Банер КСНУМКС

 

83. Микроелектроника и полупроводници

Уредник поглавља: Мицхаел Е. Виллиамс


Преглед садржаја

Табеле и слике

Општи профил
Мицхаел Е. Виллиамс

Производња силицијумских полупроводника
Давид Г. Балдвин, Јамес Р. Рубин и Афсанех Герами

Дисплеји са течним кристалима
Давид Г. Балдвин, Јамес Р. Рубин и Афсанех Герами

ИИИ-В Производња полупроводника
Давид Г. Балдвин, Афсанех Герами и Јамес Р. Рубин

Штампана плоча и склоп рачунара
Мицхаел Е. Виллиамс

Здравствени ефекти и обрасци болести
Доналд В. Ласитер

Питања животне средине и јавног здравља
Цорки Цхев

Столови

Кликните на везу испод да видите табелу у контексту чланка.

1. Фотоотпорни системи
2. Пхоторесист стрипперс
3. Влажни хемијски нагризачи
4. Гасови за јеткање плазмом и гравирани материјали
5. Допанти за формирање споја за дифузију
6. Главне категорије силицијумске епитаксије
7. Главне категорије КВБ
8. Чишћење равних дисплеја
9. ПВБ процес: животна средина, здравље и безбедност
10. Производња и контрола ПВБ отпада
11. Генерисање и контрола ПЦБ отпада
12. Генерисање отпада и контрола
13. Матрица приоритетних потреба

фигуре

Поставите показивач на сличицу да бисте видели наслов слике, кликните да бисте видели слику у контексту чланка.

МИЦ060Ф7МИЦО10Ф2МИЦ010Ф3МИЦ020Ф3МИЦ030Ф1МИЦ050Ф4МИЦО50Ф5МИЦ050Ф6МИЦ060Ф6МИЦ060Ф7МИЦ060Ф2МИЦ060Ф3МИЦ060Ф4МИЦ060Ф5


Кликните да бисте се вратили на врх странице

Субота, март КСНУМКС КСНУМКС КСНУМКС: КСНУМКС

Општи профил

Разноврсност процеса и производа у индустрији микроелектронике и полупроводника је огромна. Фокус дискусије о здрављу и безбедности на раду у овом поглављу је усредсређен на производњу полупроводничких интегрисаних кола (ИЦ) (и у производима на бази силицијума и валентних ИИИ-В једињења), производњу штампаних плоча за ожичење (ПВБ), штампаних плоча (ПЦБ) монтажа и монтажа рачунара.

Индустрија се састоји од бројних великих сегмената. Удружење електронске индустрије користи следеће разграничење у извештавању података о релевантним трендовима, продаји и запошљавању у индустрији:

  • електронске компоненте
  • потрошачке електронике
  • телекомуникација
  • одбрамбене комуникације
  • рачунара и периферне опреме
  • индустријска електроника
  • медицинска електроника.

 

Електронске компоненте укључују електронске цеви (нпр. пријемне, наменске и телевизијске цеви), производе у чврстом стању (нпр. транзистори, диоде, ИЦ, светлеће диоде (ЛЕД) и дисплеје са течним кристалима (ЛЦД)) и пасивне и остале компоненте (нпр. кондензатори, отпорници, калемови, трансформатори и прекидачи).

Потрошачка електроника укључује телевизоре и друге кућне и преносиве аудио и видео производе, као и информациону опрему као што су персонални рачунари, машине за пренос факса и телефонске секретарице. Хардвер и софтвер за електронске игре, кућни сигурносни системи, празне аудио и видео касете и дискете, електронски прибор и укупне примарне батерије такође спадају у категорију потрошачке електронике.

Поред рачунара опште намене и специјализованих рачунара, рачунари и периферна опрема обухватају помоћну опрему за складиштење података, опрему за улаз/излаз (нпр. тастатуре, мишеви, уређаји за оптичко скенирање и штампачи), терминале и тако даље. Док телекомуникације, одбрамбене комуникације и индустријска и медицинска електроника користе неке од исте технологије, ови сегменти такође укључују специјализовану опрему.

Појава микроелектронске индустрије имала је дубок утицај на еволуцију и структуру светске привреде. На темпо промена у индустријализованим земљама света у великој мери је утицао напредак у овој индустрији, посебно у еволуцији интегрисаног кола. Овај темпо промене је графички представљен на временској линији броја транзистора по чипу интегрисаног кола (погледајте слику 1).

Слика 1. Транзистори по чипу интегрисаног кола

МИЦО10Ф1

Економски значај продаје полупроводника широм света је значајан. Слика 2 је пројекција Асоцијације полупроводничке индустрије за продају полупроводника широм света и региона за период од 1993. до 1998. године.

Слика 2. Прогноза продаје полупроводника широм света

МИЦО10Ф2

Индустрије полупроводничких ИЦ и монтаже рачунара/електронике су јединствене у поређењу са већином других индустријских категорија у релативном саставу њихове производне радне снаге. Област производње полупроводника има висок проценат жена оператерки које управљају процесном опремом. Задаци који се односе на оператера обично не захтевају подизање тешког терета или вишак физичке снаге. Такође, многи послови укључују фину моторику и пажњу на детаље. Мушки радници доминирају у пословима везаним за одржавање, инжењерским функцијама и менаџменту. Сличан састав се налази у делу за склапање рачунара/електронике у овом сегменту индустрије. Још једна необична карактеристика ове индустрије је концентрација производње у азијско-пацифичком подручју света. Ово је посебно тачно у Завршна монтажа or Бацк-енд процеса у индустрији полупроводника. Ова обрада укључује позиционирање и постављање произведеног чипа интегрисаног кола (технички познатог као матрица) на носач чипа и оквир електроде. Ова обрада захтева прецизно позиционирање чипа, обично кроз микроскоп, и веома фине моторичке способности. Опет, раднице преовлађују у овом делу процеса, при чему је већина светске производње концентрисана у пацифичком ободу, са високим концентрацијама на Тајвану, Малезији, Тајланду, Индонезији и Филипинима, а све већи број у Кини и Вијетнаму.

Области производње полупроводничких ИЦ имају различита необична својства и карактеристике јединствене за ову индустрију. Наиме, ИЦ обрада укључује изузетно строге режиме и захтеве контроле честица. Типична модерна област за производњу ИЦ-а може бити оцењена као чиста соба класе 1 или мање. Као метод поређења, спољашње окружење би било веће од класе 500,000; типична соба у кући класе приближно 100,000; и област за склапање позадинског полупроводника приближно класе 10,000. Постизање овог нивоа контроле честица подразумева стављање радника у производњу у потпуно затворено место зека одела који имају системе за довод ваздуха и филтрацију за контролу нивоа честица које стварају радници у области производње. Људи који бораве у областима за производњу сматрају се веома моћним генераторима финих честица из издахнутог ваздуха, осипања коже и косе, као и из њихове одеће и обуће. Овај захтев за ношењем затворене одеће и изолованим радним рутинама допринео је да се запослени осећају као да раде у „негостољубивом” радном окружењу. Видети слику 3. Такође, у фотолитографској области, обрада укључује излагање вафла фотоактивном раствору, а затим креирање узорка слике на површини плочице коришћењем ултраљубичастог светла. Да би се ублажила нежељена ултраљубичаста (УВ) светлост из ове области обраде, користе се специјална жута светла (недостаје им компонента УВ таласне дужине која се обично налази у унутрашњем осветљењу). Ова жута светла помажу да се радници осећају да су у другачијем радном окружењу и могу имати дезоријентишући утицај на неке појединце.

Слика 3. Најсавременија чиста соба

МИЦ010Ф3

 

Назад

Субота, март КСНУМКС КСНУМКС КСНУМКС: КСНУМКС

Производња силицијумских полупроводника

Преглед процеса

Опис обраде силицијумских полупроводничких уређаја, било дискретних уређаја (полупроводника који садржи само један активни уређај, као што је транзистор) или ИЦ-а (међусобно повезаних низова активних и пасивних елемената унутар једног полупроводничког супстрата који може да обавља најмање једну функцију електронског кола) , укључује бројне високо техничке и специфичне операције. Намера овог описа је да пружи основни оквир и објашњење корака примарне компоненте који се користе у производњи силицијумских полупроводничких уређаја и повезаних питања животне средине, здравља и безбедности (ЕХС).

Израда ИЦ укључује низ процеса који се могу поновити много пута пре него што се коло заврши. Најпопуларнији ИЦ-ови користе 6 или више маски за завршетак процеса шаблонирања, при чему су типичне 10 до 24 маске. Производња микрокола почиње са силиконском плочицом ултра-високе чистоће пречника 4 до 12 инча. Савршено чист силицијум је скоро изолатор, али одређене нечистоће, тзв додатке, додати у количинама од 10 до 100 делова на милион, чине да силицијум спроводи електричну енергију.

Интегрисано коло се може састојати од милиона транзистора (такође диода, отпорника и кондензатора) направљених од допираног силицијума, а сви су повезани одговарајућим узорком проводника да би се створила компјутерска логика, меморија или други тип кола. На једној плочици може се направити стотине микрокола.

Шест главних корака обраде производње је универзално за све силицијумске полупроводничке уређаје: оксидација, литографија, нагризање, допирање, хемијско таложење паре и метализација. Следи монтажа, тестирање, обележавање, паковање и отпрема.

Оксидација

Генерално, први корак у обради полупроводничких уређаја укључује оксидацију спољашње површине плочице да би се добио танак слој (око један микрон) силицијум диоксида (СиО2). Ово првенствено штити површину од нечистоћа и служи као маска за каснији процес дифузије. Ова способност узгоја хемијски стабилне заштитне плочице силицијум диоксида на силицијуму чини силицијумске плочице најчешће коришћеним полупроводничким супстратом.

Оксидација, која се обично назива термичка оксидација, је шаржни процес који се одвија у високотемпературној дифузионој пећи. Заштитни слој силицијум диоксида се узгаја у атмосферама које садрже или кисеоник (О2) (сува оксидација) или кисеоник у комбинацији са воденом паром (Х2О) (влажна оксидација). Температуре у пећи се крећу од 800 до 1,300oЦ. Једињења хлора у облику хлороводоника (ХЦл) се такође могу додати да би се помогло у контроли нежељених нечистоћа.

Тенденција у новијим производним објектима је ка вертикалним оксидационим пећима. Вертикалне пећи боље решавају потребу за већом контролом контаминације, већом величином плочице и равномернијом обрадом. Они омогућавају мањи отисак опреме који чува драгоцени подни простор чисте собе.

Сува оксидација

Силицијумске плочице које треба оксидирати се прво чисте помоћу детерџента и воденог раствора, а растварач се испере ксилелом, изопропил алкохолом или другим растварачима. Очишћене облатне се осуше, убаце у кварцни држач обланде назван а чамац и учитава се на крај оператера (лоад енд) цеви или ћелије кварцне дифузионе пећи. Улазни крај цеви (извор крај) снабдева кисеоником или мешавином кисеоника/азота високе чистоће. Проток „сувог“ кисеоника се контролише у кварцну цев и осигурава да је вишак кисеоника доступан за раст силицијум диоксида на површини силицијумске плочице. Основна хемијска реакција је:

Си + О2 → СиО2

Влажна оксидација

Четири методе увођења водене паре се обично користе када је вода оксидационо средство - пирофорни, под високим притиском, са мехурићем и флеш. Основне хемијске реакције су:

Пирофорни и високи притисак: Си + 2О2 + 2 Х2 → СиО2 + 2Х2O

Фласх и бубблер: Си + 2Х2O → СиО2 + 2Х2

Пирофорна оксидација подразумева увођење и сагоревање мешавине гаса водоник/кисеоник. Такви системи се углавном називају сагорели водоник or бакља система. Водена пара настаје када се одговарајуће количине водоника и кисеоника уведу на улазни крај цеви и оставе да реагују. Смеша се мора прецизно контролисати како би се гарантовало правилно сагоревање и спречило накупљање експлозивног гаса водоника.

Оксидација под високим притиском (ХиПок) се технички назива систем пиросинтезе воде и ствара водену пару кроз реакцију ултра чистог водоника и кисеоника. Пара се затим упумпава у комору високог притиска и под притиском до 10 атмосфера, што убрзава процес влажне оксидације. Дејонизована вода се такође може користити као извор паре.

In оксидација мехурића дејонизована вода се ставља у посуду која се зове а бубблер и одржава се на константној температури испод тачке кључања од 100°Ц коришћењем грејног омотача. Гас азота или кисеоника улази на улазну страну мехурића, постаје засићен воденом паром док се диже кроз воду и излази кроз излаз у дифузиону пећ. Чини се да су системи мехурића најчешће коришћени метод оксидације.

In флеш оксидација дејонизована вода се континуирано капа у загрејану доњу површину кварцне посуде и вода брзо испарава када удари у врућу површину. Гас који носи азот или кисеоник тече преко воде која испарава и носи водену пару у дифузиону пећ.

Литхограпхи

Литографија, такође позната као фотолитографија или једноставно маскирање, је метода прецизног формирања шара на оксидованој плочици. Микроелектронско коло се гради слој по слој, при чему сваки слој прима шаблон са маске прописане у дизајну кола.

Штампарски занати су развили праве претходнике данашњих процеса микрофабрикације полупроводничких уређаја. Ови развоји се односе на производњу штампарских плоча, обично од метала, на којима уклањање материјала хемијским јеткањем ствара површински рељефни узорак. Ова иста основна техника се користи у производњи мајсторске маске користи се у изради сваког слоја обраде уређаја.

Дизајнери кола дигитализују основна кола сваког слоја. Ова компјутеризована шема омогућава брзо генерисање кола маске и олакшава све промене које могу бити потребне. Ова техника је позната као компјутерско пројектовање (ЦАД). Користећи моћне компјутерске алгоритме, ови системи за он-лине дизајн дозвољавају дизајнеру да постави и модификује кола директно на екранима видео екрана са интерактивним графичким могућностима.

Коначни цртеж, или маска, за сваки слој кола се креира помоћу компјутерског фотоплотера или генератора шаблона. Ови фотоцртани цртежи се затим смањују на стварну величину кола, мастер маске произведене на стаклу са хромираним рељефом, и репродукују на радној плочи која служи или за контактно или пројекцијско штампање на плочици.

Ове маске оцртавају образац проводних и изолационих области које се фотолитографијом преносе на плочицу. Већина компанија не производи сопствене маске, већ користе оне које испоручује произвођач маски.

Чишћење

Потреба за спољашњом површином плочице без честица и контаминације захтева често чишћење. Главне категорије су:

  • чишћење дејонизованом водом и детерџентом
  • растварач: изопропил алкохол (ИПА), ацетон, етанол, терпени
  • киселина: флуороводонична (ХФ), сумпорна (Х2SO4) и водоник пероксид (Х2O2), хлороводонични (ХЦл), азот (ХНО3) и мешавине
  • каустичан: амонијум хидроксид (НХ4ОХ).

 

Одуприте се примени

Облатне су обложене отпорним материјалом од полимера на бази растварача и брзо се ротирају на паук, који се простире танким равномерним слојем. Растварачи затим испаравају, остављајући полимерни филм. Сви отпорни материјали зависе од (првенствено ултраљубичастог) зрачења изазваних променама у растворљивости синтетичког органског полимера у одабраном испирању развијача. Отпорни материјали се класификују као негативни или позитивни отпорници, у зависности од тога да ли се растворљивост у развијачу смањује (негативно) или повећава (позитивно) након излагања зрачењу. Табела 1 идентификује састав компоненти различитих фоторезист система.

Табела 1. Системи фоторезиста

Ултраљубичасто

Близу (350–450 нм)

Негативан

PB
S
D

Алифатична гума на бази азида (изопрен)
н-бутил ацетат, ксилен, н-метил-2-пиролидон, етил бензол
ксилен, алифатични угљоводоници, н-бутил ацетат,
Стоддард растварач (дестилати нафте)

 

Позитиван

PB
S


D

Орто-диазокетон
Пропиленгликол монометил етар ацетат, етил лактат, метил
метокси пропионат, етил етокси пропионат, н-бутил ацетат, ксилен,
хлоротолуен
Натријум хидроксид, силикати, калијум хидроксид

Дубоко (200–250 нм)

Најпре
позитивно опире се

   

Електронски сноп (око 100 нм)

 

Негативан

PB
S
D

Кополимер-етил акрилат и глицидил метакрилат (ЦОП)
Н /
Н /

 

Позитиван

PB

S
D

Полиметилметакрилат, полифлуоралкилметакрилат, полиалкилалдехид, поли-цијано етилакрилат
Пропиленгликол монометил етар ацетат
Алкални или ИПА, етил ацетат или метил изобутил кетон (МИБК)

Рендген (0.5–5 нм)

 

Негативан

PB
S
D

Кополимер-етил акрилат и глицидил метакрилат (ЦОП)
Н /
Н /

 

Позитиван

PB

S
D

Полиметилметакрилат, орто-диазокетон, поли
(хекса-флуоробутилметакрилат), поли (бутен-1-сулфон)
Пропиленгликол монометил етар ацетат
Н /

ПБ = полимерна база; С = растварач; Д = програмер.

Пошто је већина фоторезиста осетљива на ултраљубичасто (УВ) светло, област обраде је осветљена посебним жутим светлима којима недостају осетљиве УВ таласне дужине (види слику 1).

Слика 1. Фотолитографска опрема „Жута соба”.

МИЦ020Ф3

Негативни и позитивни УВ отпорници су првенствено у употреби у индустрији. Међутим, отпорници на е-зраке и рендгенске зраке све више добијају на тржишту због својих виших резолуција. Здравствена забринутост у литографији првенствено је узрокована потенцијалним опасностима по репродукцију повезаним са одабраним позитивним резистентима (нпр. етилен гликол моноетил етар ацетат као носач) које индустрија тренутно укида. Повремени мириси негативних отпорника (нпр. ксилен) такође изазивају забринутост запослених. Због ових забринутости, индустријски хигијеничари у индустрији полупроводника проводе много времена на узорковање фотоотпорних операција. Иако је ово корисно у карактеризацији ових операција, рутинска излагања током операција центрифугирања и развијања су обично мање од 5% стандарда у ваздуху за професионалну изложеност растварачима који се користе у процесу (Сцарпаце ет ал. 1989).

1 сат излагања етилен гликол моноетил етар ацетату од 6.3 ппм пронађено је током рада спинер система. Ова изложеност је првенствено узрокована лошим радним праксама током операције одржавања (Балдвин, Рубин и Хоровитз 1993).

Сушење и претходно печење

Након наношења отпорника, облатне се померају на стази или ручно померају са центрифуге у пећницу са контролисаном температуром са атмосфером азота. Умерена температура (70 до 90°Ц) узрокује очвршћавање фоторезиста (меко печење) и испаравање преосталих растварача.

Да би се обезбедила адхезија слоја отпорног материјала на плочицу, на плочицу се наноси прајмер, хексаметилдисилизан (ХМДС). Прајмер везује молекуларну воду на површини вафла. ХМДС се примењује или директно у процесу урањања или центрифугирања или кроз прајмер који нуди предности процеса и цене у односу на друге методе.

Поравнавање маске и експозиција

Маска и плочица се приближују користећи прецизан комад оптичке/механичке опреме, а слика на маски је поравната са било којим шаблоном који већ постоји у плочици испод слоја фоторезиста. За прву маску није потребно поравнавање. У старијим технологијама, поравнање узастопних слојева је омогућено употребом бископа (микроскопа са двоструким сочивима) и прецизних контрола за позиционирање плочице у односу на маску. У новијим технологијама поравнање се врши аутоматски помоћу референтних тачака на плочицама.

Када се поравнање заврши, ултраљубичаста живина пара високог интензитета или извор лучне лампе сија кроз маску, излажући отпорник на местима која нису заштићена непрозирним деловима маске.

Различите методе поравнања и излагања плочицама укључују излагање УВ зрачењу (контакт или близина), УВ излагање кроз сочива за смањење (пројекција), УВ корак и поновљено смањење излагања (пројекција), поплаву рендгенским зрацима (близина) и скенирање електронским снопом излагање (директно писање). Примарни метод који се користи укључује излагање УВ зрачењу од живине паре и лучних лампи кроз близине или пројекцијске поравначе. УВ отпорници су или дизајнирани да реагују на широк спектар УВ таласних дужина, или су формулисани да реагују првенствено на једну или више главних линија спектра које емитује лампа (нпр. г-линија на 435 нм, х-линија на 405 нм и и-линија на 365 нм).

Преовлађујуће таласне дужине УВ светлости која се тренутно користи у фотомаскирању су 365 нм или више, али спектри УВ лампе такође садрже значајну енергију у таласној дужини која је забрињавајућа за здравље, актиничном региону испод 315 нм. Нормално, интензитет УВ зрачења које излази из опреме је мањи од онога што је присутно од сунчеве светлости у актиничном региону и од стандарда постављених за професионалну изложеност УВ зрачењу.

Повремено током одржавања, поравнање УВ лампе захтева да буде под напоном изван ормана опреме или без нормалних заштитних филтера. Нивои изложености током ове операције могу премашити границе професионалне изложености, али стандардна одећа за чисту собу (нпр. огртачи, рукавице од винила, маске за лице и поликарбонатне заштитне наочаре са УВ инхибитором) је обично адекватна да смањи УВ светлост испод граница излагања (Балдвин и Стеварт 1989. ).

Док су преовлађујуће таласне дужине за ултраљубичасте лампе које се користе у фотолитографији 365 нм или више, потрага за мањим карактеристикама у напредним ИЦ-овима доводи до употребе извора експозиције са мањим таласним дужинама, као што су дубоки УВ и рендгенски зраци. Једна нова технологија за ову сврху је употреба криптон-флуоридних ексцимер ласера ​​који се користе у степерима. Ови степери користе таласну дужину од 248 нм са великом излазном снагом ласера. Међутим, кућишта за ове системе садрже сноп током нормалног рада.

Као и код друге опреме која садржи ласерске системе велике снаге који се користе у производњи полупроводника, главна брига је када блокаде за систем морају бити поражене током поравнања зрака. Ласери велике снаге су такође једна од најзначајнијих електричних опасности у индустрији полупроводника. Чак и након што је струја искључена, постоји значајан потенцијал шока унутар алата. Контроле и разматрања безбедносног дизајна за ове системе су покривена од стране Есцхер, Веатхерс и Лабонвилле (1993).

Један од извора експозиције напредне технологије који се користи у литографији су рендгенски зраци. Нивои емисије из извора рендгенске литографије могу довести до тога да се дозе приближавају 50 милисиверта (5 ремс) годишње у центру опреме. Ограничавање приступа областима унутар заштићеног зида препоручује се да би се излагање свело на минимум (Роонеи анд Леавеи 1989).

Развој

Током корака развоја, неполимеризована подручја отпорника се растварају и уклањају. Развијач на бази растварача се наноси на површину плочице прекривене резистом или потапањем, прскањем или атомизацијом. Решења за развијање су идентификована у табели 1. Испирање растварачем (n-бутил ацетат, изопропил алкохол, ацетон, итд.) се обично примењује након развијача да би се уклонио заостали материјал. Отпор који остане након развијања штити појединачне слојеве током накнадне обраде.

Бакинг

Након поравнања, излагања и развијања отпорника, облатне се затим крећу у другу пећницу са контролисаном температуром са атмосфером азота. Рерна на вишој температури (120 до 135°Ц) узрокује да се фоторезист очврсне и потпуно полимеризује на површини вафла (тврдо печење).

Скидање фоторезиста

Развијена плочица се затим селективно угравира коришћењем мокрих или сувих хемикалија (погледајте „Јеткање“ испод). Преостали фоторезист се мора скинути са облатне пре даље обраде. Ово се ради или коришћењем влажних хемијских раствора у купатилима са контролисаном температуром или употребом плазма испирача или суве хемикалије. Табела 2 идентификује и влажне и суве хемијске састојке. Следи дискусија о нагризању сувом хемијском плазмом—користећи исту опрему и принципе рада као и пепеловање плазмом.


Табела 2. Скидачи фоторезиста

Мокра хемикалија

 Киселина

Сумпорна (Х2SO4) и хром (ЦрО3)

Сумпорна (Х2SO4) и амонијум персулфат ((НХ4)2S2O8)

Сумпорна (Х2SO4) и водоник пероксид (Х2O2)

Органицс

Феноли, сумпорне киселине, трихлоробензен, перхлоретилен

Гликол етри, етаноламин, триетаноламин

Натријум хидроксид и силикати (позитивна отпорност)

Сува хемикалија

Плазма пепео (скидање)

РФ (радио фреквенцијски) извор напајања—фреквенција 13.56 МХз или 2,450 МХз

Кисеоник (О)2) изворни гас

Системи вакуум пумпи

—Уље подмазано замком течног азота (стара технологија)
— Подмазан инертним перфлуорополиетерским течностима (новија технологија)
— Сува пумпа (најновија технологија)


Једрење

Јеткањем се уклањају слојеви силицијум диоксида (СиО2), метала и полисилицијума, као и отпорника, према жељеним обрасцима које оцртава резист. Две главне категорије јеткања су влажна и сува хемикалија. Претежно се користи мокро јеткање и укључује растворе који садрже нагризајуће материје (обично смешу киселина) жељене јачине, који реагују са материјалима који се уклањају. Суво нагризање укључује употребу реактивних гасова под вакуумом у комори са високим напоном, чиме се уклањају и жељени слојеви који нису заштићени отпором.

Мокра хемикалија

Раствори за влажно хемијско јеткање су смештени у купкама за нагризање са контролисаном температуром направљеним од полипропилена (поли-про), полипропилена отпорног на пламен (ФРПП) или поливинил хлорида (ПВЦ). Купатила су генерално опремљена или прстенастом пленумом издувном вентилацијом или издувним вентилом са прорезима на задњој страни станице за влажно хемијско нагризање. Хаубе са вертикалним ламинарним протоком доводе равномерно филтриран ваздух без честица на горњу површину купатила за нагризање. Уобичајени хемијски раствори за влажно нагризање су приказани у табели 3, у односу на површински слој који се грави.

Табела 3. Влажни хемијски нагризачи

Материјал за гравирање

Етцхантс

силицијум

Поликристални силицијум (Си)

Флуороводонична, азотна, сирћетна киселина и јод
Калијум хидроксид
Етилен диамин/катехол
Амонијум флуорид, глацијална сирћетна и азотна киселина

Силицијум диоксид (СиО2)

Пуферисано оксидно јеткање (БОЕ) - Флуороводонична и
амонијум флуорид
БОЕ, етилен гликол, монометил етар
Флуороводонична и азотна (П-етцх)

Силицијум нитрид (Си3N4)

Фосфорне и флуороводоничне киселине

ЦВД оксид или једкање подлога

Амонијум флуорид, сирћетна и флуороводонична киселина

Метали

Алуминијум (Ал)

Фосфорна, азотна, сирћетна и хлороводонична киселина
Натријум хидроксид, калијум хидроксид

хром-никл (Цр/Ни)

Церијев амонијум нитрат и азотна киселина
Хлороводонична и азотна киселина (царска вода)

Злато (ау)

Хлороводонична и азотна киселина (царска вода)
Калијум јодид (КИ)
Калијум цијанид (КЦН) и водоник пероксид (Х2O2)
Гвожђе хлорид (ФеЦл3) и хлороводоничне киселине

Сребро (Аг)

Гвожђе нитрат (ФеНО3) и етилен гликол
Азотна киселина

Једињење

Формула

Стандардна концентрација (%)

Сирћетна киселина

CH3ЦООХ,

36

Амонијум флуорид

NH4F

40

Глацијална сирћетна киселина

CH3ЦООХ,

99.5

Хлороводонична киселина

Хцл

36

Флуороводоничне киселине

HF

49

Азотна киселина

ХНО3  

67

Фосфорне киселине

H3PO4  

85

Калијум хидроксид

КОХ

КСНУМКС или КСНУМКС

Натријум хидроксид

НаОХ

КСНУМКС или КСНУМКС

Сумпорна киселина

H2SO4  

96

 

Вертикално постављене хаубе за довод протока, када се користе у комбинацији са штитницима од прскања и издувном вентилацијом, могу створити области турбуленције ваздуха унутар станице за влажно хемијско нагризање. Као резултат, могуће је смањење ефикасности локалне издувне вентилације у хватању и усмеравању одбеглог загађивача ваздуха из купатила за нагризање у употреби.

Главна брига код влажног нагризања је могућност контакта коже са концентрованим киселинама. Док све киселине које се користе у јеткању могу да изазову опекотине киселинама, излагање флуороводоничкој киселини (ХФ) је од посебног значаја. Време кашњења између контакта са кожом и бола (до 24 сата за растворе мање од 20% ХФ и 1 до 8 сати за растворе од 20 до 50%) може довести до одложеног лечења и тежих опекотина од очекиваних (Хатхаваи ет ал. 1991) .

Историјски гледано, опекотине киселином су биле посебан проблем у индустрији. Међутим, инциденција контакта коже са киселинама је смањена последњих година. Део овог смањења је узрокован побољшањима везаним за производе у процесу гравирања, као што је прелазак на суво гравирање, употреба више роботике и уградња система за дозирање хемикалија. Смањење стопе киселинских опекотина се такође може приписати бољим техникама руковања, већој употреби личне заштитне опреме, боље дизајнираним мокрим палубама и бољој обуци — а све то захтева континуирану пажњу ако се стопа даље смањи (Балдвин и Виллиамс 1996. ).

Сува хемикалија

Суво хемијско нагризање је област све већег интересовања и употребе због своје способности да боље контролише процес јеткања и смањи нивое контаминације. Сува хемијска обрада ефикасно уграђује жељене слојеве употребом хемијски реактивних гасова или физичким бомбардовањем.

Развијени су хемијски реактивни системи за јеткање плазмом који могу ефикасно јеткати силицијум, силицијум диоксид, силицијум нитрид, алуминијум, тантал, једињења тантала, хром, волфрам, злато и стакло. У употреби су две врсте система реактора за плазма јеткање — буре, или цилиндричне, и паралелне плоче, или планарне. Оба раде на истим принципима и првенствено се разликују само по конфигурацији.

Плазма је слична гасу само што су неки атоми или молекули плазме јонизовани и могу садржати значајан број слободних радикала. Типичан реактор се састоји од вакуум реакторске коморе која садржи плочицу, обично направљену од алуминијума, стакла или кварца; радио-фреквенцијски (РФ) извор енергије—обично на 450 кХз, 13.56 МХз или 40.5 МХз и контролни модул за контролу времена обраде, састава реактантног гаса, протока гаса и нивоа РФ снаге. Поред тога, извор вакуума пумпе за грубу обраду подмазан уљем (старија технологија) или суви (новија технологија) је у линији са комором реактора. Облатне се стављају у реактор, појединачно или у касетама, пумпа евакуише комору и гас реагенс (обично угљен-тетрафлуорид) се уводи. Јонизација гаса формира плазму за нагризање, која реагује са плочицама и формира испарљиве производе који се испумпају. Увођење свежег реактантног гаса у комору одржава активност јеткања. Табела 4 идентификује материјале и гасове плазме који се користе за нагризање различитих слојева.

Табела 4. Гасови за јеткање плазмом и гравирани материјали

Материјал

Гас

силицијум

Полисилицијум (полиСи) и силицијум

ЦФ + О2, ЦЦл4 или ЦФ3Цл, ЦФ4 и ХЦл

Силицијум диоксид (СиО2)

C2F6, Ц3F8, ЦФ4, СиФ4, Ц5F12, ЦХФ3, ЦЦл2F2, СФ6, ХФ

Силицијум нитрид (Си3N4)

CF4 + Ар, ЦФ4 + О2, ЦФ4 + Х2

Метали

Алуминијум (Ал)

ЦЦл4 или БЦл3 + Он или Ар

Хром (Цр)

ЦЦл4

Хром оксид (ЦрО3)

Cl2 + Ар или ЦЦл4 + Ар

Галијум арсенид (ГаАс)

ЦЦл2F2

Ванадијум (В)

CF4

титанијум (Ти)

CF4

тантул (Та)

CF4

Молибден (Мо)

CF4

волфрам (В)

CF4

 

Друга метода која се тренутно развија за гравирање је микроталасна пећница низводно. Користи микроталасно пражњење велике густине за производњу метастабилних атома са дугим животним веком који угризају материјал скоро као да је уроњен у киселину.

Процеси физичког јеткања су слични пескарењу јер се атоми гаса аргона користе за физичко бомбардовање слоја који се нагриза. За уклањање дислоцираних материјала користи се систем вакуум пумпе. Реактивно јонско нагризање укључује комбинацију хемијског и физичког сувог јеткања.

Процес прскања је један од утицаја јона и преноса енергије. Нагризање распршивањем укључује систем распршивања, где је плочица која се угравира причвршћена на негативну електроду или мету у кругу ужареног пражњења. Материјал се распршује из плочице бомбардовањем позитивним јонима, обично аргоном, и резултира дислокацијом површинских атома. Напајање обезбеђује РФ извор на фреквенцији од 450 кХз. Ин-лине вакуум систем се користи за контролу притиска и уклањање реактаната.

Јеткање и млевење јонским снопом је нежан процес јеткања који користи сноп нискоенергетских јона. Систем јонског снопа се састоји од извора за генерисање јонског снопа, радне коморе у којој се врши нагризање или млевење, фиксирања са циљном плочом за држање плочица у јонском снопу, система вакуум пумпе, пратеће електронике и инструмената. Јонски сноп се екстрахује из јонизованог гаса (аргон или аргон/кисеоник) или плазме, која настаје електричним пражњењем. Пражњење се добија применом напона између катоде са врућим филаментом која емитује електроне и анодног цилиндра који се налази у спољашњем пречнику области пражњења.

Млевење јонским снопом се врши у нискоенергетском опсегу јонског бомбардовања, где се јављају само површинске интеракције. Ови јони, обично у опсегу од 500 до 1,000 еВ, погађају мету и спуттер офф површинских атома разбијањем сила које везују атом за његовог суседа. Јеткање јонским снопом се врши у нешто већем енергетском опсегу, што укључује драматичније дислокације површинских атома.

Реактивно јонско јеткање (РИЕ) је комбинација физичког распршивања и хемијског јеткања реактивних врста при ниским притисцима. РИЕ користи јонско бомбардовање за постизање усмереног нагризања и такође хемијски реактивни гас, угљен-тетрафлуорид (ЦФ4) или угљен-тетрахлорид (ЦЦл4), за одржавање добре селективности нагризаног слоја. Облатна се ставља у комору са атмосфером хемијски реактивног гасног једињења на ниском притиску од око 0.1 тора (1.3 к 10-КСНУМКС атмосфера). Електрично пражњење ствара плазму реактивних „слободних радикала“ (јона) са енергијом од неколико стотина електрон волти. Јони ударају о површину плочице вертикално, где реагују да формирају испарљиве врсте које се уклањају линијским вакуум системом ниског притиска.

Суви нагризачи понекад имају циклус чишћења који се користи за уклањање наслага које се акумулирају у унутрашњости реакционих комора. Матична једињења која се користе за плазму циклуса чишћења укључују азот трифлуорид (НФ3), хексафлуороетан (Ц2F6) и октафлуоропропан (Ц3F8).

Ова три гаса који се користе у процесу чишћења, као и многи гасови који се користе у јеткању, представљају камен темељац за еколошки проблем са којим се суочава индустрија полупроводника који се појавио средином 1990-их. За неколико високо флуорованих гасова идентификовано је да имају значајан потенцијал глобалног загревања (или ефекта стаклене баште). (Ови гасови се такође називају ПФЦ, перфлуорована једињења.) Дуг животни век атмосфере, висок потенцијал глобалног загревања и значајно повећана употреба ПФЦ-а као што је НФ3, Ц2F6, Ц3F8, ЦФ4, трифлуорометан (ЦХФ3) и сумпор хексафлуорид (СФ6) је индустрија полупроводника фокусирала на начине да смање своје емисије.

Атмосферске емисије ПФЦ-а из индустрије полупроводника су последица слабе ефикасности алата (многи алати су трошили само 10 до 40% употребљеног гаса) и неадекватне опреме за смањење емисије у ваздух. Мокри уређаји за чишћење нису ефикасни у уклањању ПФЦ-а, а тестови на многим јединицама за сагоревање открили су слабу ефикасност уништавања неких гасова, посебно ЦФ4. Многе од ових јединица за сагоревање су поквариле Ц2F6 и Ц3F8 у ЦФ4. Такође, висока цена поседовања ових алата за смањење, њихова потражња за електричном енергијом, њихово ослобађање других гасова глобалног загревања и нуспродукти њиховог сагоревања опасних загађивача ваздуха указују на то да смањење сагоревања није прикладан метод за контролу емисија ПФЦ.

Учинити процесне алате ефикаснијим, идентификовати и развити еколошки прихватљивије алтернативе за ове суве нагризајуће гасове и поврат/рециклирање издувних гасова били су еколошки нагласци повезани са сувим нагризањима.

Највећи нагласак на хигијени рада за суве нагризалице је био на потенцијалној изложености особља за одржавање које ради на реакционим коморама, пумпама и другој повезаној опреми која може садржати остатке производа реакције. Сложеност плазма металних нагризача и тешкоћа у карактеризацији мириса повезаних са њиховим одржавањем учинили су их предметом многих истраживања.

Реакциони производи формирани у плазма металним једињењима су сложена мешавина хлорисаних и флуорованих једињења. Одржавање метала за гравирање често укључује краткотрајне операције које стварају јаке мирисе. Утврђено је да је хексахлоретан главни узрок мириса у једном типу бакра за алуминијум (Хелб ет ал. 1983). У другом, цијаноген хлорид је био главни проблем: нивои изложености били су 11 пута већи од границе професионалне изложености од 0.3 ппм (Балдвин 1985). У још неким врстама бакра, хлороводоник је повезан са мирисом; максимална измерена изложеност била је 68 ппм (Балдвин, Рубин и Хоровитз 1993). За додатне информације о овој теми видети Муеллер и Кунесх (1989).

Сложеност хемија присутних у издувним гасовима метала је навела истраживаче да развију експерименталне методе за испитивање токсичности ових смеша (Бауер ет ал. 1992а). Примена ових метода у студијама глодара указује да су одређене од ових хемијских смеша сумњиви мутагени (Бауер ет ал. 1992б) и сумњиви репродуктивни токсини (Сцхмидт ет ал. 1995).

Пошто суви грабачи раде као затворени системи, хемијска изложеност оператерима опреме обично се не дешава док је систем затворен. Један редак изузетак од овога је када циклус прочишћавања за старије серије за нагризање није довољно дуг да би се адекватно уклонили гасови за нагризање. Кратка, али иритирајућа изложеност једињењима флуора која су испод границе детекције за типичне поступке надзора индустријске хигијене пријављена су када се отворе врата ових граватора. Обично се ово може исправити једноставним повећањем дужине циклуса прочишћавања пре отварања врата коморе за нагризање.

Примарна брига за излагање оператера РФ енергији долази током плазма нагризања и пепела (Цохен 1986; Јонес 1988). Типично, цурење РФ енергије може бити узроковано:

  • погрешно постављена врата
  • пукотине и рупе у орманима
  • метални столови и електрични каблови који делују као антене због неправилног уземљења нагризача
  • нема пригушивача у прозору за гледање гравирача (Јонес 1988; Хоровитз 1992).

 

Излагање радиофреквентним таласима се такође може јавити током одржавања граватора, посебно ако је кућиште опреме уклоњено. Експозиција од 12.9 мВ/цм2 је пронађен на врху старијег модела плазма гравирача са уклоњеним поклопцем ради одржавања (Хоровитз 1992). Стварно цурење РФ зрачења у области где оператер стоји обично је било мање од 4.9 мВ/цм2.

допинг

Формирање електричног споја или границе између p n региони у монокристалној силицијумској плочици су суштински елемент за функционисање свих полупроводничких уређаја. Спојеви дозвољавају струји да тече у једном правцу много лакше него у другом. Они пружају основу за ефекте диода и транзистора у свим полупроводницима. У интегрисаном колу, контролисан број елементарних нечистоћа или додатака, мора бити уведен у одабране урезане регионе силицијумске подлоге, или плочице. Ово се може урадити техникама дифузије или јонске имплантације. Без обзира на коришћену технику, исти типови или додаци се користе за производњу полупроводничких спојева. Табела 5 идентификује главне компоненте које се користе за допинг, њихово физичко стање, електрични тип (p or n) и примарну технику спајања која се користи — дифузију или имплантацију јона.

Табела 5. Допанти за формирање споја за дифузију и имплантацију јона

Елемент

Једињење

Формула

Држава

Техника

н-типа

антимон

Антимонов триоксид
Антимон трихлорид

Sb2O3
СбЦл3

Солидан
Течност

радиодифузија
радиодифузија

арсен

Арсеников триоксид
Арсеников триоксид
Арсине
Арсен пентафлуорид

As2O3
As2O3
АсХ3
АсФ5

Солидан
Течност
Гас
Гас

радиодифузија
Дифузија—спин он
Дифузија и јонска имплантација
Ионска имплантација

Фосфор

Фосфор пентоксид
Фосфор пентоксид
Фосфор трибромид
Фосфор трихлорид
Фосфор оксихлорид
Фосфин
Фосфор пентафлуорид

P2O5
P2O5
ПБр3
ПЦл3
ПОЦл3
PH3
PF5

Солидан
Течност
Течност
Течност
Течност
Гас
Гас

радиодифузија
Дифузија—спин он
радиодифузија
радиодифузија
радиодифузија
Ионска имплантација
Ионска имплантација

п-тип

Бор

Борни нитрид
Бор трибромид
Бор триоксид
Бор триоксид
Триетхилборате
Силицијум тетрабромид
Бор трихлорид
Бор трифлуорид
Диборане

BN
ББр3
B2O3
B2O3
Б(ЦОЦ2H5)3
СиБр4
БЦл3
BF3
B2H6

Солидан
Течност
Солидан
Течност
Течност
Течност
Течност
Гас
Гас

радиодифузија
радиодифузија
радиодифузија
Дифузија—спин он
Дифузија—спин он
радиодифузија
Имплантација дифузионих јона
Ионска имплантација
Ионска имплантација

 

Рутинска изложеност хемикалијама оператера и дифузионих пећи и јонских имплантатора је ниска — обично мања од границе детекције стандардних процедура узорковања хигијене на раду. Хемијска забринутост процеса усредсређена је на могућност ослобађања токсичних гасова.

Већ 1970-их, прогресивни произвођачи полупроводника почели су да инсталирају прве системе за континуирано праћење гасова запаљивих и токсичних гасова. Главни фокус овог мониторинга је био да се открију случајна испуштања најотровнијих допантних гасова са праговима мириса изнад њихових граница излагања на радном месту (нпр. арсина и диборана).

Већина индустријских хигијенских монитора ваздуха у индустрији полупроводника користи се за детекцију цурења запаљивих и токсичних гасова. Међутим, неки објекти такође користе системе за континуирано праћење да:

  • анализирају емисије из издувног канала (слој).
  • квантификовати концентрацију испарљивих хемикалија у амбијенталном ваздуху
  • идентификују и квантификују мирисе у фаб областима.

 

Технологије које се најчешће користе у индустрији полупроводника за ову врсту надзора су колориметријска детекција гаса (нпр. МДА континуирани детектор гаса), електрохемијски сензори (нпр. сенсидине монитори) и инфрацрвена Фуријеова трансформација (нпр. Телос АЦМ) (Балдвин и Виллиамс 1996) .

радиодифузија

радиодифузија је термин који се користи да опише кретање додатака од региона високе концентрације на крају извора дифузионе пећи у регионе ниже концентрације унутар силицијумске плочице. Дифузија је најпознатија метода формирања спојева.

Ова техника укључује излагање плочице загрејаној атмосфери унутар дифузионе пећи. Пећ садржи жељене додатке у облику паре и резултира стварањем региона допиране електричне активности, било p or n. Допанти који се најчешће користе су бор за п-тип; и фосфор (П), арсен (Ас) или антимон (Сб) за н-тип (видети табелу 5).

Обично се облатне слажу у кварцни носач или чамац и стављају у дифузиону пећ. Дифузиона пећ садржи дугачку кварцну цев и механизам за прецизну контролу температуре. Контрола температуре је изузетно важна, јер су брзине дифузије различитих силицијумских додатака првенствено функција температуре. Температуре у употреби су од 900 до 1,300 oЦ, у зависности од специфичне допанте и процеса.

Загревање силицијумске плочице на високу температуру омогућава атомима нечистоћа да полако дифундују кроз кристалну структуру. Нечистоће се спорије крећу кроз силицијум диоксид него кроз сам силицијум, што омогућава танак оксид узорак да служи као маска и на тај начин дозвољава додатку да уђе у силицијум само тамо где је незаштићен. Након што се накупи довољно нечистоћа, облатне се уклањају из пећи и дифузија ефективно престаје.

За максималну контролу, већина дифузије се изводи у два корака -предепозиција углавити. Предталожење, или дифузија са константним извором, је први корак и одвија се у пећи у којој је температура одабрана да би се постигла најбоља контрола количине нечистоћа. Температура одређује растворљивост додатка. После релативно кратког третмана пре таложења, плочица се физички премешта у другу пећ, обично на вишој температури, где друга топлотна обрада доводи допант до жељене дубине дифузије у решетки силицијумске плочице.

Извори допанта који се користе у кораку пре таложења су у три различита хемијска стања: гас, течност и чврста. Табела 5 идентификује различите типове дифузионих извора допаната и њихова физичка стања.

Гасови се углавном снабдевају из боца са компримованим гасом са контролама или регулаторима притиска, запорним вентилима и разним прикључцима за прочишћавање и дозирају се кроз металне цеви малог пречника.

Течности се нормално испуштају из мехурића, који засићују струју носећег гаса, обично азота, са течним допантним парама, као што је описано у одељку о влажној оксидацији. Други облик дозирања течности је коришћење спин-он допинг апарата. Ово подразумева стављање чврстог допанта у раствор са течним носачем растварача, затим капање раствора на плочицу и окретање, на начин сличан примени фоторезиста.

Чврсти извори могу бити у облику плочице бор нитрида, која је у сендвичу између две силицијумске плочице која се допира и затим ставља у дифузиону пећ. Такође, чврсте додатке, у облику праха или куглица, могу се ставити у а кварцна бомба кућиште (арсеник триоксид), ручно бачено у изворни крај дифузионе цеви или напуњено у одвојену изворну пећ у складу са главном дифузионом пећи.

У недостатку одговарајућих контрола, изложеност арсену изнад 0.01 мг/м3 су пријављени током чишћења пећи за таложење (Ваде ет ал. 1981) и током чишћења комора кућишта извора за имплантате са чврстим извором јона (МцЦартхи 1985; Балдвин, Кинг и Сцарпаце 1988). До ових излагања дошло је када нису предузете мере предострожности да се ограничи количина прашине у ваздуху. Међутим, када су остаци остали влажни током чишћења, изложеност је смањена на далеко испод границе изложености у ваздуху.

У старијим дифузионим технологијама постоје опасности по безбедност приликом уклањања, чишћења и уградње цеви пећи. Опасности укључују потенцијалне посекотине од сломљеног кварцног посуђа и опекотине киселином током ручног чишћења. У новијим технологијама ове опасности су смањене на лицу места чишћење цеви које елиминише већи део ручног руковања.

Руковаоци дифузионих пећи доживљавају највећу рутинску изложеност чистим просторијама екстремно нискофреквентним електромагнетним пољима (нпр. 50 до 60 херца) у производњи полупроводника. Просечна изложеност већа од 0.5 микротесла (5 милигауса) је пријављена током стварног рада пећи (Цравфорд ет ал. 1993). Ова студија је такође приметила да је особље у чистим собама које је радило у близини дифузионих пећи имало просечну измерену изложеност која је била приметно већа од оних других радника чистих соба. Овај налаз је био у складу са тачкастим мерењима које су известили Росентхал и Абдоллахзадех (1991), који су открили да дифузионе пећи дају очитања близине (5 цм или 2 инча) до висине од 10 до 15 микротесла, при чему околна поља опадају све постепено са растојањем. него остала проучавана опрема за чисте собе; чак и на удаљености од 6 стопа од дифузионих пећи, пријављене густине флукса биле су 1.2 до 2 микротесла (Цравфорд ет ал. 1993). Ови нивои емисије су знатно испод тренутних граница изложености заснованих на здрављу које је поставила Светска здравствена организација и оне које су поставиле појединачне земље.

Ионска имплантација

Јонска имплантација је новији метод увођења елемената нечистоћа на собној температури у силицијумске плочице за формирање споја. Јонизовани допантни атоми (тј. атоми лишени једног или више својих електрона) се убрзавају до високе енергије проласком кроз потенцијалну разлику од десетина хиљада волти. На крају свог пута, они ударају у плочицу и уграђују се на различите дубине, у зависности од њихове масе и енергије. Као и код конвенционалне дифузије, оксидни слој са узорком или узорак фоторезиста селективно маскира плочицу од јона.

Типичан систем за имплантацију јона састоји се од извора јона (извор гасовитих додатака, обично у малим бочицама за предавања), опреме за анализу, акцелератора, сочива за фокусирање, неутралног хватача зрака, коморе за процес скенера и вакуумског система (обично три одвојена сета ин-лине пумпе за грубу обраду и уље-дифузију). Струја електрона се генерише из вруће филаменте отпором, лучним пражњењем или снопом електрона хладне катоде.

Генерално, након што се плочице имплантирају, корак жарења на високој температури (900 до 1,000°Ц) се изводи жарењем ласерским снопом или пулсним жарењем са извором електронског зрака. Процес жарења помаже у поправљању оштећења спољашње површине имплантиране плочице изазване бомбардовањем допантних јона.

Са појавом безбедног система за испоруку гасних боца са арсином, фосфином и бор трифлуоридом који се користе у јонским имплантаторима, потенцијал за катастрофално ослобађање ових гасова је у великој мери смањен. Ови мали гасни цилиндри су напуњени једињењем на које су адсорбовани арсин, фосфин и бор трифлуорид. Гасови се извлаче из цилиндара помоћу вакуума.

Ионски имплантатори су једна од најзначајнијих електричних опасности у индустрији полупроводника. Чак и након што је струја искључена, постоји значајан ударни потенцијал унутар алата и мора се распршити пре рада унутар имплантатора. Пажљив преглед операција одржавања и електричних опасности је загарантован за сву новоинсталисану опрему, а посебно за јонске имплантате.

Изложеност хидридима (вероватно мешавини арсина и фосфина) до 60 ппб пронађена је током одржавања крио-пумпе са јонским имплантатом (Балдвин, Рубин и Хоровитз 1993). Такође, високе концентрације и арсина и фосфина могу да испусте гас из контаминираних делова имплантата који се уклањају током превентивног одржавања (Флипп, Хунсакер и Херринг 1992).

Преносни усисивачи са високоефикасним атенуатором честица (ХЕПА) филтерима се користе за чишћење радних површина контаминираних арсеном у областима за имплантацију јона. Изложености изнад 1,000 μг/м3 су мерени када су ХЕПА усисивачи били непрописно очишћени. ХЕПА усисивачи, приликом пражњења у радни простор, такође могу ефикасно да дистрибуирају карактеристичан, хидридни мирис повезан са чишћењем линије снопа јонског имплантата (Балдвин, Рубин и Хоровитз 1993).

Иако је забринутост, није било објављених извештаја о значајном излагању допантним гасовима током замене уља у вакуум пумпама које се користе са додацима — вероватно зато што се то обично ради као затворени систем. Недостатак пријављене изложености такође може бити резултат ниског нивоа гасова хидрида из коришћеног уља.

Резултат теренске студије у којој је загрејано 700 мл коришћеног уља за грубу пумпу из јонског имплантатора који је користио и арсин и фосфин показао је детективне концентрације хидрида у ваздуху у простору главе пумпе када је уље пумпе прешло 70oЦ (Балдвин, Кинг анд Сцарпаце 1988). Пошто су нормалне радне температуре за механичке пумпе за грубу обраду 60 до 80oЦ, ова студија није указала на потенцијал за значајну изложеност.

Током имплантације јона, рендгенски зраци се формирају успутно операцији. Већина имплантатора је дизајнирана са довољном заштитом кућишта (што укључује оловну фолију стратешки постављену око кућишта извора јона и суседних приступних врата) да би се одржала изложеност запослених испод 2.5 микросиверта (0.25 миллирема) на сат (Малетскос и Ханлеи 1983). Међутим, утврђено је да старији модел имплантатора има цурење рендгенских зрака изнад 20 микросиверта на сат (μСв/хр) на површини јединице (Балдвин, Кинг и Сцарпаце 1988). Ови нивои су смањени на мање од 2.5 μСв/х након што је уграђена додатна оловна заштита. Утврђено је да још један старији модел јонског имплантатора има цурење рендгенских зрака око приступних врата (до 15 μСв/х) и на видном пољу (до 3 μСв/х). Додата је додатна оловна заштита да би се ублажила могућа изложеност (Балдвин, Рубин и Хоровитз 1993).

Поред излагања рендгенским зрацима из јонских имплантатора, претпостављена је могућност формирања неутрона ако имплантатор ради изнад 8 милиона електрон волти (МеВ) или се гас деутеријум користи као извор јона (Рогерс 1994). Међутим, имплантати су обично дизајнирани да раде на знатно испод 8 МеВ, а деутеријум се обично не користи у индустрији (Балдвин и Виллиамс 1996).

Хемијско таложење паре

Хемијско таложење паре (ЦВД) укључује наношење слојева додатног материјала на површину силицијумске плочице. ЦВД јединице нормално раде као затворени систем што доводи до малог или никаквог излагања оператерима хемикалијама. Међутим, може доћи до кратког излагања хлороводонику изнад 5 ппм када се чисте одређени ЦВД пресцрубери (Балдвин и Стеварт 1989). Две широке категорије таложења су у уобичајеној употреби — епитаксијална и општија категорија неепитаксијалних ЦВД.

Епитаксијално хемијско таложење паре

Епитаксијални раст је строго контролисано таложење танког монокристалног филма материјала који одржава исту кристалну структуру као постојећи слој подлоге. Служи као матрица за производњу полупроводничких компоненти у наредним процесима дифузије. Већина епитаксијалних филмова се узгаја на подлогама од истог материјала, као што је силицијум на силицијуму, у процесу који се назива хомоепитаксија. Растуће слојеве различитих материјала на подлози, као што је силицијум на сафиру, назива се обрада хетероепитаксијском ИЦ уређајем.

За узгој епитаксијалних слојева користе се три примарне технике: парна фаза, течна фаза и молекуларни сноп. Течна фаза и епитаксија молекуларним снопом се првенствено користе у обради ИИИ-В (нпр. ГаАс) уређаја. О њима се говори у чланку „Производња полупроводника ИИИ-В“.

Епитаксија парне фазе се користи за узгој филма помоћу ЦВД молекула на температури од 900 до 1,300oЦ. Паре које садрже силицијум и контролисане количине додатака п- или н-типа у гасу носачу (обично водоник) пролазе преко загрејаних плочица да се таложе допирани слојеви силицијума. Процес се углавном изводи на атмосферском притиску.

Табела 6 идентификује четири главна типа епитаксије у парној фази, параметре и хемијске реакције које се одвијају.

Табела 6. Главне категорије епитаксије у парној фази силицијума

parametri

Притисак

атмосферски

Температура

КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц

Извори силицијума

Силане (СиХ4), силицијум тетрахлорид (СиЦл4), трихлоросилан (СиХЦл3),
и дихлоросилан (СиХ2Cl2)

Допантни гасови

Арсин (АсХ3), фосфин (ПХ3), диборан (Б2H6)

Концентрација допантног гаса

≈100 ппм

Етцхант гас

Хлороводоник (ХЦл)

Концентрација гаса за нагризање

≈1–4%

Гасови носачи

Водоник (Х2), азот (Н2)

Извор грејања

Радио фреквенција (РФ) или инфрацрвена (ИР)

Врсте епитаксије у парној фази

Хемијске реакције

Редукција водоника силицијум тетрахлорида
(1,150–1,300 ° Ц)

СиЦл4 + 2Х2 → Си + 4ХЦл

Пиролитичко разлагање силана
(1,000–1,100 ° Ц)

СиХ4 → Си + 2Х2

Редукција водоника трихлоросилана

СиХЦл3 + Х2 → Си + 3ХЦл

Редукција дихлоросилана

СиХ2Cl2 → Си + 2ХЦл

 

Секвенца таложења која се обично прати у епитаксијалном процесу укључује:

  • чишћење подлоге—физичко чишћење, одмашћивање растварачем, чишћење киселином (сумпорна, азотна и хлороводонична, а флуороводонична је уобичајена секвенца) и операција сушења
  • учитавање вафла
  • загрејати—пречишћавање азотом и загревање на приближно 500 °Ц, затим се користи гас водоник и РФ генератори индуктивно загревају плочице
  • хлороводоник (ХЦл) нагризање—обично се 1 до 4% концентрације ХЦл дозира у реакторску комору
  • таложење—извор силицијума и допантни гасови се дозирају и одлажу на површину плочице
  • охладити-гас водоник поново прешао на азот на 500°Ц
  • истовар.

 

Неепитаксијално хемијско таложење паре

Док је епитаксијални раст високо специфичан облик ЦВД где депоновани слој има исту оријентацију кристалне структуре као слој супстрата, неепитаксијални ЦВД је формирање стабилног једињења на загрејаној подлози термичком реакцијом или разградњом гасовитих једињења.

ЦВД се може користити за депоновање многих материјала, али у обради силицијумских полупроводника материјали који се генерално сусрећу, поред епитаксијалног силицијума, су:

  • поликристални силицијум (поли Си)
  • силицијум диоксид (СиО2—и допиране и недопиране; п-допирано стакло)
  • силицијум нитрид (Си3N4).

 

Сваки од ових материјала може се депоновати на различите начине, и сваки има много примена.

Табела 7 идентификује три главне категорије КВБ користећи радну температуру као механизам диференцијације.

Табела 7. Главне категорије хемијског таложења силицијумске паре (ЦВД)

parametri

Притисак

Атмосферски (АПЦВД) или низак притисак (ЛПЦВД)

Температура

КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц

Извори силицијума и нитрида

Силане (СиХ4), силицијум тетрахлорид (СиЦл4), амонијак (НХ3), азот оксид (Н20)

Извори допанта

Арсин (АсХ3), фосфин (ПХ3), диборан (Б2H6)

Гасови носачи

Азот (Н2), водоник (Х2)

Извор грејања

Систем хладног зида—радио фреквенција (РФ) или инфрацрвена (ИР)
Систем врућих зидова—термичка отпорност

ЦВД тип

Реакција

Носећи гас

Температура

Средња температура (≈ 600–1,100 °Ц)

Силицијум нитрид (Си3N4)

3СиХ4 + 4 НХ3 → Си3N4 + 12Х2

H2

КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц

полисилицијум (поли Си)

СиХ4 + Топлота → Си + 2Х2

H2
N2

КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц
КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц

Силицијум диоксид (СиО2)

СиХ4 + 4ЦО2 → СиО2 + 4ЦО + 2Х2O
2H2 + СиЦл4 + ЦО2 → СиО2 + 4ХЦл *
СиХ4 + ЦО→ СиО2 + 2Х2 *

N2
H2
H2

КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц
КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц
КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц

Ниска температура (≈<600 Ц) Силок, Пирок, Вапок и Нитрок**

Силицијум диоксид (СиО2) или п-допираним СиО2

     

Силок

СиХ4 + 2О2 + Допант → СиО2 + 2Х2O

N2

КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц

Пирок

СиХ4 + 2О2 + Допант → СиО2 + 2Х2O

N2

<600 ° Ц

Вапок

СиХ4 + 2О2 + Допант → СиО2 + 2Х2O

N2

<600 ° Ц

Силицијум нитрид (Си3N4)

     

Нитрок

3СиХ4 + 4НХ3 (или Н2О*) → Си3N4 + 12Х2

N2

КСНУМКС-КСНУМКС ° Ц

Појачана плазма на ниским температурама (пасивација) (<600°Ц)

Користећи радио-фреквенцију (РФ) или
реактивно распршивање

     

Силицијум диоксид (СиО2)

СиХ4 + 2О2 → СиО2 + 2Х20

   

Силицијум нитрид (Си3N4)

3СиХ4 + 4НХ3 (или Н2О*) → Си3N4 + 12Х2

   

* Напомена: Реакције нису стехиометријски избалансиране.

** Генерички, власнички или заштићени називи за ЦВД реакторске системе

 

Следеће компоненте се налазе у скоро свим врстама ЦВД опреме:

  • реакциона комора
  • одељак за контролу гаса
  • контрола времена и редоследа
  • извор топлоте за подлоге
  • руковање отпадним водама.

 

У основи, ЦВД процес подразумева снабдевање контролисаних количина гасова извора силицијума или нитрида, у спрези са гасовима који носе азот и/или водоник, и допантног гаса ако се жели, за хемијску реакцију унутар реакторске коморе. Топлота се примењује да би се обезбедила неопходна енергија за хемијску реакцију поред контроле површинске температуре реактора и плочица. Након што је реакција завршена, неизреаговани изворни гас плус носећи гас се одводе кроз систем за руковање ефлуентом и одводе у атмосферу.

Пасивација је функционални тип КВБ. Укључује раст заштитног оксидног слоја на површини силицијумске плочице, генерално као последњи корак производње пре нефабрикационе обраде. Слој обезбеђује електричну стабилност тако што изолује површину интегрисаног кола од електричних и хемијских услова у окружењу.

Метализација

Након што су уређаји произведени у силицијумској подлози, они морају бити повезани заједно да би обављали функције кола. Овај процес је познат као метализација. Метализација обезбеђује начин ожичења или међусобног повезивања највиших слојева интегрисаних кола депоновањем сложених образаца проводних материјала, који усмеравају електричну енергију унутар кола.

Широки процес метализације разликује се према величини и дебљини слојева метала и других материјала који се таложе. Су:

  • танак филм—приближна дебљина филма од једног микрона или мање
  • дебели филм—приближна дебљина филма од 10 микрона или више
  • платинг—дебљине филма варирају од танких до дебелих, али углавном дебелих филмова.

 

Најчешћи метали који се користе за метализацију силицијумских полупроводника су: алуминијум, никл, хром или легура која се зове нихром, злато, германијум, бакар, сребро, титанијум, волфрам, платина и тантал.

Танки или дебели филмови се такође могу испарити или нанети на различите керамичке или стаклене подлоге. Неки примери ових супстрата су: глиница (96% Ал203), берилију (99% БеО), боросиликатно стакло, пирокерам и кварц (СиО2).

Танак филм

Танкофилна метализација се често примењује коришћењем технике таложења или испаравања у високом или делимичном вакууму. Главни типови испаравања у високом вакууму су електронски сноп, флеш и отпорни, док се таложење делимичног вакуума првенствено врши распршивањем.

За обављање било које врсте танкослојне вакуумске метализације, систем се обично састоји од следећих основних компоненти:

  • комора која се може евакуисати да би се обезбедио довољан вакуум за таложење
  • вакуум пумпа (или пумпе) за смањење амбијенталних гасова у комори
  • инструментација за праћење нивоа вакуума и других параметара
  • метода наношења или испаравања слојева метализирајућег материјала.

 

Испаравање електронским снопом, често називан Е беам, користи фокусирани сноп електрона за загревање материјала за метализацију. Сноп електрона високог интензитета се генерише на начин сличан оном који се користи у телевизијској цеви. Струја електрона се убрзава кроз електрично поље типично од 5 до 10 кВ и фокусира се на материјал који треба да се испари. Фокусирани сноп електрона топи материјал садржан у блоку хлађеном водом са великом депресијом званом огњиште. Отопљени материјал затим испарава унутар вакуумске коморе и кондензује се на хладним плочицама, као и на целој површини коморе. Затим се изводе стандардни фотоотпорни поступци, експозиција, развој и мокро или суво нагризање да би се оцртало сложено метализовано коло.

Фласх евапоратион је још једна техника за таложење танких метализованих филмова. Ова метода се првенствено користи када се мешавина два материјала (легура) истовремено испарава. Неки примери двокомпонентних филмова су: никл/хром (Нихром), хром/силицијум моноксид (СиО) и алуминијум/силицијум.

Приликом брзог испаравања, керамичка шипка се загрева топлотним отпором и континуално напајана калем жице, млаз пелета или вибрационо распршен прах доводи се у контакт са врућим филаментом или шипком. Испарени метали затим облажу унутрашњу комору и површине плочице.

Отпорно испаравање (познато и као испаравање филамента) је најједноставнији и најјефтинији облик таложења. Испаравање се постиже постепеним повећањем струје која тече кроз филамент да би се прво отопиле петље материјала који треба да се испари, чиме се филамент влаже. Када се филамент навлажи, струја кроз филамент се повећава све док не дође до испаравања. Примарна предност отпорног испаравања је широк избор материјала који се могу испарити.

Радови на одржавању се понекад обављају на унутрашњој површини комора за таложење испаривача Е-зрака које се називају посудама. Када техничари за одржавање имају главе у посудама за звоно, може доћи до значајних изложености. Уклањање металних остатака који се таложе на унутрашњој површини посуда за звонце може довести до таквих изложености. На пример, изложености техничара далеко изнад границе излагања сребру у ваздуху мерене су током уклањања остатака из испаривача који се користи за таложење сребра (Балдвин и Стеварт 1989).

Чишћење остатака тегле са органским растварачима за чишћење такође може довести до велике изложености растварачу. Током овог типа чишћења дошло је до излагања техничара метанолу изнад 250 ппм. Ова изложеност се може елиминисати коришћењем воде као растварача за чишћење уместо метанола (Балдвин и Стеварт 1989).

таложење прскањем процес се одвија у атмосфери гаса ниског притиска или делимичног вакуума, користећи или једносмерну електричну струју (ДЦ или катодно распршивање) или РФ напоне као извор високе енергије. Код распршивања, јони инертног гаса аргона се уводе у вакуумску комору након што је постигнут задовољавајући ниво вакуума употребом пумпе за грубу обраду. Електрично поље се формира применом високог напона, обично 5,000 В, између две супротно наелектрисане плоче. Ово високоенергетско пражњење јонизује атоме гаса аргона и доводи до њиховог померања и убрзања до једне од плоча у комори која се зове мета. Када јони аргона ударе у мету направљену од материјала који се депонује, они померају или распршују ове атоме или молекуле. Померени атоми материјала за метализацију се затим таложе у танком филму на силицијумске подлоге које су окренуте према мети.

Утврђено је да цурење радиофреквентних таласа са стране и са задње стране на многим старијим јединицама за распршивање премашује границу професионалне изложености (Балдвин и Стеварт 1989). Већина цурења се може приписати пукотинама у ормарићима узрокованим поновљеним уклањањем панела за одржавање. Код новијих модела истог произвођача, панели са жичаном мрежом дуж шавова спречавају значајно цурење. Старији распршивачи се могу накнадно опремити жичаном мрежом или се, алтернативно, може користити бакарна трака за покривање шавова како би се смањило цурење.

Дебео филм

Структура и димензија већине дебелих филмова нису компатибилни са метализацијом силицијумских интегрисаних кола, првенствено због ограничења величине. Дебели филмови се углавном користе за метализацију хибридних електронских структура, као што је производња ЛЦД-а.

Процес ситоситовања је доминантна метода наношења дебелог филма. Материјали са дебелим филмом који се обично користе су паладијум, сребро, титанијум диоксид и стакло, злато-платина и стакло, златно стакло и сребрно стакло.

Отпорни дебели филмови се обично наносе и обликују на керамичку подлогу коришћењем техника ситопросијавања. Кермет је облик отпорног дебелог филма који се састоји од суспензије проводљивих металних честица у керамичкој матрици са органском смолом као пунилом. Типичне структуре кермета се састоје од хрома, сребра или оловног оксида у матрици од силицијум моноксида или диоксида.

Позлаћивање

За формирање металних филмова на полупроводничким подлогама користе се два основна типа техника облагања: галванизација и безелектрична обрада.

In галванско полирање, супстрат који се облаже поставља се на катоду, или негативно наелектрисан терминал, резервоара за облагање и урања у електролитички раствор. Електрода направљена од метала који се облаже служи као анода или позитивно наелектрисани терминал. Када се једносмерна струја прође кроз раствор, позитивно наелектрисани јони метала, који се растварају у раствору са аноде, мигрирају и постављају се на катоду (подлогу). Ова метода полагања се користи за формирање проводних филмова од злата или бакра.

In електро -оплата, истовремена редукција и оксидација метала који се облаже користи се за формирање слободног атома или молекула метала. Пошто овај метод не захтева електричну проводљивост током процеса облагања, може се користити са подлогама изолационог типа. Никл, бакар и злато су најчешћи метали депоновани на овај начин.

Легирање/жарење

Након што су метализоване интерконекције таложене и урезане, може се извршити последњи корак легирања и жарења. Легирање се састоји од постављања метализованих супстрата, обично са алуминијумом, у нискотемпературну дифузиону пећ да би се обезбедио контакт ниске отпорности између алуминијумског метала и силицијумске подлоге. Коначно, било током корака легуре или директно након њега, плочице су често изложене мешавини гаса која садржи водоник у дифузионој пећи на 400 до 500°Ц. Корак жарења је дизајниран да оптимизује и стабилизује карактеристике уређаја комбиновањем водоника са неповезаним атомима на или близу интерфејса силицијум-силицијум диоксид.

Бацклаппинг и бацксиде метализација

Постоји и опциони корак обраде метализације који се зове бацклаппинг. Задња страна плочице се може преклопити или брушити помоћу влажног абразивног раствора и притиска. Метал као што је злато може се нанијети на задњу страну плочице прскањем. Ово олакшава причвршћивање одвојене матрице за паковање у коначном склапању.

Монтажа и испитивање

Непроизводна обрада, која укључује спољно паковање, причвршћивање, капсулирање, монтажу и тестирање, обично се обавља у одвојеним производним погонима и много пута се ради у земљама југоисточне Азије, где су ови радно интензивни послови јефтинији за обављање. Поред тога, захтеви за вентилацију за контролу процеса и честица су генерално различити (не-чисте просторије) у областима за прераду без производње. Ови последњи кораци у производном процесу укључују операције које укључују лемљење, одмашћивање, тестирање хемикалијама и изворима зрачења, и обрезивање и обележавање ласерима.

Лемљење током производње полупроводника обично не доводи до велике изложености олову. Да би се спречило термичко оштећење интегрисаног кола, температура лемљења се одржава испод температуре на којој може доћи до значајног формирања истопљеног олова (430°Ц). Међутим, чишћење опреме за лемљење стругањем или четкањем остатака који садрже олово може довести до излагања олову изнад 50 μг/м3 (Болдвин и Стјуарт 1989). Такође, изложеност олову од 200 μг/м3 су се десиле када се користе неправилне технике уклањања шљаке током операција таласног лемљења (Балдвин и Виллиамс 1996).

Једна све већа забринутост у вези са операцијама лемљења је иритација дисајних путева и астма због излагања продуктима пиролизе флукса за лемљење, посебно током ручног лемљења или операција дотеривања, где се историјски локална издувна вентилација није уобичајено користила (за разлику од операција таласног лемљења, које последњих неколико деценија обично су били затворени у исцрпљеним ормарићима) (Гох и Нг 1987). Погледајте чланак „Штампана плоча и склоп рачунара“ за више детаља.

Пошто је колофонија у флуксу за лемљење сензибилизатор, све изложености треба смањити на што је могуће ниже, без обзира на резултате узорковања ваздуха. Нове инсталације за лемљење посебно треба да укључе локалну издувну вентилацију када се лемљење изводи на дужи временски период (нпр. дуже од 2 сата).

Испарења од ручног лемљења ће се вертикално подићи на топлотним струјама, улазећи у зону дисања запосленог док се особа нагиње преко тачке лемљења. Контрола се обично постиже помоћу ефективне локалне издувне вентилације велике брзине и мале запремине на врху лемљења.

Уређаји који враћају филтрирани ваздух на радно место могу, ако је ефикасност филтрације неадекватна, изазвати секундарно загађење које може утицати на људе у радној просторији осим оних који лемљују. Филтрирани ваздух не би требало да се враћа у радну просторију осим ако је количина лемљења мала и просторија има добру општу вентилацију за разблаживање.

Разврстајте и тестирајте вафле

Након што је производња плочице завршена, свака интринзично готова плочица пролази кроз процес сортирања плочице где се интегрисана кола на свакој специфичној плочици електрично тестирају помоћу компјутерски контролисаних сонди. Појединачна плочица може да садржи од сто до више стотина одвојених калупа или чипова који се морају тестирати. Након што су резултати теста готови, матрице се физички обележавају аутоматски дозираном једнокомпонентном епоксидном смолом. Црвена и плава се користе за идентификацију и сортирање матрица које не испуњавају жељене електричне спецификације.

Дие раздвајање

Када су уређаји или кола на плочици тестирани, означени и сортирани, појединачне матрице на плочици морају бити физички одвојене. Бројне методе су дизајниране за одвајање појединачних калупа — дијамантско пререзивање, ласерско исписивање и тестерисање дијамантским точком.

Дијамантско урезивање је најстарији метод који се користи и укључује цртање прецизно обликованог врха уметнутог дијамантом преко облатне дуж линије писача или „улице“ која раздваја појединачне калупе на површини облатне. Несавршеност у кристалној структури узрокована сцрибингом омогућава да се плочица савија и ломи дуж ове линије.

Ласерско исписивање је релативно скорашња техника одвајања калупа. Ласерски зрак генерише импулсни неодимијум-итријум ласер велике снаге. Зрака ствара жлеб у силиконској плочици дуж линија писача. Жлеб служи као линија дуж које се облатна ломи.

Широко коришћена метода одвајања калупа је мокро тестерисање — резање подлога дуж улице брзом кружном дијамантском тестером. Тестерисањем се може делимично пресећи (писало) или потпуно (коцкице) кроз силиконску подлогу. Тестерисањем настаје мокра каша материјала уклоњеног са улице.

Причвршћивање и спајање калупа

Појединачна матрица или чип морају бити причвршћени за носећи пакет и метални оловни оквир. Носачи су обично направљени од изолационог материјала, било керамике или пластике. Керамички носећи материјали се обично праве од глинице (Ал2O3), али се може састојати од берилије (БеО) или стеатита (МгО-СиО2). Пластични носећи материјали су термопластичне или термореактивне смоле.

Причвршћивање појединачних калупа се генерално постиже једним од три различита типа причвршћивања: еутектичким, преформираним и епоксидним. Причвршћивање еутектичке матрице укључује употребу еутектичке легуре за лемљење, као што је злато-силицијум. У овој методи, слој златног метала је претходно постављен на полеђини матрице. Загревањем паковања изнад еутектичке температуре (370°Ц за злато-силицијум) и постављањем матрице на њу, формира се веза између матрице и паковања.

Везивање предформе укључује употребу малог комада специјалног композитног материјала који ће се залепити и за матрицу и за паковање. Предформа се поставља на подручје паковања за причвршћивање и оставља да се истопи. Матрица се затим трља по целом региону док се матрица не причврсти, а затим се паковање охлади.

Епоксидно везивање укључује употребу епоксидног лепка за причвршћивање матрице на паковање. Кап епоксида се наноси на паковање и матрица се поставља на њега. Паковање ће можда морати да се пече на повишеној температури да би се епоксид правилно очврснуо.

Када је матрица физички причвршћена за паковање, морају се обезбедити електричне везе између интегрисаног кола и каблова за пакет. Ово се постиже коришћењем термокомпресионих, ултразвучних или термозвучних техника везивања за причвршћивање златних или алуминијумских жица између контактних површина на силиконском чипу и каблова за паковање.

Термокомпресионо везивање се често користи са златном жицом и укључује загревање пакета на приближно 300oЦ и формирање везе између жице и везивних јастучића користећи топлоту и притисак. У употреби су два главна типа термокомпресионог везивања—везивање лопте клинасто везивање. Куглично везивање, које се користи само са златном жицом, доводи жицу кроз капиларну цев, сабија је, а затим пламен водоника топи жицу. Поред тога, ово формира нову куглицу на крају жице за следећи циклус везивања. Клинасто спајање укључује клинасти алат за спајање и микроскоп који се користи за прецизно позиционирање силиконског чипа и паковања преко подлоге за везивање. Процес се изводи у инертној атмосфери.

Ултразвучно везивање користи пулс ултразвучне, високофреквентне енергије да обезбеди акцију рибања која формира везу између жице и јастучића за везивање. Ултразвучно спајање се првенствено користи са алуминијумском жицом и често се преферира од термокомпресионог везивања, пошто не захтева да се чип кола загрева током операције везивања.

Термозвучно везивање је недавна технолошка промена у везивању златне жице. Укључује употребу комбинације ултразвучне и топлотне енергије и захтева мање топлоте од термокомпресионог везивања.

Капсулација

Примарна сврха инкапсулације је да се интегрисано коло стави у пакет који испуњава електричне, термичке, хемијске и физичке захтеве повезане са применом интегрисаног кола.

Најраспрострањенији типови паковања су радијални тип, равно паковање и двоструко-линијско (ДИП) паковање. Паковање радијално-оловног типа углавном се израђује од Ковара, легуре гвожђа, никла и кобалта, са тврдим стакленим заптивкама и коварским оловкама. Плоснати пакети користе оквире од металног олова, обично направљене од легуре алуминијума у ​​комбинацији са керамичким, стакленим и металним компонентама. Дуал-ин-лине пакети су генерално најчешћи и често користе керамичку или ливену пластику.

Обликовани пластични полупроводнички пакети се првенствено производе у два одвојена процеса -трансфер калуповање бризгање. Преносно обликовање је доминантна метода пластичне капсуле. У овој методи, чипови се монтирају на необрезане оловне оквире, а затим се серијски утоварују у калупе. Прашкасти или пелетирани облици термореактивне пластичне масе за калуповање се топе у загрејаној посуди, а затим се присилно убацују (пребацују) под притиском у напуњене калупе. Системи пластичне масе у облику праха или пелета могу се користити на епоксидним, силиконским или силиконским/епоксидним смолама. Систем се обично састоји од мешавине:

  • термореактивне смоле—епоксид, силикон или силикон/епоксид
  • учвршћивачи—епоксидни новолаци и епоксидни анхидриди
  • пунила— силицијум-фузионисан или кристални силицијум диоксид (СиО2) и глинице (Ал2O3), углавном 50-70% по тежини
  • на ватру-антимон триоксид (Сб2O3) углавном 1-5% по тежини.

 

Ињекционо ливење користи или термопластичну или термореактивну смешу за ливење која се загрева до тачке топљења у цилиндру на контролисаној температури и убацује под притиском кроз млазницу у калуп. Смола се брзо очвршћава, калуп се отвара и паковање за инкапсулацију се избацује. Широка лепеза пластичних једињења се користи у бризгању, при чему су епоксидне и полифениленсулфидне (ППС) смоле најновији уноси у капсулирању полупроводника.

Коначно паковање силицијумског полупроводничког уређаја је класификовано према његовој отпорности на цурење или способности да изолује интегрисано коло из околине. Они се разликују као херметички (непропусни) или нехерметички затворени.

Испитивање цурења и сагоревање

Тестирање цурења је поступак развијен за тестирање стварне способности заптивања или херметизма упакованог уређаја. У употреби су два уобичајена облика испитивања цурења: детекција цурења хелијума и детекција цурења радиоактивним трагачем.

У детекцији цурења хелијума, комплетирани пакети се стављају у атмосферу под притиском хелијума на одређени временски период. Хелијум је у стању да продре кроз несавршености у паковање. Након уклањања из коморе за хлађење хелијума, паковање се преноси у комору масеног спектрометра и тестира да хелијум цури из несавршености у паковању.

Радиоактивни гас за праћење, обично криптон-85 (Кр-85), замењује се хелијумом у другој методи и мери се радиоактивни гас који цури из паковања. У нормалним условима, изложеност особља овом процесу је мања од 5 милисиверта (500 милирема) годишње (Балдвин и Стеварт 1989). Контроле за ове системе обично укључују:

  • изолација у просторијама са приступом ограниченим само на неопходно особље
  • на вратима соба у којима се налази Кр-85 поставили знакове упозорења о зрачењу
  • континуирани монитори зрачења са алармима и аутоматским искључивањем/изолацијом
  • наменски издувни систем и просторија са негативним притиском
  • праћење изложености личном дозиметријом (нпр. значке филма радијације)
  • редовно одржавање аларма и блокада
  • редовне провере цурења радиоактивног материјала
  • безбедносна обука за оператере и техничаре
  • обезбеђујући да изложеност зрачењу буде што ниска колико је то разумно могуће (АЛАРА).

 

Такође, материјали који долазе у контакт са Кр-85 (нпр. изложени ИЦ, коришћено уље за пумпе, вентили и О-прстенови) се испитују како би се осигурало да не емитују превелике нивое радијације због заосталог гаса у себи пре него што се уклоне из контролисано подручје. Леацх-Марсхал (1991) пружа детаљне информације о изложености и контроли из Кр-85 система за детекцију финог цурења.

Запалити је операција температурног и електричног напрезања за одређивање поузданости коначног упакованог уређаја. Уређаји се стављају у пећницу са контролисаном температуром на дужи временски период користећи или амбијенталну атмосферу или инертну атмосферу азота. Температуре се крећу од 125°Ц до 200°Ц (150°Ц је просек), а временски периоди од неколико сати до 1,000 сати (48 сати је просек).

Завршни тест

За коначну карактеризацију перформанси упакованог силицијумског полупроводничког уређаја, врши се завршни електрични тест. Због великог броја и сложености потребних тестова, рачунар врши и оцењује тестирање бројних параметара важних за евентуално функционисање уређаја.

Означите и спакујте

Физичка идентификација коначног упакованог уређаја се постиже употребом различитих система обележавања. Две главне категорије обележавања компоненти су контактно и бесконтактно штампање. Контактна штампа обично укључује технику ротационог офсета коришћењем мастила на бази растварача. Бесконтактно штампање, које преноси ознаке без физичког контакта, укључује инк-јет главу или штампање тонером помоћу мастила на бази растварача или ласерског обележавања.

Растварачи који се користе као носачи за штампарске боје и као средство за претходно чишћење обично се састоје од мешавине алкохола (етанола) и естара (етил ацетат). Већина система за обележавање компоненти, осим ласерског обележавања, користи мастила која захтевају додатни корак за постављање или очвршћавање. Ове методе очвршћавања су ваздушно очвршћавање, топлотно очвршћавање (термичко или инфрацрвено) и ултраљубичасто очвршћавање. Мастила за очвршћавање ултраљубичастим зрацима не садрже раствараче.

Ласерски системи за обележавање користе или угљен-диоксид велике снаге (ЦО2) ласер, или неодимијум:итријум ласер велике снаге. Ови ласери су обично уграђени у опрему и имају испреплетене ормаре који затварају путању снопа и тачку где сноп долази у контакт са метом. Ово елиминише опасност од ласерског зрака током нормалних операција, али постоји забринутост када су безбедносне блокаде поражене. Најчешћа операција где је потребно уклонити кућишта снопа и разбити блокаде је поравнање ласерског зрака.

Током ових операција одржавања, идеално би било да се просторија у којој се налази ласер евакуише, осим неопходних техничара за одржавање, са закључаним вратима собе и постављеним одговарајућим ласерским сигурносним знаковима. Међутим, ласери велике снаге који се користе у производњи полупроводника често се налазе у великим, отвореним производним просторима, што чини непрактичним премештање особља које није за одржавање током одржавања. За ове ситуације обично се успоставља привремена контролна зона. Обично се ове контролне области састоје од ласерских завеса или екрана за заваривање који могу да издрже директан контакт са ласерским снопом. Улаз у привремену контролну област се обично одвија кроз улаз у лавиринт који је постављен знаком упозорења кад год су блокаде за ласер поражене. Остале мере предострожности током поравнања зрака су сличне онима које су потребне за рад ласера ​​велике снаге отвореног снопа (нпр. обука, заштита очију, писмене процедуре и тако даље).

Ласери велике снаге су такође једна од најзначајнијих електричних опасности у индустрији полупроводника. Чак и након што је струја искључена, постоји значајан ударни потенцијал унутар алата и мора се распршити пре рада у кућишту.

Поред опасности од снопа и електричне енергије, треба водити рачуна иу одржавању система за ласерско обележавање због могућности хемијске контаминације антимон триоксидом и берилијумом отпорним на ватру (керамичка паковања која садрже ово једињење ће бити означена). Димови се могу створити током обележавања снажним ласерима и створити остатке на површинама опреме и филтерима за екстракцију дима.

Одмашћивачи су се у прошлости користили за чишћење полупроводника пре него што су означени идентификационим кодовима. Изложеност растварачу изнад применљиве професионалне границе изложености ваздухом може лако да се деси ако се глава оператера постави испод расхладних калемова који изазивају поновну кондензацију пара, као што се може десити када оператер покуша да узме испуштене делове или када техничар очисти остатке са дна јединица (Балдвин и Стеварт 1989). Употреба одмашћивача је знатно смањена у индустрији полупроводника због ограничења употребе супстанци које оштећују озонски омотач као што су хлорофлуороугљеници и хлоровани растварачи.

Анализа кварова и осигурање квалитета

Лабораторије за анализу кварова и анализу квалитета обично обављају различите операције које се користе да би се осигурала поузданост уређаја. Неке од операција које се обављају у овим лабораторијама представљају потенцијал за изложеност запослених. Ови укључују:

  • тестови за обележавање коришћење различитих растварача и корозивних смеша у загрејаним чашама на рингли. Локална издувна вентилација (ЛЕВ) у облику металне хаубе са адекватним брзинама лица потребна је за контролу фугитивних емисија. Раствори моноетаноламина могу да доведу до изложености која прелази границу изложености у ваздуху (Балдвин и Виллиамс 1996).
  • испитивање мехурића/цурења коришћење флуороугљеника високе молекуларне тежине (заштићено име Флуоринертс)
  • рендгенске јединице за паковање.

 

Кобалт-60 (до 26,000 кирија) се користи у ирадиаторима за тестирање способности ИЦ-а да издрже излагање гама зрачењу у војним и свемирским апликацијама. У нормалним условима, изложеност особља из ове операције је мања од 5 милисиверта (500 милирема) годишње (Балдвин и Стеварт 1989). Контроле за ову донекле специјализовану операцију су сличне онима које се користе за Кр-85 системе финог цурења (нпр. изолована просторија, континуирани монитори радијације, праћење изложености особља и тако даље).

Мали алфа извори „специфичне лиценце“ (нпр. микро- и миликурије америцијума-241) се користе у процесу анализе отказа. Ови извори су прекривени танким заштитним премазом који се зове прозор који омогућава емитовање алфа честица из извора како би се тестирала способност интегрисаног кола да ради када га бомбардују алфа честице. Обично се извори периодично (нпр. полугодишње) проверавају на цурење радиоактивног материјала до којег може доћи ако је заштитни прозор оштећен. Свако цурење које се може открити обично покреће уклањање извора и његову испоруку назад произвођачу.

Кабинетни рендгенски системи се користе за проверу дебљине металних премаза и за идентификацију недостатака (нпр. мехурићи ваздуха у паковањима мешавине калупа). Иако нису значајан извор цурења, ове јединице се обично проверавају на периодичној основи (нпр. једном годишње) помоћу ручног мерача за мерење цурења рендгенских зрака и проверава се да би се осигурало да блокаде врата исправно раде.

поштарина

Испорука је крајња тачка учешћа већине произвођача силицијумских полупроводничких уређаја. Трговци произвођачи полупроводника продају своје производе другим произвођачима крајњих производа, док заробљени произвођачи користе уређаје за сопствене крајње производе.

Здравствена студија

Сваки корак процеса користи одређени скуп хемија и алата који резултирају специфичним проблемима ЕХС. Поред забринутости повезаних са специфичним корацима процеса у обради силицијумских полупроводничких уређаја, епидемиолошка студија је истраживала здравствене ефекте међу запосленима у индустрији полупроводника (Сцхенкер ет ал. 1992). Погледајте и дискусију у чланку „Здравствени ефекти и обрасци болести“.

Главни закључак студије био је да је рад у објектима за производњу полупроводника повезан са повећаном стопом спонтаног побачаја (САБ). У историјској компоненти студије, број трудноћа које су проучаване у фабрикационим и нефабрикационим пословима био је приближно једнак (447 и 444 респективно), али је било више спонтаних побачаја у фабрикованим (н=67) него у непромишљеним (н=46) . Када се прилагоди различитим факторима који би могли да изазову пристрасност (старост, етничка припадност, пушење, стрес, социо-економски статус и историја трудноће), релативни ризик (РР) за нефабрикацију стихова је 1.43 (95% интервал поверења=0.95-2.09) .

Истраживачи су повезали повећану стопу САБ са излагањем одређеним гликол етерима на бази етилена (ЕГЕ) који се користе у производњи полупроводника. Специфични гликол етри који су били укључени у студију и за које се сумња да изазивају штетне репродуктивне ефекте су:

  • 2-метоксиетанол (ЦАС 109-86-4)
  • 2-метоксиетил ацетат (ЦАС 110-49-6)
  • 2-етоксиетил ацетат (ЦАС 111-15-9).

 

Иако нису део студије, два друга гликол етра која се користе у индустрији, 2-етоксиетанол (ЦАС 110-80-5) и диетилен гликол диметил етар (ЦАС 111-96-6) имају сличне токсичне ефекте и неки су их забранили произвођачи полупроводника.

Поред повећане стопе САБ повезане са излагањем одређеним гликол етрима, студија је такође закључила:

  • Постојала је недоследна повезаност за излагање флуориду (у јеткању) и САБ.
  • Стрес који је сам пријавио био је снажан независни фактор ризика за САБ међу женама које раде у областима фабрикације.
  • Женама које су радиле у области производње било је потребно више времена да затрудне у поређењу са женама у областима без производње.
  • Повећање респираторних симптома (иритација очију, носа и грла и пискање) било је присутно код радника у производњи у поређењу са радницима који нису у производњи.
  • Мишићно-скелетни симптоми дисталног горњег екстремитета, као што су бол у шаци, зглобу, лакту и подлактици, били су повезани са радом у просторији за производњу.
  • Дерматитис и губитак косе (алопеција) су чешће пријављивани међу радницима у производњи него међу радницима који нису у производњи.

 

Преглед опреме

Сложеност опреме за производњу полупроводника, заједно са континуираним напретком у производним процесима, чини преглед нове процесне опреме пре инсталације важним за минимизирање ЕХС ризика. Два процеса прегледа опреме помажу да се осигура да ће нова полупроводничка процесна опрема имати одговарајуће ЕХС контроле: ЦЕ ознаку и међународне (СЕМИ) стандарде за полупроводничку опрему и материјале.

ЦЕ ознака је изјава произвођача да је тако означена опрема усклађена са захтјевима свих примјењивих директива Европске уније (ЕУ). За опрему за производњу полупроводника, Директива о машинама (МД), Директива о електромагнетној компатибилности (ЕМЦ) и Директива о ниском напону (ЛВД) сматрају се најприменљивијим директивама.

У случају Директиве о електромагнетној компатибилности, потребно је задржати службе надлежног органа (организације која је званично овлашћена од стране државе чланице ЕУ) да би дефинисала захтеве за испитивање и одобрила налазе испитивања. МД и ЛВД може да процени или произвођач или овлашћено тело (организација званично овлашћена од стране државе чланице ЕУ). Без обзира на изабрану путању (самопроцена или треће лице), регистровани увозник је одговоран да увезени производ буде означен ЦЕ. Они могу користити информације треће стране или информације о самооцењивању као основу за своје уверење да опрема испуњава захтеве важећих директива, али, на крају, они ће сами припремити изјаву о усаглашености и ставити ЦЕ ознаку.

Семицондуцтор Екуипмент анд Материалс Интернатионал је међународно трговинско удружење које представља добављаче опреме и материјала за полупроводничке и равне дисплеје. Међу њеним активностима је и развој добровољних техничких стандарда који су споразуми између добављача и купаца који имају за циљ побољшање квалитета и поузданости производа по разумној цени и стабилном снабдевању.

Два СЕМИ стандарда која се посебно примењују на бриге о ЕХС за нову опрему су СЕМИ С2 и СЕМИ С8. СЕМИ С2-93, Безбедносне смернице за опрему за производњу полупроводника, намењен је као минимални скуп ЕХС разматрања заснованих на перформансама за опрему која се користи у производњи полупроводника. СЕМИ С8-95, Ергономски критеријуми успеха добављача Упутство за употребу, проширује секцију ергономије у СЕМИ С2.

Многи произвођачи полупроводника захтевају да нова опрема буде сертификована од треће стране да испуњава захтеве СЕМИ С2. Смернице за тумачење СЕМИ С2-93 и СЕМИ С8-95 садржане су у публикацији индустријског конзорцијума СЕМАТЕЦХ (СЕМАТЕЦХ 1996). Додатне информације о СЕМИ-ју доступне су на светској мрежи (http://www.semi.org).

Цхемицал Хандлинг

Дозирање течности

Пошто су аутоматизовани системи за дозирање хемикалија постали правило, а не изузетак, смањен је број хемијских опекотина запослених. Међутим, у овим аутоматизованим системима за дозирање хемикалија потребно је инсталирати одговарајуће заштитне мере. Ови укључују:

  • откривање цурења и аутоматско искључивање на извору расуте количине и на разводним кутијама
  • двоструко задржавање водова ако се хемикалија сматра опасним материјалом
  • сензори високог нивоа на крајњим тачкама (купатило или посуда за алат)
  • временско искључивање пумпе (омогућава да се само одређена количина пумпа на локацију пре него што се аутоматски искључи).

Испуштање гаса

Безбедност дистрибуције гаса је значајно побољшана током година са појавом нових типова вентила за цилиндре, отвора са ограниченим протоком уграђених у цилиндар, аутоматизованих панела за прочишћавање гаса, детекције и затварања високог протока и софистицираније опреме за откривање цурења. Због свог пирофорног својства и широке употребе као сировине, силан гас представља највећу опасност од експлозије у индустрији. Међутим, инциденти са силанским гасом постали су предвидљивији са новим истраживањем које су спровели Фацтори Мутуал и СЕМАТЕЦХ. Са одговарајућим отворима смањеног протока (РФО), притисцима испоруке и вентилационим брзинама, већина експлозивних инцидената је елиминисана (СЕМАТЕЦХ 1995).

Неколико безбедносних инцидената догодило се последњих година због неконтролисаног мешања некомпатибилних гасова. Због ових инцидената, произвођачи полупроводника често прегледају инсталације гасовода и кутије за гас за алате како би осигурали да не може доћи до неправилног мешања и/или повратног тока гасова.

Хемијски проблеми обично изазивају највећу забринутост у производњи полупроводника. Међутим, већина повреда и смрти у индустрији је резултат нехемијских опасности.

Електрична безбедност

Постоје бројне електричне опасности повезане са опремом која се користи у овој индустрији. Сигурносне блокаде играју важну улогу у електричној сигурности, али техничари за одржавање често превазилазе ове блокаде. Значајна количина радова на одржавању се обично изводи док је опрема још увек под напоном или само делимично без струје. Најзначајније електричне опасности повезане су са јонским имплантаторима и ласерским изворима напајања. Чак и након што је струја искључена, постоји значајан ударни потенцијал унутар алата и мора се распршити пре рада унутар алата. Процес прегледа СЕМИ С2 у Сједињеним Државама и ЦЕ ознака у Европи су помогли да се побољша електрична безбедност нове опреме, али операције одржавања нису увек адекватно разматране. За сву новоинсталисану опрему потребан је пажљив преглед операција одржавања и електричних опасности.

Други на листи електричних опасности је скуп опреме која генерише РФ енергију током процеса јеткања, прскања и чишћења коморе. Потребна је одговарајућа заштита и уземљење да би се смањио ризик од РФ опекотина.

Ове електричне опасности и многи алати који се не искључују током операција одржавања захтевају од техничара за одржавање да користе друга средства да се заштите, као што су процедуре закључавања/означавања. Опасности од електричне енергије нису једини извори енергије који се решавају закључавањем/означавањем. Остали извори енергије укључују водове под притиском, од којих многи садрже опасне гасове или течности, и пнеуматске контроле. Искључци за контролу ових извора енергије морају бити на лако доступној локацији—унутар fab (производња) или јури подручје где ће запослени радити, а не на незгодним локацијама као што су подфабови.

Ергономија

Интерфејс између запосленог и алата наставља да изазива повреде. Напрезање мишића и уганућа су прилично чести у индустрији полупроводника, посебно код техничара за одржавање. Приступ пумпама, поклопцима комора и тако даље често није добро дизајниран током производње алата и приликом постављања алата у фабрику. Пумпе треба да буду на точковима или постављене у фиоке или тацне на извлачење. Уређаји за подизање морају бити уграђени за многе операције.

Једноставно руковање плочицама узрокује ергономске опасности, посебно у старијим објектима. Новија постројења обично имају веће плочице и стога захтевају више аутоматизованих система за руковање. Многи од ових система за руковање плочицама се сматрају роботским уређајима, а забринутост за безбедност ових система мора се узети у обзир када су пројектовани и инсталирани (АНСИ 1986).

Безбедност од пожара

Поред гаса силана, који је већ обрађен, гас водоник има потенцијал да представља значајну опасност од пожара. Међутим, то се боље разуме и индустрија није видела много великих проблема повезаних са водоником.

Најозбиљнија опасност од пожара сада је повезана са влажне палубе или купке за нагризање. Типични пластични материјали за конструкцију (поливинилхлорид, полипропилен и полипропилен отпорни на пламен) су укључени у фаб. пожари. Извор паљења може бити грејач купатила за нагризање или облагање, електричне контроле монтиране директно на пластику или суседни алат. Ако дође до пожара са једним од ових пластичних алата, контаминација честицама и корозивни производи сагоревања се шире по фабрици. Економски губитак је велики због времена застоја у фабрици, док су простор и опрема враћени на стандарде чистих просторија. Често се нека скупа опрема не може адекватно деконтаминирати и мора се купити нова опрема. Стога су и адекватна превенција пожара и заштита од пожара критичне.

Превенција пожара се може решити различитим незапаљивим грађевинским материјалима. Нерђајући челик је пожељан материјал за конструкцију ових мокрих палуба, али често процес неће „прихватити“ метални алат. Пластика са мањим потенцијалом ватре/дима постоји, али још увек није адекватно тестирана да би се утврдило да ли ће бити компатибилна са процесима производње полупроводника.

Ради заштите од пожара, ови алати морају бити заштићени неометаном заштитом прскалица. Постављање ХЕПА филтера изнад мокрих клупа често блокира главе прскалица. Ако се то догоди, испод филтера се постављају додатне главе прскалице. Многе компаније такође захтевају да се систем за детекцију и гашење пожара инсталира унутар пленумских шупљина на овим алатима, где многи пожари почињу.

 

Назад

Субота, 02. април 2011. 18:39

Дисплеји са течним кристалима

Дисплеји са течним кристалима (ЛЦД) су комерцијално доступни од 1970-их. Обично се користе у сатовима, калкулаторима, радијима и другим производима који захтевају индикаторе и три или четири алфанумеричка знака. Недавна побољшања материјала од течних кристала омогућавају производњу великих екрана. Док су ЛЦД-и само мали део индустрије полупроводника, њихов значај је порастао са њиховом употребом у равним екранима за преносиве рачунаре, веома лагане лаптоп рачунаре и наменске процесоре за обраду текста. Очекује се да ће важност ЛЦД-а наставити да расте како они на крају замене последњу вакуумску цев која се обично користи у електроници — катодну цев (ЦРТ) (О'Мара 1993).

Производња ЛЦД-а је веома специјализован процес. Резултати мониторинга индустријске хигијене указују на веома ниске нивое загађивача у ваздуху за различите изложености растварачу које су праћене (Ваде ет ал. 1981). Генерално, врсте и количине токсичних, корозивних и запаљивих чврстих, течних и гасовитих хемикалија и опасних физичких агенаса у употреби су ограничене у поређењу са другим типовима производње полупроводника.

Материјали са течним кристалима су штапићасти молекули за које су примери молекули цијанобифенила приказани на слици 1. Ови молекули поседују својство ротације смера пролаза поларизоване светлости. Иако су молекули провидни за видљиву светлост, контејнер са течним материјалом изгледа млечно или провидно уместо провидно. Ово се дешава зато што су дугачке осе молекула поравнате под насумичним угловима, тако да се светлост насумично расипа. Ћелија за дисплеј са течним кристалима је распоређена тако да молекули прате специфично поравнање. Ово поравнање се може променити помоћу спољашњег електричног поља, омогућавајући да се промени поларизација долазног светла.

Слика 1. Молекули основних течних кристала полимера

МИЦ030Ф1

У производњи равних дисплеја, две стаклене подлоге се обрађују одвојено, а затим спајају. Предња подлога је обликована тако да креира низ филтера у боји. Задња стаклена подлога је обликована тако да формира танкослојне транзисторе и металне линије за међусобно повезивање. Ове две плоче се спајају у процесу монтаже и по потреби секу и раздвајају на појединачне дисплеје. Материјал течног кристала се убризгава у размак између две стаклене плоче. Дисплеји се прегледају и тестирају и на сваку стаклену плочу се наноси поларизаторски филм.

За производњу равних дисплеја потребни су бројни појединачни процеси. Они захтевају специјализовану опрему, материјале и процесе. Одређени кључни процеси су наведени у наставку.

Припрема стаклене подлоге

Стаклена подлога је битна и скупа компонента екрана. Веома строга контрола оптичких и механичких својстава материјала је потребна у свакој фази процеса, посебно када је укључено загревање.

Израда стакла

Два процеса се користе за израду веома танког стакла са врло прецизним димензијама и поновљивим механичким својствима. Процес фузије, који је развио Цорнинг, користи стаклену шипку за пуњење која се топи у клинастом кориту и тече горе и преко страна корита. Тече низ обе стране корита, растопљено стакло спаја се у један лист на дну корита и може се повући надоле као једноличан лист. Дебљина лима се контролише брзином спуштања стакла. Могу се добити ширине до скоро 1 м.

Други произвођачи стакла са одговарајућим димензијама за ЛЦД подлоге користе флоат метод производње. У овој методи, истопљено стакло се оставља да исцури на слој растопљеног калаја. Стакло се не раствара и не реагује са металним лимом, већ лебди на површини. Ово омогућава гравитацији да изглади површину и омогући да обе стране постану паралелне. (Види поглавље Стакло, керамика и сродни материјали.)

Доступне су различите величине подлоге до 450 × 550 мм и веће. Типична дебљина стакла за екране са равним екраном је 1.1 мм. Тање стакло се користи за неке мање дисплеје, као што су пејџери, телефони, игрице и тако даље.

Сечење, исецање и полирање

Стаклене подлоге се обрезују на величину након процеса фузије или плутања, обично на око 1 м са стране. Различите механичке операције прате процес формирања, у зависности од крајње примене материјала.

Пошто је стакло крхко и лако се кида или пуца на ивицама, они су обично закошени, закошени или на други начин третирани како би се смањило ломљење током руковања. Термичка напрезања на ивичним пукотинама се акумулирају током обраде подлоге и доводе до лома. Лом стакла је значајан проблем током производње. Поред могућности посекотина и посекотина запослених, то представља губитак приноса, а делови стакла могу остати у опреми, изазивајући контаминацију честицама или гребање других подлога.

Повећана величина подлоге доводи до повећаних потешкоћа за полирање стакла. Велике подлоге се монтирају на носаче помоћу воска или другог лепка и полирају употребом абразивног материјала. Овај процес полирања мора бити праћен темељним хемијским чишћењем како би се уклонио сав преостали восак или други органски остаци, као и метални загађивачи садржани у абразивном или медијуму за полирање.

Чишћење

Процеси чишћења се користе за голе стаклене подлоге и за подлоге прекривене органским филмовима, као што су филтери у боји, фолије за оријентацију полиимида и тако даље. Такође, подлоге са полупроводничким, изолационим и металним филмовима захтевају чишћење на одређеним местима у процесу производње. Као минимум, потребно је чишћење пре сваког корака маскирања у производњи филтера у боји или танкослојног транзистора.

Већина чишћења равних плоча користи комбинацију физичких и хемијских метода, уз селективну употребу сувих метода. Након хемијског јеткања или чишћења, подлоге се обично суше коришћењем изопропил алкохола. (Види табелу 1.)

Табела 1. Чишћење равних дисплеја

Физичко чишћење

Хемијско чишћење

Хемијско чишћење

Чишћење четкицом

Ултраљубичасти озон

Органски растварач*

Млазни спреј

плазма (оксид)

Неутрални детерџент

Ултразвучни

плазма (неоксидна)

 

Мегасониц

Ласер

Чиста вода

* Уобичајени органски растварачи који се користе у хемијском чишћењу укључују: ацетон, метанол, етанол, n-пропанол, изомери ксилена, трихлоретилен, тетрахлоретилен.

Формирање филтера у боји

Формирање филтера у боји на предњој стакленој подлози укључује неке од корака за завршну обраду и припрему стакла који су заједнички за предњу и задњу плочу, укључујући процесе кошења и преклапања. Операције као што су шарање, премазивање и очвршћавање се изводе више пута на подлози. Постоје многе тачке сличности са обрадом силицијумских плочица. Стакленим подлогама се обично рукује у системима шина за чишћење и премазивање.

Узорак филтера у боји

Различити материјали и методе примене се користе за креирање филтера у боји за различите типове екрана са равним екраном. Може се користити или боја или пигмент, а било који од њих се може депоновати и обликовати на неколико начина. У једном приступу, желатин се таложи и боји узастопним фотолитографским операцијама, користећи опрему за близину штампања и стандардне фоторезисте. У другом се користе пигменти дисперговани у фоторезисту. Друге методе за формирање филтера у боји укључују електродепозицију, нагризање и штампање.

ИТО Депоситион

Након формирања филтера у боји, последњи корак је таложење провидног материјала електроде распршивањем. Ово је индијум-калај оксид (ИТО), који је заправо мешавина оксида Ин2O3 и СнО2. Овај материјал је једини погодан за примену транспарентних проводника за ЛЦД. Танак ИТО филм је потребан на обе стране екрана. Типично, ИТО филмови се праве помоћу вакуумског испаравања и прскања.

Танке слојеве ИТО лако је нагризати влажним хемикалијама као што је хлороводонична киселина, али, како корак електрода постаје мањи, а карактеристике постају финије, може бити неопходно суво нагризање да би се спречило подрезивање линија услед прекомерног нагризања.

Формирање танкослојног транзистора

Формирање танкослојног транзистора је веома слично изради интегрисаног кола.

Таложење танког филма

Подлоге почињу процес производње кораком наношења танког филма. Танки филмови се таложе ЦВД или физичким таложењем паре (ПВД). ЦВД појачан плазмом, такође познат као сјајно пражњење, користи се за аморфни силицијум, силицијум нитрид и силицијум диоксид.

Узорак уређаја

Када се танки филм нанесе, наноси се фоторезист и снима се како би се омогућило нагризање танког филма до одговарајућих димензија. Низ танких филмова се депонује и угравира, као код израде интегрисаног кола.

Примена филма за оријентацију и трљање

И на горњој и на доњој подлози, наноси се танак полимерни филм за оријентацију молекула течних кристала на површини стакла. Овај оријентациони филм, можда дебљине 0.1 μм, може бити полиимид или други "тврди" полимерни материјал. Након таложења и печења, трља се тканином у одређеном правцу, остављајући једва уочљиве бразде на површини. Трљање се може обавити једнократном крпом на траку, напајаном са ваљка на једној страни, пролазећи испод ваљка који додирује подлогу, на ваљак са друге стране. Подлога се помера испод тканине у истом смеру као и тканина. Друге методе укључују покретну четку која се креће по подлози. Важан је дремеж материјала за трљање. Жлебови служе да помогну молекулима течних кристала да се поравнају на површини супстрата и да преузму одговарајући угао нагиба.

Оријентациони филм се може нанети центрифугирањем или штампањем. Метода штампања је ефикаснија у коришћењу материјала; 70 до 80% полиимида се преноси са штампарске ролне на површину подлоге.

Монтажа

Када је корак трљања подлоге завршен, почиње аутоматизована секвенца монтажне линије која се састоји од:

  • наношење лепка (потребно за заптивање панела)
  • примена одстојника
  • локација и оптичко поравнање једне плоче у односу на другу
  • излагање (топлота или УВ) да би се лепак очврснуо и спојиле две стаклене плоче.

 

Аутоматски транспорт и горње и доње плоче се одвија кроз линију. Једна плоча прима лепак, а друга плоча се уводи у станицу за апликатор одстојника.

Ињекција течних кристала

У случају када је на подлози конструисано више од једног дисплеја, дисплеји се сада раздвајају сечењем. У овом тренутку, материјал са течним кристалима се може унети у отвор између подлога, користећи рупу остављену у материјалу за заптивање. Ова улазна рупа се затим запечаћује и припрема за коначну инспекцију. Материјали са течним кристалима се често испоручују као двокомпонентни или трокомпонентни системи који се мешају приликом убризгавања. Системи за убризгавање обезбеђују мешање и прочишћавање ћелије како би се избегло заробљавање мехурића током процеса пуњења.

Инспекција и тестирање

Инспекција и функционална испитивања се врше након монтаже и убризгавања течних кристала. Већина дефеката је повезана са честицама (укључујући тачке и линијске дефекте) и проблемима са ћелијским празнинама.

Поларизер Аттацхмент

Последњи корак производње самог екрана са течним кристалима је примена поларизатора на спољашњу страну сваке стаклене плоче. Поларизаторски филмови су композитни филмови који садрже лепљиви слој осетљив на притисак потребан за причвршћивање поларизатора на стакло. Примењују их аутоматизоване машине које дозирају материјал из ролни или претходно исечених листова. Машине су варијанте машина за етикетирање развијене за друге индустрије. Поларизациони филм је причвршћен на обе стране екрана.

У неким случајевима, компензациони филм се наноси пре поларизатора. Компензациони филмови су полимерни филмови (нпр. поликарбонат и полиметил метакрилат) који се растежу у једном правцу. Ово истезање мења оптичка својства филма.

Завршени екран ће обично имати интегрисана кола драјвера монтирана на или близу једне од стаклених подлога, обично на страни танкослојног транзистора.

Хазардс

Ломљење стакла представља значајну опасност у производњи ЛЦД-а. Може доћи до посекотина и посекотина. Још једна брига је излагање хемикалијама које се користе за чишћење.

 

Назад

Субота, 02. април 2011. 18:40

ИИИ-В Производња полупроводника

Силицијум је историјски доминирао развојем ИЦ технологије као примарног полупроводничког материјала. Главни фокус последњих година на алтернативу силицијуму био је концентрисан на ИИИ-В једињења, као што је галијум арсенид (ГаАс), као материјал супстрата. Као полупроводнички материјал, ГаАс показује повећане способности у односу на силицијум, као што је покретљивост електрона 5 до 6 пута већа од силицијумске. Ова карактеристика, заједно са потенцијалним полуизолационим својствима ГаАс, доводи до повећаних перформанси у брзини и потрошњи енергије.

ГаАс има структуру мешавине цинка која се састоји од две међусобно прожимајуће кубичне подрешетке које се односе на раст висококвалитетног материјала ингота. Технологија укључена у раст ГаАс је знатно компликованија од оне која се користи за силицијум, јер је укључена компликованија двофазна равнотежа и веома испарљива компонента, арсен (Ас). Потребна је прецизна контрола притиска паре Ас у систему раста ингота да би се одржала тачна стехиометрија једињења ГаАс током процеса раста. Две примарне категорије ИИИ-В полупроводничких дисплеја и производње уређаја имају економски изводљиве поступке обраде — ЛЕД екрани и микроталасни ИЦ уређаји.

ЛЕД диоде се производе од монокристалног ГаАс у коме се пн спојеви формирају додавањем одговарајућих допинг агенаса - обично телура, цинка или силицијума. Епитаксијални слојеви тернарних и кватернарних ИИИ-В материјала као што је галијум арсенид фосфид (ГаАсП) се узгајају на супстрату и резултирају емисионим опсегом специфичних таласних дужина у видљивом спектру за дисплеје или у инфрацрвеном спектру за емитере или детекторе. На пример, црвено светло са врхом на око 650 нм долази од директне рекомбинације пн електрона и рупа. Диоде које емитују зелено се углавном састоје од галијум фосфида (ГаП). Генерализовани кораци обраде ЛЕД диода су покривени у овом чланку.

Микроталасни ИЦ уређаји су специјализовани облик интегрисаног кола; користе се као појачивачи високе фреквенције (2 до 18 ГХз) за радаре, телекомуникације и телеметрију, као и за октавне и вишеоктавне појачиваче за употребу у системима електронске борбе. Произвођачи микроталасних ИЦ уређаја обично купују монокристални ГаАс супстрат, са или без епитаксијалног слоја, од спољних продаваца (као и произвођачи силицијумских уређаја). Главни кораци обраде обухватају епитаксијално таложење у течној фази, производњу и обраду без производње, сличну производњи силицијумских уређаја. Кораци обраде који захтевају додатни опис уз ЛЕД обраду такође се разматрају у овом чланку.

Производња вафла

Слично процесу раста силицијумских ингота, елементарни облици галијума и арсена, плус мале количине допантног материјала — силицијум, телур или цинк — реагују на повишеним температурама да би се формирали инготи допираног монокристалног ГаАс. Користе се три генерализоване методе производње ингота:

  • хоризонтални или вертикални Бриџмен
  • хоризонтално или вертикално замрзавање градијента
  • течност под високим или ниским притиском инкапсулирана Чохралског (ЛЕЦ).

 

Масовно поликристално једињење ГаАс се нормално формира реакцијом паре Ас са металом Га на повишеним температурама у затвореним кварцним ампулама. Типично, резервоар Ас који се налази на једном крају ампуле се загрева на 618°Ц. Ово ствара приближно 1 атмосферу притиска паре Ас у ампули, што је предуслов за добијање стехиометријског ГаАс. Пара Ас реагује са металом Га који се одржава на 1,238°Ц и налази се на другом крају ампуле у чамцу од кварца или пиролитичког бор нитрида (ПБН). Након што је арсен потпуно изреаговао, формира се поликристални набој. Ово се користи за раст монокристала програмираним хлађењем (градијентно замрзавање) или физичким померањем или ампуле или пећи да би се обезбедили одговарајући температурни градијенти за раст (Бридгеман). Овај индиректни приступ (транспорт арсена) за мешање и раст ГаАс се користи због високог притиска паре арсена на тачки топљења ГаАс, око 20 атмосфера на 812°Ц и 60 атмосфера на 1,238°Ц, респективно.

Други приступ комерцијалној производњи расутог монокристалног ГаАс је ЛЕЦ техника. Цзоцхралски кристални извлакач је напуњен комадом ГаАс у лончићу са спољним графитним пријемником. Главни део ГаАс се затим топи на температурама близу 1,238°Ц, а кристал се повлачи у атмосфери под притиском која може варирати од произвођача типично од неколико атмосфера до 100 атмосфера. Талина је потпуно инкапсулирана вискозним стаклом, Б2O3, што спречава дисоцијацију растопа јер је притисак паре Ас усклађен или премашен притиском инертног гаса (обично аргона или азота) који се примењује у комори за извлачење. Алтернативно, може се синтетизовати монокристални ГаАс на лицу места убризгавањем Ас у растопљени Га или комбиновањем Ас и Га директно под високим притиском.

Производња ГаАс плочица представља процес производње полупроводника са највећим потенцијалом за значајна, рутинска излагања хемикалијама. Док производњу ГаАс плочица обавља само мали проценат произвођача полупроводника, посебан нагласак је потребан у овој области. Велике количине Ас који се користе у процесу, бројни кораци у процесу и ниска граница изложености арсену у ваздуху отежавају контролу изложености. Чланци Харрисона (1986); Ленихан, Шихи и Џонс (1989); МцИнтире и Схерин (1989) и Схеехи и Јонес (1993) пружају додатне информације о опасностима и контролама за овај процес.

Синтеза поликристалних ингота

Пуњење ампуле и заптивање

Елементални Ас (99.9999%) у облику комада се извага и утовари у кварцни чамац у исцрпљеној прегради за рукавице. Чисти течни Га (99.9999%) и допантни материјал се такође извагају и утоваре у чамац(е) од кварца или пиролитичког бор нитрида (ПБН) на исти начин. Чамци су утоварени у дугачку цилиндричну кварцну ампулу. (У техникама Бридгман-а и градијентног замрзавања, такође се уводи кристал за семе са жељеном кристалографском оријентацијом, док се у двостепеној ЛЕЦ техници, где је у овој фази потребан само поли ГаАс, синтетише поликристални ГаАс без кристала за семе. )

Кварцне ампуле се стављају у пећ на ниској температури и загревају док се ампула прочишћава водоником (Х2), у процесу познатом као реакција редукције водоника, за уклањање оксида. Након прочишћавања инертним гасом као што је аргон, кварцне ампуле се причвршћују на склоп вакуумске пумпе, евакуишу, а крајеви ампуле се загревају и затварају водоник/кисеоничким пламеником. Ово ствара напуњену и запечаћену кварцну ампулу спремну за раст пећи. Пречишћавање водоником и систем водоник/кисеоничке бакље представљају потенцијалну опасност од пожара/експлозије ако се не користе одговарајући сигурносни уређаји и опрема (Ваде ет ал. 1981).

Пошто се арсен загрева, овај склоп се одржава под издувном вентилацијом. У издувном каналу који подржава овај склоп се могу формирати наслаге арсеник оксида. Мора се водити рачуна да се спречи излагање и контаминација ако се канали на било који начин ометају.

Складиштење и руковање комадима арсена је проблем. Због сигурности, арсен се често држи у закључаном складишту и уз строгу контролу инвентара. Обично се арсен такође чува у противпожарном ормару за складиштење како би се спречило његово учешће у случају пожара.

Раст пећи

Бриџман и методе градијентног замрзавања раста монокристалних ингота користе напуњене и запечаћене кварцне ампуле у кућишту пећи на високим температурама које се испушта у систем за мокро чишћење. Примарне опасности од излагања током раста пећи односе се на потенцијал да ампула кварца имплодира или експлодира током раста ингота. Ова ситуација се јавља прилично спорадично и ретко, а резултат је једног од следећих:

  • парцијални притисак паре Ас који је резултат високих температура које се користе у процесу раста
  • девитрификација кварцног стакла за ампуле, што ствара пукотине и пратећи потенцијал за смањење притиска ампуле
  • недостатак прецизних уређаја за контролу високе температуре на извору грејања—обично отпорног типа—са резултујућим превеликим притиском кварцне ампуле
  • квар или квар термоелемента, што доводи до превеликог притиска кварцне ампуле
  • вишак Ас или премало Га у цеви ампуле, што доводи до изузетно високог притиска Ас, што може изазвати катастрофално смањење притиска у ампули.

 

Хоризонтални Бриџменов систем се састоји од вишезонске пећи у којој затворена кварцна ампула има одвојене температурне зоне — „хладни“ крај прста од арсена на 618°Ц и чамац кварцног галијума/допанта/семена кристала који садржи растоп на 1,238°Ц. Основни принцип у хоризонталном Бриџменовом систему укључује прелазак две загрејане зоне (једна изнад тачке топљења ГаАс, а друга испод тачке топљења) преко чамца ГаАс да би се обезбедило прецизно контролисано замрзавање растопљеног ГаАс. Семенски кристал, који се све време одржава у зони смрзавања, обезбеђује почетну кристалну структуру, дефинишући правац и оријентацију кристалне структуре унутар чамца. Кварцни чамац и ампула Га и Ас су суспендовани унутар коморе за грејање помоћу сета силицијум карбидних облога које се називају потпорне цеви, које су постављене унутар склопа отпорног грејача да механички померају пуну удаљеност ампуле. Поред тога, склоп пећи почива на столу који мора бити нагнут током раста да би се обезбедио одговарајући интерфејс синтетизованог растапа ГаАс са кристалом за семе.

У методи градијентног замрзавања, вишезонска високотемпературна пећ која користи отпорно грејање одржава се на 1,200 до 1,300 °Ц (1,237 °Ц је тачка топљења/смрзавања ГаАс). Укупно трајање процеса раста ингота је обично 3 дана и састоји се од следећих корака:

  • печење у пећи на температуру
  • ГаАс синтеза
  • засијавање талине
  • охладити/раст кристала.

 

Кварцна ампула се такође нагиње током процеса раста употребом ручне дизалице типа маказе.

Избијање ампуле

Након што се монокристални ГаАс ингот узгаја унутар запечаћене кварцне ампуле, ампула се мора отворити и уклонити кварцни чамац који садржи ингот плус кристал за семе. Ово се постиже једним од следећих метода:

  • одсецање запечаћеног краја ампула мокром кружном тестером
  • загревање и пуцање ампуле водоник/кисеоничном бакљом
  • разбијање ампуле у врећама чекићем док је под издувним гасом да би се контролисао арсен у ваздуху.

 

Кварцне ампуле се рециклирају влажним нагризањем кондензованог арсена на унутрашњој површини са акуа региа (ХЦл, ХНО3) или сумпорна киселина/водоник пероксид (Х2SO4/H2O2).

Пескарење/чишћење ингота

Да би се видели поликристални дефекти и уклонили спољашњи оксиди и загађивачи, монокристални ГаАс ингот мора бити пескарен. Пескарење се врши у истрошеној јединици претинца за рукавице користећи или силицијум карбид или калцинисани алуминијум за пескарење. Мокро чишћење се врши у хемијским купатилима са локалном издувном вентилацијом и коришћењем Аква Регија или алкохолне испирања (изопропил алкохол и/или метанол).

Монокристални раст ингота

Поликристални ГаАс ингот извучен из ампуле се разбије на комаде, измери и стави у кварцни или ПБН лончић, а на њега се стави диск бор оксида. Лончић се затим ставља у уређај за узгој кристала (пулер) под притиском у инертном гасу и загрева се на 1,238°Ц. На овој температури, ГаАс се топи, при чему лакши бор оксид постаје течни инкапсулант како би се спречило да се арсен одвоји од растопа. Семенски кристал се уноси у растоп испод поклопца течности и док се окреће супротно, полако се повлачи из растопа, чиме се учвршћује док напушта „врућу зону“. Овај процес траје отприлике 24 сата, у зависности од величине пуњења и пречника кристала.

Када се циклус раста заврши, узгајивач се отвара да би се извукао монокристални ингот и за чишћење. Одређена количина арсена излази из растапања чак и са поклопцем за течност на месту. Може доћи до значајне изложености арсену у ваздуху током овог корака процеса. Да би се контролисала ова изложеност, узгајивач се хлади на испод 100°Ц, што резултира таложењем финих честица арсена на унутрашњој површини узгајивача. Ово хлађење помаже да се минимизира количина арсена која се преноси у ваздуху.

Тешке наслаге остатака који садрже арсен остају на унутрашњој страни узгајивача кристала. Уклањање остатака током рутинског превентивног одржавања може довести до значајних концентрација арсена у ваздуху (Ленихан, Схеехи и Јонес 1989; Балдвин и Стеварт 1989; МцИнтире и Схерин 1989). Контроле које се користе током ове операције одржавања често укључују издувну вентилацију, одећу за једнократну употребу и респираторе.

Када се ингот уклони, узгајивач се демонтира. ХЕПА усисивач се користи за прикупљање честица арсена на свим деловима узгајивача. Након усисавања, делови од нерђајућег челика се бришу мешавином амонијум хидроксида/водоник пероксида да би се уклонио остатак арсена, а узгајивач се саставља.

Обрада вафла

Рендгенска дифракција

Кристална оријентација ГаАс ингота је одређена употребом јединице за дифракцију рендгенских зрака, као у обради силицијумских ингота. Ласер мале снаге може се користити за одређивање кристалне оријентације у производном окружењу; међутим, дифракција рендгенских зрака је прецизнија и пожељна је метода.

Када се користи дифракција рендгенских зрака, често је рендгенски сноп потпуно затворен у заштитном ормарићу који се периодично проверава због цурења зрачења. Под одређеним околностима, није практично у потпуности задржати рендгенски сноп у затвореном кућишту. У овом случају од оператера се може захтевати да носе ознаке за зрачење прстију, а користе се контроле сличне онима које се користе за ласере велике снаге (нпр. затворена просторија са ограниченим приступом, обука оператера, затварање зрака колико год је то практично, итд.) ( Болдвин и Вилијамс 1996).

Сечење ингота, млевење и сечење

Крајеви или репови монокристалног ингота се уклањају помоћу водене дијамантске тестере са једном оштрицом, са различитим расхладним течностима које се додају у воду. Монокристални ингот се затим поставља на струг који га обликује у цилиндрични ингот униформног пречника. Ово је процес млевења, који је такође мокри процес.

Након сечења и млевења, ГаАс инготи се постављају епоксидом или воском на графитну греду и секу на појединачне плочице коришћењем дијамантских тестера унутрашњег пречника (ИД) са аутоматским управљањем. Ова мокра операција се обавља уз употребу мазива и ствара ГаАс суспензију, која се сакупља, центрифугира и третира калцијум флуоридом да би се исталожио арсен. Супернатант се тестира да би се осигурало да не садржи вишак арсена, а муљ се утискује у колач и одлаже као опасан отпад. Неки произвођачи шаљу сакупљену суспензију из процеса сечења ингота, млевења и сечења за регенерацију Га.

Арсин и фосфин могу настати реакцијом ГаАс и индијум фосфида са влагом у ваздуху, другим арсенидима и фосфидима или када се помешају са киселинама током обраде галијум арсенида и индијум фосфида; 92 ппб арсина и 176 ппб фосфина измерено је 2 инча од сечива које се користе за сечење ингота ГаАс и индијум фосфида (Мосовски ет ал. 1992, Раинер ет ал. 1993).

Прање вафла

Након што се ГаАс плочице скину са графитне греде, чисте се узастопним потапањем у влажне хемијске купке које садрже растворе сумпорне киселине/водоник пероксида или сирћетне киселине и алкохола.

Профилирање ивица

Профилирање ивица је такође мокри процес који се изводи на исеченим облатнама да би се формирала ивица око облатне, што је чини мање склоном ломљењу. Пошто се на површини вафла прави само танак рез, ствара се само мала количина каше.

Лапирање и полирање

Облатне се постављају воском на плочу за преклапање или млевење, помоћу грејне плоче, и преклапају се на машини која врши задату брзину ротације и притисак. Раствор за преливање се наноси на површину за преливање (таста од алуминијум-оксида, глицерина и воде). Након кратког периода преливања, када се постигне жељена дебљина, облатне се испиру и монтирају на машину за механичко полирање. Полирање се врши употребом натријум бикарбоната, 5% хлора, воде (или натријум хипохлорита) и колоидног силицијумског раствора. Облатне се затим демонтирају на ринглу, восак се уклања помоћу растварача и облатне се чисте.

Епитаксија

Монокристалне ГаАс плочице се користе као супстрати за раст веома танких слојева истих или других ИИИ-В једињења која имају жељена електронска или оптичка својства. Ово се мора урадити на начин да се у нараслом слоју настави кристална структура супстрата. Такав раст кристала, у коме супстрат одређује кристалност и оријентацију израслог слоја, назива се епитаксија, а различите технике епитаксијалног раста се користе у ИИИ-В дисплеју и производњи уређаја. Најчешће технике су:

  • епитаксија течне фазе (ЛПЕ)
  • епитаксија молекуларним снопом (МБЕ)
  • епитаксија у парној фази (ВПЕ)
  • металорганско хемијско таложење паре (МОЦВД)—познато и као органометална епитаксија у парној фази (ОМВПЕ).

 

Епитаксија течне фазе

У ЛПЕ слој допираног ИИИ-В материјала се узгаја директно на површини ГаАс супстрата користећи графитни држач који садржи одвојене коморе за материјал који се депонује на плочице. Одмерене количине материјала за таложење се додају у горњу комору држача, док се облатне постављају у доњу комору. Склоп се налази у кварцној реакционој цеви у атмосфери водоника. Цев се загрева да би се растопили материјали за таложење, а када се растопина уравнотежи, горњи део држача се клизи тако да се растоп постави преко облатне. Температура пећи се затим снижава да би се формирао епитаксијални слој.

ЛПЕ се првенствено користи у микроталасној ИЦ епитаксији и за производњу ЛЕД диода одређених таласних дужина. Главна брига у вези са овим ЛПЕ процесом је употреба веома запаљивог гаса водоника у систему, што је ублажено добрим инжењерским контролама и системима раног упозорења.

Молекуларна епитаксија

Вакумска епитаксија у облику МБЕ развила се као посебно свестрана техника. МБЕ ГаАс се састоји од система ултрависоког вакуума који садржи изворе за атомске или молекуларне зраке Га и Ас и загрејану подлогу. Извори молекуларног снопа су обично контејнери за течни Га или чврсти Ас. Извори имају отвор који је окренут према плочици супстрата. Када се пећ за изливање (или контејнер) загреје, атоми Га или молекули Ас излазе из отвора. За ГаАс, раст се обично одвија са температуром супстрата изнад 450°Ц.

Током одржавања МБЕ система са чврстим извором може доћи до велике изложености арсину. Концентрације ваздуха у просторији од 0.08 ппм су откривене у једној студији када је комора МБЕ јединице отворена ради одржавања. Аутори су претпоставили да пролазно стварање арсина може бити узроковано реакцијом веома финих честица арсена са воденом паром, при чему алуминијум делује као катализатор (Асом ет ал. 1991).

Епитаксија парне фазе

Одмашћене и полиране плочице се подвргавају нагризању и чишћењу пре епитаксије. Ово укључује секвенцијалну операцију мокро-хемијског потапања користећи сумпорну киселину, водоник пероксид и воду у односу 5:1:1; испирање дејонизованом водом; и чист/сув изопропил алкохол. Такође се врши визуелни преглед.

У употреби су две главне технике ВПЕ, засноване на две различите хемије:

  • ИИИ-халогени (ГаЦл3) и В-халогени (АсЦл3) или В-водоник (АсХ3 и ПХ3)
  • ИИИ метални органски и В-водоник, као што је Га(ЦХ3)3 и АсХ3—ОМВПЕ.

 

Термохемије ових техника су веома различите. Халогене реакције су обично „вруће“ до „хладне“, у којима се ИИИ-халоген ствара у врућој зони реакцијом ИИИ елемента са ХЦл, а затим дифундује у хладну зону, где реагује са В врстом. да би се формирао ИИИ-В материјал. Метал-органска хемија је процес „врућег зида” у коме метал-органско једињење ИИИ „пуца” или пиролизује органску групу, а преостали ИИИ и хидрид В реагују и формирају ИИИ-В.

У ВПЕ, ГаАс супстрат се ставља у загрејану комору у атмосфери водоника. Комора се загрева или РФ или отпорним грејањем. ХЦл се пропушта кроз Га чамац, формирајући галијум хлорид, који затим реагује са АХ3 и ПХ3 близу површине плочица да би се формирао ГаАсП, који се наноси као епитаксијални слој на подлогу. Постоји велики број додатака који се могу додати (у зависности од производа и рецепта). То укључује ниске концентрације телурида, селенида и сулфида.

Уобичајена техника која се користи за ВПЕ у ЛЕД обради је систем ИИИ-халоген и В-водоник (хидрид). Укључује процес од два циклуса - у почетку расте епитаксијални слој ГаАсП на ГаАс супстрату и, на крају, циклус јеткања за чишћење коморе графитног/кварцног реактора од нечистоћа. Током епитаксијалног циклуса раста, претходно очишћене ГаАс плочице се стављају на вртешку која се налази унутар коморе кварцног реактора која садржи резервоар елементарног течног галијума кроз који се дозира безводни ХЦл гас, формирајући ГаЦл3. Мешавине гаса хидрид/водоник (нпр. 7% АХ3/H2 и 10% ПХ3/H2) се такође дозирају у реакторску комору уз додатак ппм концентрација органометалних додатака телурума и селена. Хемијске врсте у топлој зони, горњем делу реакционе коморе, реагују, ау хладној зони, доњем делу коморе, формирају жељени слој ГаАсП на подлози за плочице као и на унутрашњости реакторска комора.

Ефлуенти из реактора се усмеравају у систем водоничне бакље (комора за сагоревање или кутија за сагоревање) ради пиролизе и одводе се у систем за мокро чишћење. Алтернативно, ефлуент реактора се може пропуштати кроз течни медијум да би се ухватила већина честица. Безбедносни изазов је ослањање на саме реакторе да „разбију“ гасове. Ефикасност ових реактора је приближно 98 до 99.5%; стога, неки неизреаговани гасови могу да излазе из мехура када их оператери изваде. Из ових мехурића долази до отпуштања разних једињења која садрже арсен и фосфор, што захтева да се они брзо транспортују у вентилациони судопер ради одржавања, где се прочишћавају и чисте, како би се одржала ниска изложеност особља. Изазов хигијене рада овог процеса је профилисање издувног ефлуента, будући да је већина једињења која се гасе из различитих делова реактора, посебно мехурића, нестабилна у ваздуху, а доступни конвенционални медији за сакупљање и аналитичке технике нису дискриминаторски према реактору. различите врсте.

Још једна брига су пресцрубери за ВПЕ реакторе. Могу да садрже високе концентрације арсина и фосфина. До изложености изнад граница професионалне изложености може доћи ако се ови пречистачи неселективно отварају (Балдвин и Стеварт 1989).

Циклус јеткања се изводи на крају циклуса раста и на новим деловима реактора да би се очистила унутрашња површина од нечистоћа. Неразређени ХЦл гас се дозира у комору у периоду од приближно 30 минута, а реактор се загрева на преко 1,200°Ц. Отпадне воде се одводе у систем за мокро прање ради неутрализације.

На крају циклуса раста и урезивања, продужени Н2 пурге се користи за испирање коморе реактора од токсичних/запаљивих и корозивних гасова.

Чишћење реактора

Након сваког циклуса раста, ВПЕ реактори морају бити отворени, облатне уклоњене, а горњи и доњи део реактора физички очишћени. Процес чишћења врши оператер.

Кварцни пресцруббер из реактора се физички помера из реактора и ставља у исцрпљени судопер где се испушта са Н2, испрати водом и затим потопљена Аква Регија. Након тога следи још једно испирање водом пре сушења дела. Намера Н2 чишћење је једноставно избацивање кисеоника због присуства нестабилног, пирофорног фосфора. Неки остаци који садрже различите арсенике и нуспроизводе који садрже фосфор остају на овим деловима чак и након прочишћавања и испирања водом. Реакција између ових остатака и јаке мешавине оксидатора/киселине може потенцијално да генерише значајне количине АХ3 и неки ПХ3. Такође постоји потенцијал излагања са другим поступцима одржавања у овој области.

Доњи део кварцне реакционе коморе и доња плоча (основна плоча) се чисте помоћу металног алата, а материјал честица (мешавина ГаАс, ГаАсП, оксида арсена, оксида фосфора и заробљених хидридних гасова) се сакупља у металу контејнер постављен испод вертикалног реактора. За завршно чишћење користи се високоефикасни усисивач.

Друга операција са потенцијалом за излагање хемикалијама је чишћење замке реактора. Чишћење трапа се врши стругањем графитних делова из горње коморе, који имају кору свих претходно наведених нуспроизвода плус арсен хлорид. Процедура стругања ствара прашину и изводи се у вентилираном судоперу како би се смањила изложеност оператерима. Процесна издувна линија, која садржи све нуспроизводе плус влагу која формира течни отпад, отвара се и одводи у метални контејнер. ХЕПА усисивач се користи за чишћење свих честица прашине које су могле да побегну током преноса графитних делова и од подизања и спуштања посуде за звоно, чиме се уклањају све лабаве честице.

Металорганско хемијско таложење паре

МОЦВД се широко користи у припреми ИИИ-В уређаја. Поред хидридних гасова који се користе као изворни материјали у другим ЦВД системима (нпр. арсин и фосфин), мање токсичне течне алтернативе (нпр. терцијарни бутил арсин и терцијарни бутил фосфин) се такође користе у МОЦВД системима, заједно са другим отровима као што су кадмијум алкили и жива (Цонтент 1989; Рхоадес, Сандс анд Маттера 1989; Роицховдхури 1991).

Док се ВПЕ односи на процес депозиције сложеног материјала, МОЦВД се односи на матичне хемијске изворе који се користе у систему. Користе се две хемије: халогениди и металорганска. Горе описани ВПЕ процес је халогенидни процес. У врућој зони формира се халид ИИИ групе (галијум), а у хладној зони се таложи једињење ИИИ-В. У металорганском процесу за ГаАс, триметилгалијум се дозира у реакциону комору заједно са арсином, или мање токсичном течном алтернативом као што је терцијарни бутил арсин, да би се формирао галијум арсенид. Пример типичне МОЦВД реакције је:

(ЦХ3)3Га + АсХ3 → ГаАс + 3ЦХ4

Постоје и друге хемије које се користе у МОЦВД обради ЛЕД диода. Органометали који се користе као елементи групе ИИИ укључују триметил галијум (ТМГа), триетил галијум (ТЕГа), ТМ индијум, ТЕ индијум и ТМ алуминијум. У процесу се користе и хидридни гасови: 100% АХ3 и 100% ПХ3. Допанти који се користе у процесу су: диметил цинк (ДМЗ), бис-циклопентадиенил магнезијум и водоник селенид (Х2Се). Ови материјали реагују у реакционој комори под ниским притиском Х2 атмосфера. Реакција производи епитаксијалне слојеве АлГаАс, АлИнГаП, ИнАсП и ГаИнП. Ова техника се традиционално користи у производњи полупроводничких ласера ​​и оптичких комуникационих уређаја као што су предајници и пријемници за оптичка влакна. АлИнГаП процес се користи за производњу веома светлих ЛЕД диода.

Слично ВПЕ процесу, МОЦВД реактор и чишћење делова представља изазов како за процес тако и за хигијеничаре на раду, посебно ако се користе велике количине концентрованог ПХ3 се користи у процесу. Ефикасност „пуцања“ ових реактора није тако велика као код ВПЕ реактора. Ствара се значајна количина фосфора, што представља опасност од пожара. Поступак чишћења подразумева употребу разблаженог водоник пероксида/амонијум хидроксида на различитим деловима из ових реактора, што представља опасност од експлозије ако се, услед грешке руковаоца, користи концентровани раствор у присуству металног катализатора.

Израда уређаја

ГаАс плочица са епитаксијално узгојеним слојем ГаАсП на горњој површини наставља до секвенце обраде производње уређаја.

Таложење нитрида

Високотемпературни ЦВД силицијум нитрида (Си3N4) се изводи, користећи стандардну дифузиону пећ. Извори гаса су силан (СиХ4) и амонијак (НХ3) са гасом носачем азота.

Фотолитографски процес

Стандардни фоторезист, процес поравнања/експозиције, развијања и уклањања се користи као у обради силицијумских уређаја (погледајте одељак о литографији у чланку „Производња силицијумских полупроводника“).

Мокро гравирање

Различите мешавине раствора влажних хемијских киселина се користе у пластичним купатилима у станицама за локално издувавање, од којих су неке опремљене вертикално постављеним ламинарним ХЕПА филтрираним системима снабдевања. Примарне киселине које се користе су сумпорне (Х2SO4), флуороводонична (ХФ), хлороводонична (ХЦл) и фосфорна (Х3PO4). Као и код обраде силицијума, водоник пероксид (Х2O2) се користи са сумпорном киселином и амонијум хидроксидом (НХ4ОХ) пружа каустично нагризање. За нагризање алуминијума користи се и раствор цијанида (натријум или калијум). Међутим, јеткање цијанидом се полако гаси како се развијају други нагризачи за овај процес. Као алтернатива мокром нагризању, користи се процес плазма јеткања и пепела. Конфигурације реактора и реактантни гасови су веома слични онима који се користе у обради силицијумских уређаја.

радиодифузија

Дифузија чврстог извора цинк диарсенида затворене ампуле се изводи у пећи за вакуумску дифузију на 720°Ц, користећи Н2 носећи гас. Арсен и цинк арсенид се користе као допанти. Вагају се у прегради за рукавице на исти начин као у расутом супстрату.

Метализација

Почетно испаравање алуминијума се врши коришћењем испаривача Е-зрака. Након позадинског преклапања, последњи корак испаравања злата се изводи помоћу испаривача са филаментом.

Легирање

Последњи корак легирања се изводи у нискотемпературној дифузионој пећи, користећи инертну атмосферу азота.

Бацклаппинг

Позадинско преклапање се врши да би се уклонили депоновани материјали (ГаАсП, Си3N4 и тако даље) са задње стране облатне. Облатне су постављене воском на лапер плочу и мокро прекривене колоидним силицијумским раствором. Затим се восак уклања мокрим скидањем вафла у органској депилатору у локално исцрпљеној станици за влажно хемијско јеткање. Друга алтернатива мокром преливању је суво преклапање, које користи „песак“ алуминијум-оксида.

Постоји велики број резиста и резистера који се користе, који обично садрже сулфонску киселину (додецил бензен сулфонску киселину), млечну киселину, ароматични угљоводоник, нафтален и катехол. Неки препарати за скидање отпорности садрже бутил етаноат, сирћетну киселину и бутил естар. У зависности од производа, постоје и негативни и позитивни резисти и резистери.

Завршни тест

Као и код обраде силицијумских уређаја, завршена ЛЕД кола су компјутерски тестирана и означена (погледајте „Производња силицијумских полупроводника“). Врши се завршни преглед, а затим се плочице електрично тестирају да би се означиле неисправне матрице. Затим се мокра тестера користи за одвајање појединачних калупа, које се затим шаљу на склапање.

 

Назад

Субота, 02. април 2011. 18:44

Штампана плоча и склоп рачунара

Штампане плоче за ожичење

Штампане плоче за ожичење (ПВБ) су међусобно повезани електрични оквир и физичка структура који држе заједно различите електронске компоненте штампане плоче. Главне категорије ПВБ-а су једностране, двостране, вишеслојне и флексибилне. Захтеви сложености и размака све гушћих и мањих плоча захтевају да обе стране плоче буду покривене основним струјним круговима. Једностране плоче су задовољиле ране захтеве за калкулатор и једноставне потрошачке електронске уређаје, али преносиви преносиви рачунари, лични дигитални асистенти и лични музички системи захтевају двостране и вишеслојне ПВБ-ове. Обрада узорка ПВБ-а је у суштини фотолитографски процес који укључује селективно наношење и уклањање слојева материјала на диелектричну подлогу која делује као електрична „ожичења“ која је урезана или таложена на штампаној плочи за ожичење.

Вишеслојне плоче садрже два или више комада диелектричног материјала са струјним колама који су сложени и повезани заједно. Електричне везе се успостављају са једне на другу страну, као и са струјним кругом унутрашњег слоја, избушеним рупама које су накнадно обложене бакром. Диелектрична подлога која се најчешће користи су листови од фибергласа (епоксидни/фиберглас ламинат). Остали материјали су стакло (са полиимидним, тефлонским или триазинским смолама) и папир прекривен фенолном смолом. У Сједињеним Државама, ламиниране плоче се категоришу на основу њихових својстава за гашење пожара; својства бушења, пробијања и машинске обраде; својства апсорпције влаге; отпорност на хемикалије и топлоту; и механичке чврстоће (Собер 1995). ФР-4 (епоксидна смола и подлога од стаклене тканине) се широко користи за апликације високе технологије.

Стварни ПВБ процес укључује бројне кораке и широк спектар хемијских агенаса. Табела 1 илуструје типичан вишеслојни процес и питања ЕХС повезана са овим процесом. Примарна разлика између једностране и двостране плоче је у томе што једнострана почиње са сировим материјалом обложеним само са једне стране бакром, а изоставља корак бакра без електронике. Стандардна двострана плоча има маску за лемљење преко голог бакра и обложена је кроз рупе; плоча има позлаћене контакте и легенду компоненте. Већина ПВБ плоча су вишеслојне плоче, које су двостране са унутрашњим слојевима који су произведени и уклопљени унутар ламината, а затим обрађени скоро идентично као и двослојне плоче.

Табела 1. ПВБ процес: Питања животне средине, здравља и безбедности

Примарни кораци процеса

Питања здравља и безбедности

Еколошки проблеми

Припрема материјала

Купите одређени ламинат, улазни материјал и помоћну плочу у унапред исеченој величини
Распоред обраде помоћу рачунара

Компјутерски подржан дизајн—ВДУ и опасности од ергономије

ниједан

Сложите и закачите

Панели обложени бакром су наслагани улазним материјалом и помоћном плочом; избушене рупе и
довел пиннед.

Бука током бушења; честице за бушење које садрже бакар, олово, злато и епоксид/фиберглас

Отпадне честице (бакар, олово, злато и
епоксид/фиберглас)—рециклиран или регенерисан

Бушење

Нумерички контролисане (Н/Ц) машине за бушење

Бука током бушења; честице за бушење које садрже бакар, олово, злато и епоксид/фиберглас

Отпадне честице (бакар, олово, злато и
епоксид/фиберглас)—рециклиран или регенерисан

Дебурр

Избушене плоче пролазе кроз четке или абразивни точак

Бука током уклањања ивица; честице које садрже бакар, олово, злато и епоксид/фиберглас

Отпадне честице (бакар, олово, злато и
епоксид/фиберглас)—рециклиран или регенерисан

Бакарно облагање без електронике

Додавање танког слоја бакра у пролазне рупе
(процес у више корака)

Удисање и излагање коже средствима за чишћење, балзамима, нагризајима, катализаторима—Х2SO4, Х2O2, гликол етри, КМнО4, НХ4HF2, паладијум, СнЦл2, ЦуСО4, формалдехид, НаОХ

Отпадне воде - киселине, бакар, каустици,
флуориди; емисије у ваздух - кисели гасови,
формалдехид

Сликање

Отпорност на суви филм—фотополимер осетљив на УВ зрачење
Отпор на сито штампи — емулзија осетљива на светлост
Отпорност на течност — фотоосетљива течност

Удисање и дермално излагање отпорницима; програмери; и
скидачи—отпорници на бази гуме са растварачима; На3PO4 и К2CO3; бакар хлорид (Цл2 гас), моноетанол амин (МЕА)

Емисије у ваздух — растварачи (ВОЦ), кисели гасови,
МЕА; отпад — течности

Паттерн платинг

Чишћење
Цоппер платинг
Калај или калај/олово
Рацк стриппинг

Опасности од удисања и коже услед чишћења; бакарно превлачење или калај/калај и олово и скидање рацк-а—Х3PO4, Х2SO4; Х.2SO4 и ЦуСО4; флуороборна киселина и Сн/Пб; концентрисан ХНО3

Емисије у ваздух—кисели гасови; вода
отпадне воде — киселине, флуориди, метали (бакар,
олово и калај)

Стрип, грав, трака

Отпорна трака
Алкално нагризање
Бакарна трака

Опасности од удисања и коже од отпорне траке; алкално нагризање или бакарна трака—моноетанол амин (МЕА); НХ4ОХ; НХ4Цл/НХ4ОХ или НХ4HF2

Емисије у ваздух—МЕА, амонијак, флуориди;
отпадне воде - амонијак, флуориди, метали
(бакар, олово и калај), отпорна једињења

Маска за лемљење

Епоксидне боје — сито штампа
Суви филмови — ламинирани на ПВБ
Течно епоксидно мастило за фотографије

Опасности од удисања и коже од претходног чишћења; епоксидне боје и носачи растварача; програмери — Х2SO4; епихлорхидрин + бисфенол А, гликол етри (на бази ПМЕА); гама-бутиролактон. 

УВ светло од процеса очвршћавања

Емисије у ваздух—кисели гасови, гликол етри
(ВОЦс); отпад — растварачи, епоксидна мастила

Лемни премаз

Нивелисање лемљења

Опасности од удисања и коже од флукса, производа распадања и остатака оловног/калајног лема—разређени гликол етри + <1% ХЦл и <1% ХБр; алдехиди, ХЦл, ЦО; олово и калај

Емисије у ваздух—гликол етри (ВОЦ), кисели гасови, алдехиди, ЦО; отпад — оловни/калајни лем, флукс

Позлаћење и никловање

 

Опасности од удисања и коже од киселина, метала и
цијаниди - Х2SO4, ХНО3, НиСО4, калијум златни цијанид

Емисије у ваздух—кисели гасови, цијаниди; вода
емисије—киселине, цијаниди, метали;
отпад — цијаниди, метали

Легенда компоненте

Екран за штампање
Лечење у пећници

Опасности од удисања и коже од мастила на бази епоксида и носача растварача — растварача на бази гликол етра, епихлорхидрин + бисфенол А

Емисије у ваздух—гликол етри (ВОЦ) отпад — мастила и растварачи (мале количине)

Cl2 = гасни хлор; ЦО = угљен моноксид; ЦуСО4 = бакар сулфат; Х2O2 = водоник пероксид; Х2SO4 = сумпорна киселина; Х3PO4 = фосфорна киселина; ХБР = бромоводонична киселина; ХЦл = хлороводонична киселина; ХНО3 = азотна киселина; К2CO3 = калијум карбонат; КМНО4 = калијум перманганат; НА3PO4 = натријум фосфат; НХ4Цл = амонијум хлорид; НХ4ОХ = амонијум хидроксид; НиСО4 = никл сулфат; Пб = олово; Сн = калај; СнЦл2 = калај хлорид; УВ = ултраљубичасто; ВОЦ = испарљива органска једињења.

 

Скупштина штампаног круга

Склапање штампаних плоча (ПЦБ) укључује чврсто причвршћивање електронских компоненти на ПВБ коришћењем олово/калајног лема (у машини за лемљење таласом или се примењује као паста, а затим поново прелива у пећи на ниској температури) или епоксидних смола ( сушен у пећи на ниској температури). Основни ПВБ (једнострани, двострани, вишеслојни или флексибилни) ће одредити густину компоненти које се могу причврстити. Бројни процеси и питања поузданости чине основу за избор процеса састављања ПЦБ-а који ће се користити. Главни технолошки процеси су: технологија тоталне површинске монтаже (СМТ), мешовита технологија (укључује и СМТ и плочасти отвор (ПТХ)) и причвршћивање са доње стране.

Типично у модерним објектима за склапање електронике/рачунара, користи се мешовита технологија, при чему се неке компоненте постављају на површину, а други конектори/компоненте се лемљују помоћу технологије кроз отворе или поновног спајања лемљења. У наставку се говори о „типичном“ мешовитом технолошком процесу, при чему се користи процес површинске монтаже који укључује лепљење, лемљење таласом и лемљење повратним током. Са мешовитом технологијом, понекад је могуће прелити компоненте за површинску монтажу (СМЦ) на горњој страни двостране плоче и таласно лемити СМЦ на доњој страни. Такав процес је посебно користан када се технологија површинске монтаже и технологије кроз рупе морају мешати на једној плочи, што је норма у тренутној производњи електронике. Први корак је монтирање СМЦ-а на горњу страну плоче, користећи процес поновног спајања лемљења. Затим се убацују компоненте кроз рупу. Плоча се затим преокрене, а доњи СМЦ-ови се монтирају лепком на плочу. Таласно лемљење компоненти кроз рупу и СМЦ-а са доње стране је последњи корак.

Главни технички мешовити технолошки процеси укључују:

  • пре и после чишћења
  • наношење пасте за лемљење и лепка (сито штампа и постављање (СМТ и ПТХ))
  • уметање компоненти
  • очвршћавање адхезивом и рефлов лема
  • флукс (ПТХ)
  • таласно лемљење (ПТХ)
  • преглед и допуна
  • тестирање
  • прераде и поправке
  • помоћне операције — чишћење шаблона.

 

Кратка дискусија о важним импликацијама на животну средину, здравље и безбедност за сваки корак процеса је дата у наставку.

Пре и после чишћења

Комерцијални ПВБс се обично купују од добављача ПВБ-а и претходно су очишћени раствором дејонизоване (ДИ) воде да би се уклонили сви површински загађивачи. Пре забринутости у вези са оштећењем стратосферског озонског омотача, супстанца која оштећује озонски омотач, као што је хлорофлуороугљеник (ЦФЦ), би се користила као завршно чишћење, или чак претходно чишћење од стране произвођача електронских уређаја. На крају процеса састављања ПЦБ-а, типична је употреба операције „одмашћивања паром“ хлорофлуороугљеника за уклањање остатака из операције лемљења флуксом/таласом. Поново због забринутости око оштећења озонског омотача и строге регулаторне контроле производње ЦФЦ-а, направљене су промене процеса које су омогућиле комплетним ПВБ склоповима да заобиђу чишћење или да користе само ДИ чишћење водом.

Примена пасте за лемљење и лепка (штампање шаблона и постављање) и уметање компоненти

Примена оловне/калајне пасте за лемљење на површину ПВБ-а омогућава да се компонента за површинску монтажу причврсти на ПВБ и кључна је за СМТ процес. Материјал за лемљење делује као механичка веза за електричну и топлотну проводљивост и као премаз за површинску заштиту и побољшану способност лемљења. Лемна паста се састоји од приближно 70 до 90% неиспарљивих материја (на основу тежине по тежини или тежине по запремини):

  • оловни/калајни лем
  • мешавина модификованих смола (колофонијске киселине или благо активирана смола)
  • активатори (у случају „нечистих” производа, мешавине амин хидрохалида и киселина или само карбоксилних киселина).

 

Растварачи (испарљиве материје) чине остатак производа (обично мешавина алкохола и гликол етра која је власничка мешавина).

Лемна паста се штампа преко шаблона, што је тачан образац дизајна површине који се додаје површини ПВБ-а. Лемна паста се гура кроз отворе у шаблони на места подметача на ПВБ-у помоћу ракела који полако пролази кроз шаблон. Шаблона се затим подиже, остављајући наслаге пасте на одговарајућим подлогама на плочи. Компоненте се затим убацују на ПВБ. Примарне опасности од ЕХС односе се на одржавање домаћинства и личну хигијену оператера који наносе пасту за лемљење на површину шаблона, чисте брисач и чисте шаблоне. Концентрација олова у лему и склоност осушене пасте за лемљење да приања на кожу и радну површину опреме/објеката захтева употребу заштитних рукавица, добро чишћење радних површина, безбедно одлагање контаминираних материјала за чишћење ( и руковање околином) и строга лична хигијена од стране оператера (нпр. прање руку сапуном пре јела, пића или наношења козметике). Нивои изложености у ваздуху су обично испод границе детекције олова, а ако се користи добра кућна/лична хигијена, очитавања олова у крви су на позадинским нивоима.

Примена лепка укључује аутоматизовано дозирање малих количина епоксидне смоле (обично мешавине бисфенол А-епихлорхидрина) на површину ПВБ-а, а затим „преузимање и постављање” компоненте и убацивање кроз епоксидну смолу на ПВБ. ЕХС опасности се првенствено односе на механичке опасности по безбедност јединица „покупи и постави“, због њихових аутоматизованих механичких склопова, шатлова компоненти на задњој страни јединица и потенцијала за озбиљне повреде ако нису одговарајуће заштите, светлосне завесе и хардверске блокаде. поклон.

Очвршћавање лепка и обнављање лемљења

Компоненте које су причвршћене штампањем шаблона или наношењем лепка се затим преносе на механичком транспортеру фиксне висине до линијске пећи за рефлуксовање која „покреће“ лем поновним пресвлачењем пасте за лемљење на приближно 200 до 400°Ц. Компоненте које су причвршћене епоксидним лепком такође пролазе кроз пећ која је нижа од повратног тока лема и обично се ради на 130 до 160oЦ. Компоненте растварача пасте за лемљење и епоксидне смоле се уклањају током процеса у пећи, али компонента олова/калаја није испарљива. Остаци типа паукове мреже ће се накупити у издувном каналу пећи за рефлуксовање, а метални мрежасти филтер се може користити да се то спречи. ПВБ се повремено могу ухватити у систем транспортера и прегрејати се у пећи, узрокујући непријатан мирис.

Флукинг

Да би се формирао поуздан лемни спој на површини ПВБ-а и компонентном каблу, оба морају бити без оксидације и морају остати таква чак и на повишеним температурама које се користе при лемљењу. Такође, растопљена легура за лемљење мора навлажити површине метала који се спајају. То значи да флукс за лемљење мора реаговати и уклонити металне оксиде са површина које се спајају и спречити поновну оксидацију очишћених површина. Такође захтева да остаци не буду корозивни или да се лако уклањају. Токови за лемљење електронске опреме спадају у три широке категорије, опште познате као флуксеви на бази колофонија, органски или растворљиви у води и синтетички токови који се могу уклонити растварачем. Новији токови са мало чврстих материја „без чистих“ или неиспарљивих органских једињења (НВОЦ) спадају у средњу категорију.

Флуксови на бази колофонија

Токови на бази колофонија су најчешће коришћени токови у електронској индустрији, било као флукс за прскање or флукс пене. Флуксер се може налазити унутар опреме за лемљење таласима или као самостална јединица постављена на улазу у јединицу. Као основу, флуксови на бази колофонија имају природну колофонију, или колофонију, провидну колофонију боје ћилибара добијену након што је терпентин дестилован из смоле и каналске смоле бора. Смола се сакупља, загрева и дестилује, чиме се уклањају све чврсте честице, што резултира пречишћеним обликом природног производа. То је хомоген материјал са једном тачком топљења.

Колофонија је мешавина приближно 90% смолне киселине, која је углавном абијетинска киселина (органска киселина која није растворљива у води) са 10% неутралних материјала као што су деривати стилбена и различити угљоводоници. Слика 1 даје хемијске структуре абиетинске и пимарне киселине.

Слика 1. Абиетинске и пимарне киселине

МИЦ050Ф4

Активни састојак је абиетинска киселина, која је на температури лемљења хемијски активна и напада оксид бакра на површини ПВБ-а, формирајући бакарни абиет. Токови на бази колофонија имају три компоненте: растварач или вехикулум, колофониј и активатор. Растварач једноставно делује као носилац флукса. Да би био ефикасан, колофониј се мора нанети на плочу у течном стању. Ово се постиже растварањем колофонија и активатора у систему растварача, типично изопропил алкохолу (ИПА) или вишекомпонентним мешавинама алкохола (ИПА, метанол или етанол). Затим се флукс или пенушава на доњу површину ПЦБ-а додавањем ваздуха или азота, или се распршује у мешавини „мало чврстих материја“ која има већи садржај растварача. Ове компоненте растварача имају различите брзине испаравања, а у мешавину флукса се мора додати разређивач да би се одржао састав конститутивног флукса. Примарне категорије флукса на бази колофонија су: колофонијум благо активан (РМА), који су типични флуксови у употреби, којима се додаје благи активатор; и колофонијум активан (РА), коме је додат агресивнији активатор.

Примарна ЕХС опасност од свих флукса на бази колофонија је база растварача алкохола. Безбедносне опасности се односе на запаљивост у складиштењу и употреби, класификацију и руковање као опасан отпад, емисије у ваздух и системе третмана који су потребни за уклањање ВОЦ-а и проблеме индустријске хигијене у вези са удисањем и излагањем коже (дермалне). Свака од ових ставки захтева другачију стратегију контроле, образовање и обуку запослених и дозволе/усаглашеност са прописима (Ассоциатион оф тхе Елецтроницс, Телецоммуницатионс анд Бусинесс Екуипмент Индустриес 1991).

Током процеса таласног лемљења, флукс се загрева на 183 до 399°Ц; произведени производи у ваздуху укључују алифатски алдехиди, као што је формалдехид. Многи флуксови такође садрже ан органски амин хидрохлорид активатор, који помаже у чишћењу подручја које се леми и при загревању ослобађа хлороводоничну киселину. Остале гасовите компоненте укључују бензен, толуен, стирен, фенол, хлорофенол и изопропил алкохол. Поред гасовитих компоненти загрејаног флукса, ствара се значајна количина честица величине од 0.01 микрона до 1.0 микрона, познатих као колофонија испарења. Утврђено је да су ови материјали у облику честица респираторни иританти, а такође и респираторни сензибилизатори код осетљивих особа (Хаусен, Крохн и Будианто 1990). У Уједињеном Краљевству, стандарди изложености у ваздуху захтевају да се нивои дима из колофоније контролишу на најниже могуће нивое (Комисија за здравље и безбедност 1992). Поред тога, Америчка конференција владиних индустријских хигијеничара (АЦГИХ) је успоставила посебну граничну вредност за производе пиролизе лемног језгра колофонијума од 0.1 мг/м3, мерено као формалдехид (АЦГИХ 1994). Удружење Леад Индустриес Ассоциатион, Инц. идентификује ацетон, метил алкохол, алифатичне алдехиде (мерено као формалдехид), угљен-диоксид, угљен-моноксид, метан, етан, абиетинску киселину и сродне дитерпенске киселине као типичне продукте распадања језгра колофонијума (Леад Индустриес Ассоциатион 1990. ).

Органски токови

Органски флуксови, који се понекад називају средњим токовима или флуксовима растворљивим у води, су композити који су активнији од флукса на бази колофонија и мање корозивни од киселих токова који се користе у индустрији обраде метала. Општа активна једињења ове класе флукса спадају у три групе:

  • киселине (нпр. стеаринска, глутаминска, млечна, лимунска)
  • халогени (нпр. хидрохлориди, бромиди, хидразин)
  • амиди и амини (нпр. уреа, триетаноламин).

 

Ови материјали и други делови формулације, као што су сурфактанти који помажу у смањењу површинског напона лемљења, растворени су у полиетилен гликолу, органским растварачима, води или обично мешавини неколико од њих. Органски токови се морају сматрати корозивним, али се могу лако очистити, само топлом водом.

Синтетички активирани (АС) токови

Док су токови на бази колофонија чврсти материјали растворени у растварачу, АС токови су обично потпуно течне формуле (растварач + флукс). Носач растварача се одстрањује током фазе предгревања таласног лемљења, остављајући мокри и уљани талог на површини ПВБ-а, који се мора очистити одмах након лемљења. Примарни атрибут АС флукса је њихова способност да се уклоне употребом одговарајућег растварача, обично на бази флуороугљеника. Уз ограничења употребе супстанци које оштећују озонски омотач као што су флуороугљеници (Фреон ТФ, Фреон ТМС и тако даље), неопходна употреба ових материјала за чишћење је озбиљно ограничила употребу ове класе флукса.

Мало чврстих материја „без чистих” или не-ВОЦ токова

Потреба за елиминацијом чишћења корозивних или лепљивих остатака флукса после лемљења са флуороугљеничним растварачима довела је до широке употребе нове класе флукса. Ови токови су по активности слични РМА токовима и имају садржај чврсте материје од приближно 15%. Садржај чврстих материја је мера вискозитета и једнак је односу флукса према растварачу. Што је мањи садржај чврстих материја, већи је проценат растварача. Што је већи садржај чврстих материја, то је активнији флукс и већи је потенцијал да је потребан корак чишћења након лемљења. Флукс са ниским садржајем чврстих материја (ЛСФ) се обично користи у електронској индустрији и обично не захтева корак после чишћења. Из перспективе еколошке емисије у ваздух, ЛСФ је елиминисао потребу за одмашћивањем флуороугљеникових пара на плочама са таласастим лемљењем, али су са већим садржајем растварача повећали количину испарених растварача на бази алкохола, што је резултирало вишим нивоима ВОЦ. Нивои емисије ВОЦ у ваздух се строго контролишу у Сједињеним Државама и на многим локацијама широм света. Ова ситуација је решена увођењем „без чистих“ флукса, који су на бази воде (а не на бази растварача), али садрже сличне активаторе и колофонијуме за флуксирање. Примарни активни састојци су на бази дикарбоксилне киселине (2 до 3%), типично глутарне, јантарне и адипинске киселине. Сурфактанти инхибитори корозије (приближно 1%) је такође укључено, што резултира пХ (киселости) од 3.0 до 3.5. Ови токови практично елиминишу емисије ВОЦ у ваздух и друге ЕХС опасности повезане са употребом флукса на бази растварача. Производи разлагања забележени у флуксовима на бази колофонија су још увек применљиви, а благи пХ захтева да опрема за руковање флуксом буде отпорна на киселине. Неки анегдотски докази указују на потенцијалне кожне или респираторне проблеме због осушених, благо киселих дикарбоксилних киселина и инхибитора корозије који могу постати остаци на носачима, колицима и унутрашњим површинама опреме за лемљење таласима која користи ова једињења. Такође, водена компонента ових флукса можда неће бити довољно испарена пре него што удари у растопљени лонац за лемљење, што може довести до прскања врућег лема.

Лемљење таласом

Додавање флукса на доњу површину ПВБ-а може се постићи или помоћу флуксера који се налази унутар јединице за таласно лемљење или самосталне јединице на улазу у јединицу за таласно лемљење. Слика 2 даје шематски приказ стандардне јединице за лемљење таласа са флуксером смештеним унутра. Било која конфигурација се користи за пенушање или прскање флукса на ПВБ.

Слика 2. Шема јединице за лемљење таласа

МИЦО50Ф5

Предгревање

Носачи флукса морају бити испарени пре лемљења. Ово се постиже коришћењем високотемпературних предгрејача за избацивање течних компоненти. У употреби су два основна типа предгрејача: зрачећи (врући штап) и волуметријски (врући ваздух). Грејачи са зрачењем су уобичајени у Сједињеним Државама и представљају потенцијал за паљење вишка флукса или растварача или разградњу ПВБ-а ако се имобилише испод предгрејача. Локална издувна вентилација је обезбеђена на страни флуксера/предгрејача јединице за таласно лемљење како би се ухватили и извукли материјали растварача/флукса који су испарили током ових операција.

Лемљење

Легура за лемљење (обично 63% калаја до 37% олова) се налази у великом резервоару званом посуда за лемљење, и загрева се електричним путем да би се лем одржао у растопљеном стању. Грејачи укључују снажан грејач за почетно топљење и мањи регулисани довод топлоте за термостатску контролу температуре.

Успешно лемљење на нивоу плоче захтева да дизајн лонца за лемљење и система рециркулацијске пумпе континуирано обезбеђује конзистентан „талас“ свежег лема. Са лемљењем, чисти лем постаје контаминиран оксидованим једињењима олова/калаја, металним нечистоћама и продуктима распадања флукса. Ово шљака формира се на површини растопљеног лема, а што се више формира шљака, то је већа тенденција за додатно формирање. Дросс је штетан за процес лемљења и талас лемљења. Ако се довољно формира у лонцу, може се увући у рециркулацијску пумпу и изазвати абразију радног кола. Оператери таласног лемљења су обавезни да уклањају каменац талас на рутинској основи. Овај процес укључује оператера који цеди очврснулу шљаку из растопљеног лема и прикупља остатке за регенерацију/рециклирање. Процес уклањања шљаке подразумева да оператер физички отвара задња приступна врата (обично конфигурација заливског крила) поред посуде за лемљење и ручно извлачи врућу шљаку. Током овог процеса из лонца се ослобађају видљиве емисије које иритирају очи, нос и грло руковаоца. Оператер је дужан да носи термо рукавице, кецељу, заштитне наочаре и штитник за лице и заштиту за дисање (за честице олова/калаја, корозивне гасове (ХЦл) и алифатични алдехид (формалдехид)). Локална издувна вентилација је обезбеђена из унутрашњости јединице за лемљење на таласе, али се лонац за лемљење механички извлачи из главног ормарића како би се омогућио оператеру директан приступ обема странама врућег лонца. Када се повуче, локални издувни канал који је монтиран у кућишту постаје неефикасан за уклањање ослобођених материјала. Примарне опасности по здравље и безбедност су: термичке опекотине од врелог лема, излагање дисајних органа горе наведеним материјалима, повреде леђа услед руковања тешким инготима лемљења и бубњевима шљаке и излагање остацима оловног/калајног лема/финим честицама током активности одржавања.

Током самог процеса лемљења, приступна врата су затворена и унутрашњост јединице за таласно лемљење је под негативним притиском због локалне издувне вентилације обезбеђене на страни флукса и посуде за лемљење таласа. Ова вентилација и радне температуре лонца за лемљење (обично 302 до 316°Ц, што је непосредно изнад тачке топљења лема), резултирају минималним стварањем испарења олова. Примарна изложеност честицама олова/калаја долази током активности уклањања љуске и одржавања опреме, од мешања шљаке у лонцу, преноса у посуду за регенерацију и чишћења остатака лема. Фине олово/калај честице се формирају током операције уклањања одмаске и могу се пустити у радну просторију и зону дисања оператера таласног лемљења. Различите стратегије инжењерске контроле су осмишљене како би се минимизирала ова потенцијална изложеност честицама олова, укључујући уградњу локалне издувне вентилације у посуду за поврат (погледајте слику 3), употребу ХЕПА усисивача за чишћење остатака и флексибилних издувних канала са зглобним рукама у положају вентилација на врућем лонцу током уклањања каменца. Употреба метли или четкица за чишћење остатака лема мора бити забрањена. Строго одржавање и лична хигијена такође морају бити обавезни. Током операција одржавања опреме за таласно лемљење (које се раде на недељном, месечном, тромесечном и годишњем нивоу), различите компоненте врућег лонца се или чисте унутар опреме или уклањају и чисте у локално испушној хауби. Ове операције чишћења могу укључивати физичко стругање или механичко чишћење (помоћу електричне бушилице и наставка жичане четке) пумпе за лемљење и преграда. Високи нивои оловних честица се стварају током процеса механичког чишћења, а процес би требало да се изводи у затвореном простору са локалним испуштањем.

Слика 3. Колица за отпад са вакумским поклопцем

МИЦ050Ф6

Инспекција, поправка и тестирање

Визуелна инспекција и функције дотеривања се спроводе након таласног лемљења и укључују употребу сочива за увећање/светиљки за рад за фину инспекцију и поправку несавршености. Функција дотеривања може укључивати употребу а штап-лем ручно лемљење лемилице и колофонијума за лемљење или четкање на малој количини течног флукса и лема од оловне/калајне жице. Визуелна испарења од лемљења штапића укључују производе разградње из флукса. Мале количине оловних/калајних лемних перли које нису прилепиле на лемни спој могу представљати проблем у домаћинству и личној хигијени. Треба обезбедити или вентилатор у близини радне станице за општу вентилацију за разблаживање далеко од зоне дисања оператера или софистициранији систем издувних гасова који хвата производе разградње на врху лемилице или у близини операције. Испарења се затим усмеравају до издувног система за прочишћавање ваздуха који укључује ХЕПА филтрацију за честице и адсорпцију гаса са активним угљем за алифатичне алдехиде и гасове хлороводоничне киселине. Ефикасност ових издувних система за лемљење у великој мери зависи од брзине хватања, близине тачке генерисања дима и недостатка попречне промаје на радној површини. Електрично тестирање завршене ПЦБ захтева специјализовану опрему за тестирање и софтвер.

Прерада и поправка

На основу резултата тестирања плоче, неисправне плоче се процењују на одређене кварове компоненти и замењују. Ова прерада плоча може укључивати лемљење штапића. Ако је потребна замена примарних компоненти на штампаној плочи, као што је микропроцесор, а прерадити лонац за лемљење користи се за потапање тог дела плоче у коме се налази неисправна компонента или спој у малој посуди за лемљење, уклањање компоненте и затим уметање нове функционалне компоненте назад на плочу. Ако је компонента мања или се лакше уклања, ан аир вац користи се систем који користи топли ваздух за загревање лемног споја и вакуум за уклањање лема. Посуда за лемљење за прераду смештена је у кућиште са локалним издувавањем које обезбеђује довољну брзину издувавања за хватање производа разлагања флукса који настају када се течни лем нанесе на плочу и дође до контакта са лемљењем. Овај лонац такође формира шљаку и захтева опрему и процедуре за уклањање шљаке (у много мањем обиму). Систем за усисавање ваздуха не захтева да буде смештен у кућишту, али уклоњени оловни/калајни лем мора да се третира као опасан отпад и да се рециклира/рециклира.

Операције подршке—чишћење шаблона

Први корак у процесу састављања ПЦБ-а укључивао је употребу шаблона за обезбеђивање шаблона места везивања за оловну/калајну пасту за лемљење кроз коју се провлачи. Типично, отвори на шаблону почињу да се зачепљују и остаци оловне/калајне пасте за лемљење морају да се уклањају по смени. Претходно чишћење се обично врши на сито штампачу како би се ухватила велика контаминација на плочи, брисањем површине плоче разблаженом мешавином алкохола и марамицама за једнократну употребу. Да бисте потпуно уклонили преостале остатке, потребан је процес мокрог чишћења. У систему сличном великој машини за прање судова, врућа вода (57°Ц) и хемијски раствор разблажених алифатичних амина (моноетанол амин) се користе за хемијско уклањање пасте за лемљење са шаблона. Значајне количине оловног/калајног лема се исперу са плоче и депонују у комори за прање или у раствору у ефлуенту воде. Овај ефлуент захтева филтрацију или хемијско уклањање олова и подешавање пХ вредности корозивних алифатичних амина (користећи хлороводоничну киселину). Новији затворени системи за чишћење шаблона користе исти раствор за прање док се не потроше. Раствор се пребацује у јединицу за дестилацију, а испарљиве материје се дестилују док се не формира полутечни остатак. Овим остатком се онда рукује као опасним отпадом контаминираним оловом/калајем.

Процес склапања рачунара

Када је финална штампана плоча састављена, она се преноси у операцију састављања система за уградњу у коначни рачунарски производ. Ова операција је обично веома радно интензивна, са компонентним деловима који се састављају испоручују на појединачне радне станице на колицима за постављање дуж механизоване монтажне линије. Највеће опасности по здравље и безбедност односе се на кретање и постављање материјала (виљушке, ручно подизање), ергономске импликације процеса монтаже (опсег кретања, сила уметања потребна за „постављање“ компоненти, уградња шрафова и конектора) и коначно паковање , скупљајућа амбалажа и отпрема. Типичан процес склапања рачунара укључује:

  • припрема шасије / кућишта
  • Уметање ПЦБ-а (матична и ћерка плоча).
  • уметање примарне компоненте (флопи драјв, чврсти диск, напајање, ЦД-РОМ драјв).
  • склоп екрана (само преносиви)
  • уметање миша и тастатуре (само преносиви)
  • каблови, конектори и звучници
  • склоп горњег поклопца
  • преузимање софтвера
  • тест
  • реворк
  • пуњење батерије (само преносиви) и паковање
  • скупљајућа амбалажа и отпрема.

 

Једине хемикалије које се могу користити у процесу склапања укључују завршно чишћење кућишта рачунара или монитора. Обично се користи разблажен раствор изопропил алкохола и воде или комерцијална мешавина средстава за чишћење (нпр. Симпле Греен—разређени бутил целосолве и водени раствор).

 

Назад

Као индустрија у настајању, производња полупроводника се често посматра као оличење високотехнолошког радног места. Због строгих производних захтева повезаних са производњом вишеслојних микронских електронских кола на силицијумским плочицама, окружење чисте собе постало је синоним за радно место у овој индустрији. Пошто су одређени хидридни гасови који се користе у производњи полупроводника (нпр. арсин, фосфин) рано препознати као високо токсичне хемикалије, технологија контроле изложености инхалацији је увек била важна компонента производње плочица. Радници у полупроводницима су даље изоловани од производног процеса тако што носе специјалну одећу која покрива цело тело (нпр. хаљине), покриваче за косу, навлаке за ципеле и, често, маске за лице (или чак и уређаје за дисање са ваздухом). Са практичног становишта, забринутост послодаваца за чистоћу производа је такође резултирала заштитом радника од изложености.

Поред личне заштитне одеће, високо софистицирани системи вентилације и хемијског/гасног праћења ваздуха се користе у индустрији полупроводника за откривање цурења испарења токсичних хемијских растварача, киселина и хидридних гасова у деловима на милион (ппм) или мање. Иако је, са историјског становишта, индустрија искусила честе евакуације радника из просторија за производњу вафера, на основу стварног или сумњивог цурења гасова или растварача, такве епизоде ​​евакуације постале су ретки догађаји због лекција научених у дизајнирању вентилационих система, токсичног гаса /хемијско руковање и све софистициранији системи за надзор ваздуха са континуираним узорковањем ваздуха. Међутим, све већа новчана вредност појединачних силицијумских плочица (заједно са повећањем пречника плочице), које могу да садрже мноштво појединачних микропроцесора или меморијских уређаја, може довести до менталног стреса на раднике који морају ручно да манипулишу контејнерима ових плочица током производних процеса. Докази о таквом стресу добијени су током студије на полупроводницима (Хаммонд ет ал. 1995; Хинес ет ал. 1995; МцЦурди ет ал. 1995).

Индустрија полупроводника је започела у Сједињеним Државама, које имају највећи број радника у индустрији полупроводника (приближно 225,000 1994.) од било које земље (БЛС 1995). Међутим, добијање валидних међународних процена запослености за ову индустрију је тешко због укључивања радника у полупроводницима са радницима за „производњу електричне/електронске опреме“ у статистику већине нација. Због веома строгих инжењерских контрола потребних за производњу полупроводничких уређаја, највероватније је да су полупроводничка радна места (тј. чисте собе) упоредива, у већини аспеката, широм света. Ово разумевање, заједно са захтевима владе САД за евидентирање свих значајних повреда и болести у вези са радом међу америчким радницима, чини повреде на раду и искуство оболевања радника полупроводника у САД веома релевантним питањем и на националном и на међународном нивоу. Једноставно речено, у овом тренутку постоји неколико међународних извора релевантних информација и података у вези са искуством у области безбедности и здравља радника у полупроводницима, осим оних из Годишњег истраживања повреда и професионалних болести које је спровео амерички Биро за статистику рада (БЛС).

У Сједињеним Државама, које су прикупљале податке о повредама на раду и болестима у свим индустријама од 1972. године, учесталост повреда и болести на раду међу радницима у полупроводницима била је међу најнижима од свих производних индустрија. Међутим, изражена је забринутост да би суптилнији здравствени ефекти могли бити присутни међу радницима у полупроводницима (ЛаДоу 1986), иако такви ефекти нису документовани.

Одржано је неколико симпозијума који се односе на процену технологије управљања у индустрији полупроводника, са неколико симпозијума који су се бавили питањима животне средине и безбедности и здравља радника (АЦГИХ 1989, 1993).

Ограничена количина података о повредама на раду и болестима за међународну заједницу производње полупроводника изведена је путем посебне анкете спроведене 1995. године, укључујући случајеве пријављене за 1993. и 1994. годину. Ови подаци истраживања су резимирани у наставку.

Повреде на раду и болести међу радницима у полупроводницима

Што се тиче међународних статистичких података повезаних са повредама на раду и болестима међу радницима у полупроводницима, чини се да су једини упоредиви подаци изведени из анкете мултинационалних производних операција полупроводника спроведених 1995. године (Ласситер 1996). Подаци прикупљени у овој анкети укључивали су међународне операције произвођача полупроводника са седиштем у САД за године 1993-94. Неки од података из анкете укључивали су операције које нису производња полупроводника (нпр. производња рачунара и диск јединица), иако су све компаније учеснице биле укључене у индустрију електронике. Резултати овог истраживања приказани су на слици 1 и слици 2, који укључују податке из азијско-пацифичког региона, Европе, Латинске Америке и Сједињених Држава. Сваки случај је укључивао повреду или болест на раду која је захтевала медицински третман или губитак посла или ограничење. Све стопе инциденције у бројкама су израчунате као број случајева (или изгубљених радних дана) на 200,000 радних сати годишње. Ако укупан број радних сати није био доступан, коришћене су просечне годишње процене запослености. Именилац од 200,000 радних сати једнак је 100 еквивалента пуног радног времена годишње (под претпоставком 2,000 радних сати по раднику годишње).

Слика 1. Дистрибуција стопа инциденције повреда на раду и болести по светским секторима, 1993. и 1994. године.

МИЦ060Ф6

Слика 2. Дистрибуција стопа инциденције за повреде и болести са слободним данима по сектору у свету 1993. и 1994.

МИЦ060Ф7

Слика 1 приказује стопе инциденције повреда на раду и болести за различите регионе света у истраживању 1993-94. Стопе за појединачне земље нису укључене да би се осигурала поверљивост оних компанија које су биле једини извор података за одређене земље. Дакле, за одређене земље у истраживању, подаци су пријављени само за један објекат. У неколико случајева, компаније су комбиновале све међународне податке у јединствену статистику. Ови последњи подаци су наведени на слици 1 и слици 2 као „Комбиновани“.

Годишња учесталост повреда и болести на раду међу свим радницима у међународном истраживању износила је 3.3 случаја на 100 запослених (200,000 радничких сати) 1993. године и 2.7 у 1994. години. За 12,615. годину пријављено је 1993 случајева, а од 12,368. највећи број случајева је 1994. случајеви (12,130 у 1993.) су изведени од америчких компанија. Ови случајеви су повезани са приближно 387,000 радника 1993. и 458,000 1994. године.

Слика 2 приказује стопе инциденције случајева изгубљених радних дана који укључују дане одсуства са посла. Стопе инциденције из 1993. и 1994. заснивале су се на приближно 4,000 случајева изгубљених радних дана за сваку од 2 године у међународном истраживању. Међународни/регионални распон у стопама инциденције за ову статистику био је најужи од оних измерених. Инциденца случајева изгубљених радних дана може представљати најупоредивију међународну статистику у погледу радног искуства у области безбедности и здравља. Стопа инциденције изгубљених радних дана (дана одсуства са посла) била је приближно 15.4 дана одсуства са посла на 100 радника за сваку од 2 године.

Једини детаљни подаци за које се зна да постоје у вези са карактеристикама случајева повреда и болести радника у полупроводницима су они које годишње прикупља БЛС у САД, укључујући случајеве са изгубљеним радним данима. Случајеви о којима се овде говори идентификовани су од стране БЛС у свом годишњем истраживању за 1993. годину. Подаци добијени из ових случајева приказани су на слици 3, слици 4, слици 5 и слици 6. Свака цифра упоређује искуство изгубљеног радног дана у приватном сектору, сву производњу и производњу полупроводника.

Слика 3. Упоредна инциденција случајева изгубљених радних дана1 по врсти догађаја или изложености, 1993

МИЦ060Ф2

Слика 4. Упоредна инциденција случајева изгубљеног радног дана1 по извору повреде или болести, 1993.

МИЦ060Ф3

Слика 5. Упоредна инциденција случајева изгубљеног радног дана1 по природи повреде или болести, 1993.

МИЦ060Ф4

Слика 6. Упоредна инциденција изгубљених радних дана по делу тела погођеним, 1993.

МИЦ060Ф5

Слика 3 упоређује искуство изгубљених радних дана радника полупроводника у САД 1993. године са приватним сектором и целокупном производњом у односу на врсту догађаја или изложености. Стопе инциденције за већину категорија на овој слици биле су много мање за раднике у индустрији полупроводника него за приватни сектор или сву производњу. Случајеви који су укључивали пренапрезање међу радницима у полупроводницима били су мање од половине стопе за све раднике у производном сектору. Категорија штетне изложености (примарно повезана са излагањем хемијским супстанцама) била је еквивалентна у све три групе.

Упоредне дистрибуције случајева изгубљеног радног дана према извору повреде или болести приказане су на слици 4. Стопе инциденције изгубљених радних дана за раднике у полупроводницима биле су мање од оних за приватни сектор и сву производњу у свим категоријама извора осим случајева повезаних са изложеношћу хемикалијама супстанце.

Слика 5 упоређује стопе инциденције изгубљених радних дана повезане са природом повреде или болести међу три групе. Стопе за раднике у полупроводницима биле су мање од половине стопа за приватни сектор и за сву производњу у 1993. Учесталост хемијских опекотина била је нешто већа за раднике у полупроводницима, али је била веома ниска за све три групе за поређење. Инциденца синдрома карпалног тунела (ЦТС) међу америчким радницима на полупроводницима била је мања од половине стопе за сву производњу.

На слици 6, дистрибуција и учесталост случајева који укључују дане одсуства са посла илустровани су према делу тела који је погођен. Иако је инциденција случајева који укључују телесне системе била ниска за све групе за поређење, стопа за раднике на полупроводницима је била благо повишена. Сви остали погођени делови тела били су много мањи за раднике полупроводника него за друге две упоредне групе.

Епидемиолошке студије радника полупроводника

Забринутост за могуће последице по репродуктивно здравље повезане са запошљавањем у полупроводницима појавила се 1983. године када је жена запослена у фабрици полупроводника Дигитал Екуипмент Цорпоратион у Хадсону, Масачусетс, назначила да верује да се међу запосленима у чистим собама десио вишак спонтаних побачаја. Ова тврдња, заједно са одсуством интерних података у установи, довела је до епидемиолошке студије коју је спровела Школа јавног здравља Универзитета Масачусетс у Амхерсту (УМасс). Студија је започета у мају 1984. и завршена 1985. (Пастидес ет ал. 1988).

Повишен ризик од побачаја примећен је иу фотолитографској области и у области дифузије у поређењу са неекспонираним радницима у другим деловима установе. Сматра се да релативни ризик од 1.75 није статистички значајан (п <0.05), иако је релативни ризик од 2.18 примећен међу радницима у областима дифузије био значајан. Објављивање УМасс студије довело је до забринутости у индустрији полупроводника да је већа студија оправдана како би се потврдили уочени налази и утврдили њихов обим и могући узроци.

Удружење полупроводничке индустрије (СИА) Сједињених Држава спонзорисало је већу студију коју је спровео Универзитет Калифорније у Дејвису (УЦ Давис) почевши од 1989. Студија УЦ Давис је дизајнирана да тестира хипотезу да је производња полупроводника повезана са повећаним ризиком побачаја за запослене у производњи наполитанки. Популација студије одабрана је између 14 компанија које су представљале 42 производне локације у 17 држава. Највећи број сајтова (који представљају скоро половину запослених у студији) био је у Калифорнији.

Студија УЦ Давис састојала се од три различите компоненте: компоненте попречног пресека (МцЦурди ет ал. 1995; Поцекаи ет ал. 1995); историјска компонента кохорте (Сцхенкер ет ал. 1995); и проспективна компонента (Ескенази ет ал. 1995). Централно за сваку од ових студија била је процена изложености (Хинес ет ал. 1995; Хаммонд ет ал. 1995). Компонента процене изложености додељује запослене у релативну групу изложености (тј. висока изложеност, ниска изложеност и тако даље).

У историјској компоненти студије, утврђено је да је релативни ризик радника фабрикације, у поређењу са радницима који нису фабриковани, износио 1.45 (тј. 45% ризика од побачаја). Група са највећим ризиком идентификована у историјској компоненти студије биле су жене које су радиле у фотолитографији или операцијама јеткања. Жене које су изводиле операције јеткања имале су релативни ризик од 2.15 (РР=2.15). Поред тога, примећен је однос доза-одговор међу женама које су радиле са било којим фоторезистом или развијачем у погледу повећаног ризика од побачаја. Ови подаци подржавају повезаност дозе и одговора за етилен гликол етре (ЕГЕ), али не и за пропилен гликол етре (ПГЕ).

Иако је повећан ризик од побачаја уочен међу радницама које се баве производњом вафла у проспективној компоненти УЦ Давис студије, резултати нису били статистички значајни (п мањи од 0.05). Мали број трудноћа значајно је смањио снагу проспективне компоненте студије. Анализа изложености хемијском агенсу показала је повећан ризик за оне жене које су радиле са етилен гликол моноетил етром, али је заснована на само 3 трудноће. Један важан налаз био је општа подршка, а не контрадикција, налазима историјске компоненте.

Компонента попречног пресека студије приметила је повећање симптома горњих дисајних путева првенствено у групама радника са дифузионом пећи и танким филмом. Интересантан налаз је био очигледан заштитни ефекат различитих инжењерских контрола везаних за ергономију (нпр. ослонци за ноге и употреба подесиве столице за смањење повреда леђа).

Мерење ваздуха у фабрикама за плочице показало је да је већина излагања растварачима мања од 1% дозвољених граница излагања (ПЕЛ) које је утврдила америчка влада.

Засебну епидемиолошку студију (Цорреа ет ал. 1996) спровео је Универзитет Џонс Хопкинс (ЈХУ), укључујући групу запослених у полупроводницима ИБМ Цорпоратион 1989. Укупна стопа побачаја примећена у ЈХУ студији која је укључивала раднице чистих соба износила је 16.6%. Релативни ризик од побачаја међу радницама у чистим собама са највећом потенцијалном изложеношћу етилен гликол етрима био је 2.8 (95% ЦИ = 1.4-5.6).

Дискусија о репродуктивним епидемиолошким студијама које укључују раднике у полупроводницима

Епидемиолошке студије су биле изузетне по обиму и сличности резултата. Све ове студије дале су сличне налазе. Свака студија је документовала вишак ризика од спонтаног побачаја (побачаја) за жене које раде на производњи полупроводничких плочица. Две студије (ЈХУ и УЦ Давис) могу указивати на узрочну повезаност са излагањем гликол етрима на бази етилена. Студија УМасс открила је да је фото група (они који су били изложени гликол етру) имала мањи ризик од групе за дифузију, која није имала документовану изложеност гликол етру. Иако ове студије указују на повећан ризик од спонтаних побачаја међу радницима који се баве производњом вафла, узрок таквог претераног ризика је нејасан. Студија ЈХУ није успела да документује значајну улогу гликол етра, а студија УЦ Давис је само маргинално повезала гликол етре (кроз моделирање изложености и самопроцењене радне праксе) са репродуктивним ефектима. У било којој студији је било мало праћења да би се утврдила изложеност гликол етрима. Након завршетка ових студија, индустрија полупроводника је почела да прелази са гликол етра етилен серије на замене као што су етил лактат и гликол етри пропилен серије.

Zakljucak

На основу најбољих доступних података о годишњој инциденци повреда и болести на раду, радници у полупроводницима су мање изложени ризику од радника у другим производним секторима или у целом приватном сектору (укључујући многе непроизводне индустрије). На међународној основи, чини се да статистички подаци о повредама на раду и болестима повезаним са случајевима изгубљених радних дана могу бити прилично поуздан показатељ искуства у области безбедности и здравља радника на полупроводницима широм света. Индустрија је спонзорисала неколико независних епидемиолошких студија у покушају да се пронађу одговори на питања о последицама по репродуктивно здравље у вези са запошљавањем у индустрији. Иако дефинитивна повезаност између уочених побачаја и излагања гликол етерима на бази етилена није установљена, индустрија је почела да користи алтернативне фотоотпорне раствараче.

 

Назад

Преглед индустрије

Електронска индустрија, у поређењу са другим индустријама, сматрана је „чистом“ у смислу њеног утицаја на животну средину. Без обзира на то, хемикалије које се користе у производњи електронских делова и компоненти, као и отпад који се ствара, стварају значајна питања животне средине која се морају решавати на глобалном нивоу због величине електронске индустрије. Отпад и нуспроизводи који потичу од производње плоча за штампање (ПВБ), штампаних плоча (ПЦБ) и полупроводника су области од интереса које је електронска индустрија енергично водила у смислу превенције загађења, технологије третмана и техника рециклаже/рекултивације. .

У великој мери, подстицај за контролу утицаја електронских процеса на животну средину прешао је са еколошког подстицаја на финансијску област. Због трошкова и обавеза повезаних са опасним отпадом и емисијама, електронска индустрија је агресивно имплементирала и развила контроле животне средине које су у великој мери смањиле утицај њених нуспроизвода и отпада. Поред тога, електронска индустрија је преузела проактиван приступ да инкорпорира еколошке циљеве, алате и технике у своје еколошки свесне послове. Примери овог проактивног приступа су постепено укидање ЦФЦ-а и перфлуорованих једињења и развој „еколошки прихватљивих“ алтернатива, као и „дизајн за животну средину“ који се појављује у развоју производа.

Производња ПВБ, ПЦБ-а и полупроводника захтева употребу разних хемикалија, специјализованих производних техника и опреме. Због опасности повезаних са овим производним процесима, правилно управљање хемијским нуспроизводима, отпадом и емисијама је од суштинског значаја да би се осигурала безбедност запослених у индустрији и заштита животне средине у заједницама у којима бораве.

Табела 1, табела 2 и табела 3 представљају преглед кључних нуспроизвода и отпада који настају у производњи ПВБ, ПЦБ-а и полупроводника. Поред тога, табеле представљају главне врсте утицаја на животну средину и опште прихваћена средства за ублажавање и контролу тока отпада. Пре свега, отпад који настаје утиче на индустријске отпадне воде или ваздух, или постаје чврст отпад.

Табела 1. Производња и контрола ПВБ отпада

Кораци процеса

Опасно
отпадни материјал

еколошки
утицај

Контроле1

Материјал
припрема

ниједан

ниједан

ниједан

Сложите и закачите

Тешки/племенити метали
Епоксид/фиберглас

Чврсти отпад2
Чврсти отпад2

Рециклирајте / повратите
Рециклирајте / повратите

Бушење

Тешки/племенити метали
Епоксид/фиберглас

Чврсти отпад2
Чврсти отпад2

Рециклирајте / повратите
Рециклирајте / повратите

Дебурр

Тешки/племенити метали
Епоксид/фиберглас

Чврсти отпад2
Чврсти отпад2

Рециклирајте / повратите
Рециклирајте / повратите

Елецтролесс
бакрачење

Метали

Корозиви/каустици

Флуориди

Отпадне воде

Отпадне воде/ваздух

Отпадне воде

Хемијске падавине

пХ неутрализација/испирање ваздуха
(апсорпција)
Хемијска неутрализација

Сликање

Солвентс

Корозивна средства
Солвентс

ваздух

ваздух
Чврсти отпад2

Адсорпција, кондензација или
спаљивање
Прочишћавање ваздуха (апсорпција)
Рециклирајте / повратите / спалите

Паттерн платинг

Корозивна средства

Метали
Флуориди

Отпадне воде/ваздух

Отпадне воде
Отпадне воде

пХ неутрализација/испирање ваздуха
(апсорпција)
Хемијске падавине
Хемијске падавине

Стрип, грав, трака

Амонијак
Метали
Солвентс

ваздух
Отпадне воде
Чврсти отпад2

Прочишћавање ваздуха (адсорпција)
Хемијске падавине
Рециклирајте / повратите / спалите

Маска за лемљење

Корозивна средства
Солвентс

Растварачи/епоксидна мастила

ваздух
ваздух

Чврсти отпад2

Прочишћавање ваздуха (адсорпција)
Адсорпција, кондензација или
спаљивање
Рециклирајте / повратите / спалите

Лемни премаз

Солвентс

Корозивна средства
Олово/калајни лем, флукс

ваздух

ваздух
Чврсти отпад2

Адсорпција, кондензација или
спаљивање
Прочишћавање ваздуха (адсорпција)
Рециклирајте / повратите

Позлата

Корозивна средства
Корозивна средства
Метали
Метали

ваздух
Отпадне воде
Отпадне воде
Чврсти отпад2

Прочишћавање ваздуха (адсорпција)
пХ неутрализација
Хемијске падавине
Рециклирајте / повратите

Саставни
легенда

Солвентс

Растварачи/мастила

ваздух

Чврсти отпад2

Адсорпциона кондензација или
спаљивање
Рециклирајте / повратите / спалите

1. Употреба контрола за ублажавање утицаја зависи од ограничења испуштања на одређеној локацији.

2. Чврсти отпад је сваки одбачени материјал без обзира на његово стање.

Табела 2. Производња ПЦБ отпада и контроле

Кораци процеса

Опасно
отпадни материјал

еколошки
утицај

Контроле

Чишћење

метали (олово)

Отпадне воде

пХ неутрализација, хемијска
падавине, рециклирајте олово

Пасту за лемљење

Лемна паста (олово/калај)

Чврсти отпад

Рециклирајте / повратите

Лепак
апликација

Епоксидни лепкови

Чврсти отпад

Спаљивање

Саставни
уметање

   

Пластичне траке, колути и цеви
се рециклирају/поновно користе

Стврдњавање лепком и
лемљење рефлов

     

Флукинг

Растварач (ИПА флукс)

Чврсти отпад

Рециклирајте

Лемљење таласом

Метал (шљунак од лемљења)

Чврсти отпад

Рециклирајте / повратите

Инспекција и
дотерати

Метал
(исјечци оловне жице)

Чврсти отпад

Рециклирајте / повратите

Тестирање

Сцраппед популатед
одбори

Чврсти отпад

Рециклирајте / повратите
(даске топљене за драгоцене
опоравак метала)

Прерада и
поправка

Метал (шљунак од лемљења)

Чврсти отпад

Рециклирајте / повратите

Подршка
операције — шаблон
чишћење

Метал
(олово/калај/паста за лемљење)

Чврсти отпад

Рециклирајте/спаљивање

 

Табела 3. Производња и контрола отпада у производњи полупроводника

Кораци процеса

Опасно
отпадни материјал

еколошки
утицај

Контроле

Литографија / бакропис

Солвентс
Метали
Корозиви/нагризајућа средства
Корозивна средства
Сумпорна киселина
Флуориди

Чврсти отпад
Отпадне воде
Отпадне воде
ваздух
Чврсти отпад
Отпадне воде

Рециклирајте / повратите / спалите
Хемијске падавине
пХ неутрализација
Прочишћавање ваздуха (апсорпција)
Рециклирајте/поновно обрадите
Хемијске падавине

Оксидација

Солвентс
Корозивна средства

Чврсти отпад
Отпадне воде

Рециклирајте / повратите / спалите
пХ неутрализација

допинг

Отровни гас (арсин,
фосфин, диборан,
бор трифлуорид,
бор трихлорид, итд.)
Метали (арсеник,
фосфор, бор)

ваздух



Чврсти отпад

Замена течношћу
извори/спаљивање
(афтербурнер)

Рециклирајте / повратите

Хемијско таложење паре

Метали

Корозивна средства

Чврсти отпад

Отпадне воде

Спаљивање

пХ неутрализација

Метализација

Солвентс
Метали

Чврсти отпад
Чврсти отпад

Спаљивање
Рециклирајте / повратите

Монтажа и испитивање

Солвентс
Метали

Чврсти отпад
Чврсти отпад

Рециклирајте / повратите / спалите
Рециклирајте / повратите

Чишћење

Корозивна средства
Флуориди

Отпадне воде
Отпадне воде

пХ неутрализација
Хемијске падавине

 

Следе опште прихваћена средства за ублажавање емисија у индустрији ПВБ, ПЦБ и полупроводника. Контроле избора ће варирати у зависности од инжењерских способности, захтева регулаторне агенције и специфичних састојака/концентрација тока отпада.

Контрола отпадних вода

Хемијске падавине

Хемијска преципитација се генерално користи за уклањање честица или растворљивих метала из ефлуента отпадних вода. Пошто се метали не разграђују природно и токсични су при ниским концентрацијама, њихово уклањање из индустријских отпадних вода је од суштинског значаја. Метали се могу уклонити из отпадних вода хемијским путем јер нису добро растворљиви у води; њихова растворљивост зависи од пХ вредности, концентрације метала, врсте метала и присуства других јона. Типично, ток отпада захтева подешавање пХ на одговарајући ниво да би се метал исталожио. Неопходно је додавање хемикалија у отпадну воду у настојању да се промени физичко стање растворених и суспендованих чврстих материја. Обично се користе креч, каустична и сулфидна средства за таложење. Средства за таложење олакшавају уклањање растворених и суспендованих метала коагулацијом, седиментацијом или хватањем унутар талога.

Резултат хемијског таложења отпадних вода је накупљање муља. Због тога су развијени процеси одводњавања како би се смањила тежина муља помоћу центрифуга, филтер преса, филтера или слојева за сушење. Добијени исушени муљ се затим може послати на спаљивање или на депонију.

пХ неутрализација

пХ (концентрација водоничних јона или киселост) је важан параметар квалитета у индустријским отпадним водама. Због штетних ефеката екстремних пХ вредности у природним водама и на операције пречишћавања отпадних вода, пХ индустријских отпадних вода мора се прилагодити пре испуштања из производног погона. Третман се одвија у низу резервоара који се прате за концентрацију водоничних јона у ефлуенту отпадне воде. Типично, хлороводонична или сумпорна киселина се користи као неутрализујућа корозивна средства, а натријум хидроксид се користи као неутрализујући каустик. Средство за неутрализацију се дозира у ефлуент отпадне воде да би се пХ испуштања подесио на жељени ниво.

Често је потребно подешавање пХ вредности пре примене других процеса пречишћавања отпадних вода. Такви процеси укључују хемијску преципитацију, оксидацију/редукцију, сорпцију активног угља, уклањање и јонску размену.

Контрола чврстог отпада

Материјали су чврсти отпад ако су напуштени или одбачени одлагањем; спаљена или спаљена; или акумулирани, ускладиштени или третирани пре или уместо да буду напуштени (Кодекс савезне уредбе САД 40, одељак 261.2). Опасан отпад генерално испољава једну или више од следећих карактеристика: запаљивост, корозивност, реактивност, токсичност. У зависности од карактеристика опасног материјала/отпада, користе се различита средства за контролу супстанце. Спаљивање је уобичајена алтернатива за третман растварача и металног отпада који настаје током производње ПВБ, ПЦБ-а и полупроводника.

Спаљивање

Спаљивање (сагоревање) или термичко уништавање постало је популарна опција у руковању запаљивим и токсичним отпадом. У многим случајевима, запаљиви отпад (растварачи) се користи као извор горива (мешање горива) за термичке и каталитичке спалионице. Правилно спаљивање растварача и токсичног отпада обезбеђује потпуну оксидацију горива и претвара запаљиви материјал у угљен-диоксид, воду и пепео, чиме се не остављају никакве обавезе везане за преостали опасни отпад. Уобичајени типови спаљивања су термалне и каталитичке спалионице. Избор врсте методе спаљивања зависи од температуре сагоревања, карактеристика горива и времена задржавања. Термалне спалионице раде на високим температурама и широко се користе са халогенизованим једињењима. Типови термалних инсинератора укључују ротационе пећи, убризгавање течности, фиксно ложиште, флуидизовани слој и друге инсинераторе напредног дизајна.

Каталитичке спалионице оксидирају запаљиве материјале (нпр. ВОЦ) убризгавањем загрејане струје гаса кроз слој катализатора. Слој катализатора максимизира површину, а убризгавањем загрејане струје гаса у слој катализатора може доћи до сагоревања на нижој температури од термичког спаљивања.

Емисије у ваздух

Спаљивање се такође користи за контролу емисија у ваздух. Користе се и апсорпција и адсорпција.

Апсорпција

Апсорпција ваздуха се обично користи за чишћење корозивних емисија из ваздуха, пропуштањем загађивача кроз и растварањем у неиспарљивој течности (нпр. води). Ефлуент из процеса апсорпције се обично испушта у систем за пречишћавање отпадних вода, где се подвргава подешавању пХ вредности.

Адсорпција

Адсорпција је приањање (помоћу физичких или хемијских сила) молекула гаса на површину друге супстанце, која се назива адсорбент. Обично се адсорпција користи за екстракцију растварача из извора емисије у ваздух. Активни угаљ, активирана глиница или силика гел су обично коришћени адсорбенти.

Рециклажа

Материјали који се могу рециклирати се користе, поново користе или поново користе као састојци у индустријском процесу за производњу производа. Рециклирање материјала и отпада обезбеђује еколошка и економска средства за ефикасно решавање специфичних врста токова отпада, као што су метали и растварачи. Материјали и отпад се могу рециклирати у компанији, или секундарна тржишта могу прихватити материјале који се могу рециклирати. Одабир рециклаже као алтернативе за отпад мора се процијенити у односу на финансијска разматрања, регулаторни оквир и расположиву технологију за рециклирање материјала.

Футуре Дирецтион

Како се потражња за превенцијом загађења повећава и индустрија тражи исплатива средства за решавање употребе хемикалија и отпада, електронска индустрија мора да процени нове технике и технологије како би побољшала методе за руковање опасним материјалима и стварање отпада. Приступ "енд-оф-пипе" замењен је дизајном за технике заштите животне средине, где се питања животне средине решавају током целог животног циклуса производа, укључујући: очување материјала; ефикасне производне операције; употреба еколошки прихватљивијих материјала; рециклажа, регенерација и рекултивација отпадних производа; и низ других техника које ће обезбедити мањи утицај на животну средину за индустрију производње електронике. Један пример је велика количина воде која се користи у многим корацима испирања и других процеса обраде у индустрији микроелектронике. У областима сиромашним водом, ово приморава индустрију да пронађе алтернативе. Међутим, битно је осигурати да алтернатива (нпр. растварачи) не ствара додатне проблеме животне средине.

Као пример будућих праваца у процесу ПВБ и ПЦБ, табела 4 представља различите алтернативе за стварање еколошки прихватљивије праксе и спречавање загађења. Приоритетне потребе и приступи су идентификовани.

Табела 4. Матрица приоритетних потреба

Приоритетна потреба (смањење
редослед приоритета)

Приступ

Одабрани задаци

Ефикаснија употреба,
регенерација и рециклажа
опасне влажне хемије

Продужите животни век електролиза и
купке за безелектрично облагање.
Развити хемију и
процеси који омогућавају рециклажу
или регенерацију у кући.
Уклоните формалдехид из
материјала и хемије.
Промовишите рециклажу на лицу места и
рекултивација/регенерација.

Истраживања за проширење купатила.
Истражите у линији
пречишћавање/регенерација.
Алтернатива истраживања
хемије.
Изменити владине прописе
да промовише рециклажу.
Образујте линијску производњу о
проблеми са увлачењем/извлачењем.

Смањите генерисани чврсти отпад
отпадом ПВБс, води и
компоненте у отпаду
стреам.

Развијати и промовисати
рециклажа отпадних ПВБс,
води и компонентама.
Развити нову контролу процеса
и алати за перформансе.
Побољшати лемљивост
ПВБс.

Развити инфраструктуру за
рукујте рециклираним материјалом.
Успоставити побољшано
процес-контрола и евалуација
алати који се користе малим и
средња предузећа.
Испоручујте доследно чисто,
лемљиве плоче.

Успоставите бољег добављача
односе за побољшање
развој и прихватање
еколошки прихватљивих
материјали.

Промовишите добављача,
произвођач, купац
партнерства за спровођење
еколошки материјали.

Развити модел опасног
управљање материјалима
систем за мале и
средње величине ПВБ
компаније.

Смањите утицај на
употреба опасних материја у
ПВБ фабрицатион.

Смањите употребу оловног лема када
могуће и/или смањити
садржај олова у лему.
Развијте алтернативе за лемљење
оплата као резист за нагризање.

Промените спецификације да бисте прихватили
лемна маска преко голог бакра.
Потврдите квалитет олова
оплате алтернативе.

Користите адитивне процесе који
су конкурентни постојећим
процеси.

Развијте поједностављено,
исплатив адитив
материјал и процес
технологије.
Потражите алтернативне изворе и
приступи за адитив
процесна капитална опрема
потребе.

Сарађујте на пројектима за
успоставити нови адитив
диелектрика и метализације
технологије и процеси.

Уклоните мрље рупа у ПВБ-у
измишљотина.

Развити смоле које се не размазују или
системи за бушење.

Истражите алтернативу
ламинат и пре-прег
материјали.
Развити употребу ласера ​​и
друге алтернативе бушењу
системи.

Смањите потрошњу воде
и пражњење.

Развити употребу воде
оптимизација и рециклирање
систем.
Смањите број
кораци чишћења у ПВБ
производња.
Елиминишите руковање деловима и
припрема за смањење
поновно чишћење.

Измените спецификације да бисте смањили
захтеви за чишћење.
Истражите алтернативу
методе руковања деловима.
Промените или елиминишите
хемије које захтевају
чишћење.

Извор: МЦЦ 1994.

 

Назад

" ОДРИЦАЊЕ ОД ОДГОВОРНОСТИ: МОР не преузима одговорност за садржај представљен на овом веб порталу који је представљен на било ком другом језику осим енглеског, који је језик који се користи за почетну производњу и рецензију оригиналног садржаја. Одређене статистике нису ажуриране од продукција 4. издања Енциклопедије (1998).“

Садржај