظيفة باستمرار ،
لوحات قابلة للحام.

إنشاء مورد أفضل
علاقات لتعزيز
التطوير والقبول
صديقة للبيئة
المواد.

الترويج للمورد ،
الصانع والعميل
شراكات للتنفيذ
المواد البيئية.

تطوير نموذج خطير
إدارة المواد
نظام صغير و
متوسطة الحجم PWB
الشركات.

قلل من تأثير
استخدام المواد الخطرة في
تصنيع PWB.

تقليل استخدام لحام الرصاص عندما
ممكن و / أو تقليل
محتوى الرصاص من اللحام.
تطوير بدائل لحام
تصفيح كمقاومة الحفر.

قم بتغيير المواصفات لقبولها
قناع اللحام فوق النحاس العاري.
التحقق من جودة الرصاص
بدائل الطلاء.

استخدام العمليات المضافة
تتنافس مع القائمة
العمليات.

تطوير مبسط ،
مضافة فعالة من حيث التكلفة
المواد والعملية
التقنيات.
ابحث عن مصادر بديلة و
مناهج المضافات
تجهيز المعدات الرأسمالية
يحتاج.

التعاون في مشاريع
إنشاء مادة مضافة جديدة
العوازل والمعدنة
التقنيات والعمليات.

القضاء على مسحة ثقب في PWB
تلفيق.

تطوير راتنجات لا تشويه أو
أنظمة الحفر.

التحقيق في البديل
صفح و preg
المواد.
تطوير استخدام الليزر و
بدائل أخرى للحفر
الأنظمة.

تقليل استهلاك المياه
والتفريغ.

تطوير استخدام المياه
التحسين وإعادة التدوير
نظام.
قلل عدد
خطوات التنظيف في PWB
صناعة.
القضاء على التعامل مع الأجزاء و
التحضير للتقليل
متكئ.

تعديل المواصفات لتقليل
متطلبات التنظيف.
التحقيق في البديل
طرق التعامل مع الأجزاء.
التغيير أو القضاء
الكيمياء التي تتطلب
تنظيف.

المصدر: MCC 1994.

 

الرجوع

"إخلاء المسؤولية: لا تتحمل منظمة العمل الدولية المسؤولية عن المحتوى المعروض على بوابة الويب هذه والذي يتم تقديمه بأي لغة أخرى غير الإنجليزية ، وهي اللغة المستخدمة للإنتاج الأولي ومراجعة الأقران للمحتوى الأصلي. لم يتم تحديث بعض الإحصائيات منذ ذلك الحين. إنتاج الطبعة الرابعة من الموسوعة (4). "

المحتويات