第8章典型產(chǎn)品的制造系統(tǒng)

第8章提要為了說(shuō)明先進(jìn)制造系統(tǒng)、模式與技術(shù)的應(yīng)用，體現(xiàn)先進(jìn)制造系統(tǒng)“大范圍、全過(guò)程和高技術(shù)”的特點(diǎn)，本章針對(duì)汽車、集成電路和計(jì)算機(jī)這三種典型產(chǎn)品，概括介紹了它們的設(shè)計(jì)與制造原理、制造系統(tǒng)的功能構(gòu)成和過(guò)程構(gòu)成，并盡可能通過(guò)案例加以說(shuō)明。對(duì)于工業(yè)工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于就業(yè)面很廣，“系統(tǒng)”與“模式”的內(nèi)容固然重要，而有關(guān)產(chǎn)品技術(shù)的基本知識(shí)也是必不可少的。因此，面向不同的行業(yè)，建議在學(xué)習(xí)過(guò)程中選用相關(guān)內(nèi)容?！摹诺?章典型產(chǎn)品的制造系統(tǒng)8.1

汽車制造系統(tǒng)8.2集成電路制造系統(tǒng)

8.3計(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)

∨∧8.1汽車制造系統(tǒng)

8.1.1汽車的構(gòu)造

8.1.2汽車的設(shè)計(jì)

8.1.3汽車的生產(chǎn)準(zhǔn)備

8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

8.1.5汽車的總裝配

∧∨8.1.1汽車的構(gòu)造1.汽車的分類

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB3730.1-88規(guī)定，汽車分為：

載貨汽車:簡(jiǎn)稱貨車，指用于裝載貨物的汽車。越野汽車。自卸汽車:以運(yùn)送貨物為主且具有可傾卸貨箱的汽車。牽引汽車:主要用作牽引掛車的汽車。專用汽車:具有專門設(shè)備且有專項(xiàng)用途的汽車?？蛙嚕褐饕糜谳d送人員及其隨身行李物品，乘坐人數(shù)含駕駛員在內(nèi)9人以上的汽車。轎車：乘坐人數(shù)含駕駛員在內(nèi)9人以下的小型載客汽車。

∧∨四大組成部分發(fā)動(dòng)機(jī)底盤車身電氣設(shè)備8.1.1汽車的構(gòu)造2.汽車構(gòu)造

∧∨(1）發(fā)動(dòng)機(jī)

汽車的動(dòng)力裝置，其作用是使供入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料經(jīng)過(guò)燃燒而變成熱能，并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，通過(guò)底盤的傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)汽車行駛。

8.1.1汽車的構(gòu)造∧∨是汽車構(gòu)成的基礎(chǔ)，其作用是支承、安裝發(fā)動(dòng)機(jī)、車身等部件及總成，形成汽車的總體造型，接受發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)且保證汽車正常行駛。

(2）底盤圖8-1轎車總體構(gòu)造1—后橋2—制動(dòng)器3—后輪4—減振器5—后懸掛6—消聲器7—傳動(dòng)軸8—變速器9—前車輪10—前懸掛11—前橋12—車身13—散熱器14—發(fā)動(dòng)機(jī)15—轉(zhuǎn)向器16—轉(zhuǎn)向盤17—座椅18—燃油箱8.1.1汽車的構(gòu)造∧∨8.1.2汽車的設(shè)計(jì)

1.制定產(chǎn)品開(kāi)發(fā)規(guī)劃基本步驟：

確定具體的車型進(jìn)行可行性分析擬定汽車的初步方案編寫(xiě)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)∧∨8.1.2汽車的設(shè)計(jì)

2.初步設(shè)計(jì)①汽車總布置設(shè)計(jì)

將汽車各個(gè)總成及其所裝載的人員或貨物安排在恰當(dāng)?shù)奈恢茫员ＷC各總成運(yùn)轉(zhuǎn)相互協(xié)調(diào)、乘坐舒適和裝卸方便。繪制汽車的總布置圖；零部件的運(yùn)動(dòng)范圍校核。②設(shè)計(jì)效果圖

效果圖是表現(xiàn)汽車造型效果的圖畫(huà)。③制作縮小比例模型

縮小比例模型是在構(gòu)架上涂敷造型泥雕塑而成。④進(jìn)行方案論證

目的是從若干個(gè)造型方案中選擇出一個(gè)合適的車型方案，以便作為技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)。∧∨8.1.2汽車的設(shè)計(jì)

3.技術(shù)設(shè)計(jì)

1）確定汽車造型繪制1∶1整車外形效果圖。制作1∶1外部模型。制作1∶1內(nèi)部模型，用以審視汽車內(nèi)部造型效果和檢驗(yàn)汽車內(nèi)部尺寸。交付主管部門和有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)審批，使汽車最終定型?！摹?.1.2汽車的設(shè)計(jì)

3.技術(shù)設(shè)計(jì)

2）確定汽車結(jié)構(gòu)這一階段的主要任務(wù)是繪制尺寸控制圖，目的是：準(zhǔn)確地確定各部件總成的所在位置和支承連接方式。確定各部件總成的控制尺寸和控制質(zhì)量。確定各操縱機(jī)構(gòu)的位置及其活動(dòng)范圍。對(duì)各相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，確定運(yùn)動(dòng)空間，以防止運(yùn)動(dòng)干涉。確定駕駛室內(nèi)部的布置。確定各部件的質(zhì)心位置。確定汽車外形尺寸和汽車總布置的各項(xiàng)參數(shù)。對(duì)各部件總成提出具體的設(shè)計(jì)要求?！摹?.1.2汽車的設(shè)計(jì)

4.汽車總裝配圖的繪制

汽車總裝配圖的繪制是在各總成的設(shè)計(jì)工作全部完成后并經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和工藝審查后進(jìn)行的。其目的是進(jìn)行圖面裝配，對(duì)各個(gè)部件的特性參數(shù)、特性尺寸以及尺寸鏈進(jìn)行全面仔細(xì)的校核，最后核準(zhǔn)各項(xiàng)參數(shù)?！摹?.1.2汽車的設(shè)計(jì)

5.試制、試驗(yàn)、修改和定型

通過(guò)試制，應(yīng)該了解整車和部件的結(jié)構(gòu)工藝性，了解整車在裝配中發(fā)生的問(wèn)題，并及時(shí)協(xié)調(diào)解決，為了檢查樣車是否符合設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)項(xiàng)目包括尺寸參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)的測(cè)定，整車性能試驗(yàn)，可靠性行駛試驗(yàn)以及耐久性行駛試驗(yàn)。對(duì)暴露出的問(wèn)題進(jìn)行分析和改進(jìn)，修改圖樣，為下一輪試制作好技術(shù)準(zhǔn)備。從新產(chǎn)品設(shè)計(jì)到定型投產(chǎn)一般需要經(jīng)過(guò)幾輪試制，試驗(yàn)及修改圖樣的過(guò)程，直至產(chǎn)品定型?！摹?.1.3汽車的生產(chǎn)準(zhǔn)備

1.進(jìn)行批量生產(chǎn)準(zhǔn)備

實(shí)施汽車的批量生產(chǎn)，生產(chǎn)部門要按規(guī)劃內(nèi)容制定進(jìn)行批量生產(chǎn)的實(shí)施計(jì)劃，并且還要具備批量生產(chǎn)的相應(yīng)設(shè)備，主要有鑄造、鍛造、壓力成型、樹(shù)脂成型、機(jī)械加工、噴涂、裝配、輸送、檢查等設(shè)備?！摹?.1.3汽車的生產(chǎn)準(zhǔn)備

2.批量生產(chǎn)試制

目的是檢查生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，檢查生產(chǎn)設(shè)備所制造的汽車的質(zhì)量和性能。這些試驗(yàn)也是在開(kāi)發(fā)部門進(jìn)行的。批量生產(chǎn)試制所用中等程度的模具的更換一般可進(jìn)行兩次：第一次是對(duì)批量生產(chǎn)的初始品的安裝配合進(jìn)行認(rèn)可。第二次是對(duì)第一次不合格部分作改進(jìn)后的進(jìn)一步確認(rèn)與對(duì)其綜合品質(zhì)的鑒定，并進(jìn)行細(xì)小方面的修整?！摹?.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

（1）動(dòng)力總成零件的制造

1.動(dòng)力總成制造

動(dòng)力總成包括發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸與車軸等驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組件，它是構(gòu)成汽車的心臟的重要部件。1）鑄造工藝要求是：

設(shè)法減輕鑄件的重量。優(yōu)化鑄造技術(shù)?！摹?.動(dòng)力總成制造

2）鍛造工藝要求是：熱鍛的自動(dòng)化、高速化和高精度化，如對(duì)汽車零件已較普遍采用了專機(jī)熱鍛加工法。熱壓成型的自動(dòng)化，如對(duì)滾動(dòng)軸承滾道、齒輪毛坯進(jìn)行裁斷、預(yù)成型、成型和拔孔的自動(dòng)化生產(chǎn)工藝。8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨1.動(dòng)力總成制造

3）輥壓工藝要求是：

實(shí)現(xiàn)加工高速化、自動(dòng)化。

4）冷鍛工藝要求是實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化和大批量生產(chǎn)。8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨1.動(dòng)力總成制造

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)加工裝配

1）機(jī)械加工

一般地，月產(chǎn)數(shù)萬(wàn)臺(tái)左右的大量生產(chǎn)規(guī)模下的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械加工，如氣缸套和氣缸蓋，大多采用以組合機(jī)床為中心的大規(guī)模設(shè)備。其工藝要求有三點(diǎn)：保持高質(zhì)量加工進(jìn)行多品種加工

實(shí)現(xiàn)高效率加工8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨2）裝配及試驗(yàn)

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配作業(yè)，現(xiàn)已開(kāi)始自動(dòng)化。而裝配的質(zhì)量，一般也是由裝配線來(lái)保證。裝配完成后，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能試驗(yàn)，也可用微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。圖8-2

發(fā)動(dòng)機(jī)總裝8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨（3）變速箱加工裝配

1）箱體加工

變速箱主要由箱體、軸和齒輪所構(gòu)成。

在箱體加工工藝中，一般是使用組合機(jī)床，其工作形式可分為自動(dòng)線上工件直接傳送形式和傳輸線上托盤傳送形式。8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨（3）變速箱加工裝配

2）齒輪加工

在齒輪加工工藝中要求做到：齒輪的嚙合精度好；熱處理時(shí)變形小且穩(wěn)定；齒面光潔度好；減少齒型、導(dǎo)程、齒輪振擺等誤差。

8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨（3）變速箱加工裝配

典型的變速箱總成裝配過(guò)程為：箱體打號(hào)→裝換檔聯(lián)接軸→裝球頭搖臂、差速器總成，倒檔杠桿→裝軸齒及換檔軸組件→裝倒檔惰輪→裝換擋鎖緊機(jī)構(gòu)→左箱體涂膠→擰緊箱體聯(lián)接螺栓→中間軸左軸承外環(huán)壓裝→左油封壓裝→裝軸承壓板→裝導(dǎo)向盒及換擋桿組件→裝五檔齒輪→備用工位→左箱體后蓋結(jié)合面涂膠并安裝→擰緊倒檔軸定位螺栓及后蓋螺栓預(yù)緊→后蓋聯(lián)接螺栓擰緊→擰緊進(jìn)/排油口螺塞→總成裝配質(zhì)量檢查→變速器總成轉(zhuǎn)線→總成密封性能試驗(yàn)→潤(rùn)滑油加注→總成綜合性能試驗(yàn)→終檢→合格品放油入庫(kù)，不合格品送返修區(qū)。

3）裝配8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨2.車身制造

（1）沖壓

車身主要用鋼板沖壓件經(jīng)焊接、粘接或螺紋連接而成，其制造工藝大致順序?yàn)椋簺_壓→焊裝→涂裝→內(nèi)飾裝配。

用于生產(chǎn)車身的原材料為薄鋼板卷料，先進(jìn)行矯直，再進(jìn)行剪切下料成為沖壓坯料。沖壓工序一般為：拉深→沖壓切邊→成形→彎曲→翻邊→整形等。

8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨圖8-3轎車車身自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線1—磁力分層裝置2—翻轉(zhuǎn)傳送裝置3—穿梭傳送裝置4—皮帶運(yùn)輸機(jī)5—下料機(jī)器人6—壓力機(jī)7—下料機(jī)器人8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨2.車身制造

2.車身制造

（2）焊裝汽車車身是將多種沖壓件分別組焊成許多大總成后，再焊裝成車身。焊裝生產(chǎn)中應(yīng)用最多的焊接方法是點(diǎn)焊。每一臺(tái)轎車車身約有3000個(gè)焊點(diǎn)，其中多數(shù)是2層焊接，出于結(jié)構(gòu)上的原因，也可適用3~4層搭焊。

圖8-4焊裝生產(chǎn)線上的焊接機(jī)器人8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨2.車身制造

（3）涂裝

涂裝的目的是保護(hù)汽車，防止生銹，并對(duì)汽車起裝飾作用。不同級(jí)別的汽車其涂裝工藝也不相同。對(duì)于轎車車身，典型的涂裝工藝包括：前處理工藝、底漆工藝、密封及車底防護(hù)工藝、中涂工藝和面漆工藝幾個(gè)部分。

圖8-5正在進(jìn)行涂裝的轎車車身

8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨2.車身制造

（3）涂裝

1）涂裝前處理工藝

是在車身金屬基體表面上形成磷化膜，以提高其防銹能力以及與底漆的結(jié)合能力，包括脫脂、磷化、清洗等內(nèi)容。2）底漆工藝

采用的是電泳涂裝。電泳涂裝是將具有導(dǎo)電性的被涂物浸漬在裝滿水稀釋的、固體成分比較低的電泳槽作為陽(yáng)極（或陰極），在槽中另設(shè)置與其相對(duì)應(yīng)的陰極（或陽(yáng)極），在兩極間通直流電，在被涂物上析出均勻、水不溶的涂膜的一種涂裝方法。8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨2.車身制造

（3）涂裝

3）密封及車底防護(hù)工藝

密封的主要部位是汽車車身沖壓件的組合焊縫部位。

車底防護(hù)的目的主要是抵御路面沙石的沖擊，延長(zhǎng)車體使用壽命，阻止噪聲振動(dòng)的傳遞，降低車內(nèi)噪聲。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)在車身底部、翼子板內(nèi)涂布抗石擊、隔熱阻尼材料，在駕駛室底板、前圍、輪罩、行李箱內(nèi)、頂蓋、車門外板內(nèi)側(cè)等部位放置隔熱阻尼膠板。8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨2.車身制造

（3）涂裝

5）面漆工藝

面漆是汽車車身多層涂裝中最后一道涂層、它對(duì)車體起保護(hù)和裝飾雙重作用。一般多采用空氣噴涂，也有采用靜電噴涂以及自動(dòng)化噴涂。

8.1.4汽車零部件的生產(chǎn)

∧∨4）中涂工藝

中涂層介于底漆與面漆之間，主要作用是改善被除物表面和底漆涂層的平整度，為面漆層創(chuàng)造良好的基底，以提高整個(gè)涂層的裝飾性和抗石擊性。8.1.5汽車的總裝配

汽車總裝配也稱汽車總裝，是指以車架為基礎(chǔ)件將檢驗(yàn)合格的各類總成、零件及連接件按規(guī)定的精度標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求組合為整車，并進(jìn)行檢測(cè)以確定其合格與否的工藝過(guò)程?？傃b配主要內(nèi)容包括：整車裝配、飾件裝配、檢驗(yàn)調(diào)整、性能試驗(yàn)及試車等。

∧∨8.1.5汽車的總裝配

圖8-6轎車總裝配線∧∨8.1.5汽車的總裝配1.總裝配的組織形式

根據(jù)汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和批量大小的不同，總裝的組織形式一般可分為:

1）固定式裝配

是將汽車各總成或部件的全部裝配工作安排在一個(gè)固定的工作地點(diǎn)進(jìn)行裝配，裝配過(guò)程中基礎(chǔ)件位置不變，裝配所需要的零部件全部匯集在工作地點(diǎn)附近，由一組工人去完成。2）移動(dòng)式裝配

是將汽車總成或部件置于裝配線上、通過(guò)連續(xù)或間歇的移動(dòng)使其順次經(jīng)過(guò)各裝配工作地點(diǎn)，以完成全部裝配工作。∧∨8.1.5汽車的總裝配2.總裝配線的組成

總裝線一般是由以下幾個(gè)部分組成的：內(nèi)飾裝配線底盤裝配線外飾裝配線車輛行駛性能檢測(cè)線∧∨8.1.5汽車的總裝配3.總裝配線的物流設(shè)備

由于在汽車的總裝配階段所需各種零部件都要運(yùn)到總裝配線上進(jìn)行裝配，因此物流量相當(dāng)大。用于總裝配線的物流裝配主要有以下三類：卸貨設(shè)備搬運(yùn)移動(dòng)設(shè)備輸送設(shè)備∧∨8.1.5汽車的總裝配4.先進(jìn)制造系統(tǒng)的技術(shù)特征

汽車制造系統(tǒng)是各類制造系統(tǒng)中的典型代表，幾乎所有的先進(jìn)制造模式和技術(shù)都在汽車制造過(guò)程中得到了應(yīng)用。（1）工業(yè)機(jī)器人

a）b）圖8-7工業(yè)機(jī)器人在轎車總裝配線的應(yīng)用

∧∨8.1.5汽車的總裝配4.先進(jìn)制造系統(tǒng)的技術(shù)特征

（2）自動(dòng)導(dǎo)向車（AGV）

在汽車總裝線應(yīng)用AGV可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)裝配，提高裝配線的自動(dòng)化水平。AGV系統(tǒng)的中心控制臺(tái)可進(jìn)行多車系統(tǒng)集中調(diào)度、監(jiān)視、管理。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信，采用激光導(dǎo)航技術(shù)，保證了AGV快速運(yùn)行，精確定位，實(shí)現(xiàn)了工作區(qū)域內(nèi)全方位自由行走，自動(dòng)安全避讓等功能。∧∨8.1.5汽車的總裝配4.先進(jìn)制造系統(tǒng)的技術(shù)特征

（2）自動(dòng)導(dǎo)向車（AGV）

∧∨圖8-8正在運(yùn)送轎車后橋的AGV8.1.5汽車的總裝配4.先進(jìn)制造系統(tǒng)的技術(shù)特征

（3）電動(dòng)多軸擰緊機(jī)

圖8-9用電動(dòng)多軸擰緊機(jī)裝配車輪

電動(dòng)擰緊機(jī)多軸是一種目前比較先進(jìn)的螺栓擰緊設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)擰緊扭矩和角度的精確控制。它使用了高精度的傳感器，通過(guò)工控機(jī)控制擰緊力矩的大小，使螺釘、螺母的擰緊扭矩完全達(dá)到工藝要求范圍，保證了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。∧∨8.1.5汽車的總裝配4.先進(jìn)制造系統(tǒng)的技術(shù)特征

（4）總裝車間物流配送系統(tǒng)

圖8-10轎車總裝線的物流系統(tǒng)方案指令拆散中心集裝箱分籃中心拖車生產(chǎn)線貨筐車零件零件零件零件前一輛車后一輛車∧∨第8章復(fù)習(xí)思考題(8.1)1汽車的總體構(gòu)造包括哪四大組成部分?2汽車的底盤由哪幾部分組成?3簡(jiǎn)述汽車的設(shè)計(jì)過(guò)程。4汽車的動(dòng)力總成包括哪些組件？其零件的制造一般涉及到哪些生產(chǎn)工藝？5汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械加工有何主要工藝要求？6汽車的車身制造自動(dòng)化技術(shù)水平體現(xiàn)在哪些作業(yè)中？7汽車總裝配的主要內(nèi)容是什么？各應(yīng)用了何種先進(jìn)制造技術(shù)？8你對(duì)在汽車制造系統(tǒng)中采用先進(jìn)制造模式有何認(rèn)識(shí)？

∧∨8.2集成電路制造系統(tǒng)

∧∨8.2.1半導(dǎo)體與晶體管

8.2.2芯片的制造8.2.3集成電路的設(shè)計(jì)

8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

8.2.1半導(dǎo)體與晶體管1947年，世界上第一只晶體管在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，使半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了集中的增長(zhǎng)。作為集成電路的基本電子組件，晶體管的大小40多年來(lái)一直在縮減，如何制造更小尺寸的晶體管是半導(dǎo)體行業(yè)研發(fā)精英正在努力的方向。現(xiàn)在，不斷創(chuàng)新的工藝和新的材料推動(dòng)了先進(jìn)晶體管技術(shù)的發(fā)展。

∧∨8.2.1半導(dǎo)體與晶體管

1959年，美國(guó)仙童公司和德州儀器同時(shí)發(fā)明了全新概念的集成電路——通過(guò)一種特殊的平面處理技術(shù)讓硅晶體管大批量集中在同一塊芯片上，由此誕生了集成電路和半導(dǎo)體芯片的概念。半導(dǎo)體的工藝進(jìn)步主要體現(xiàn)在線長(zhǎng)的不斷縮短上。線長(zhǎng)是指芯片內(nèi)各個(gè)硅晶體管連接導(dǎo)線的寬度。線長(zhǎng)縮短帶來(lái)以下三個(gè)方面好處：更高的芯片集成度更低的成本

更低的功耗與更高的工作頻率

∧∨8.2.1半導(dǎo)體與晶體管1964年，仙童公司創(chuàng)始人之一的摩爾（GordonMoore）博士在作統(tǒng)計(jì)圖表中發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇特的規(guī)律——集成電路上能被集成的晶體管數(shù)目，在過(guò)去一直以每18個(gè)月翻一番的速度穩(wěn)定增長(zhǎng)。這被稱為摩爾定律（Moone’slow）（圖8-11）。IT專家預(yù)言摩爾定律“將在接下來(lái)的15～20年繼續(xù)有效”。圖8-11處理器晶體管規(guī)模和摩爾定律預(yù)測(cè)之比較101010910810710610510410319701980199020002010Montectio集成電路上能被集成的晶體管數(shù)目∧∨8.2.1半導(dǎo)體與晶體管從2001年的0.13μm、2003年的90nm（0.09μm），到2005年將要引入的65nm（0.065μm）制造工藝，半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)入了納米時(shí)代。同樣，晶體管的尺寸也受到了挑戰(zhàn)，在90nm工藝中，晶體管的長(zhǎng)度已經(jīng)縮減到不足40nm。

a）b）圖8-1265nm工藝制造的SRAM芯片a）容量為70Mbit的芯片面積只有110mm2b）芯片的基本存儲(chǔ)單元（白虛線區(qū)域的面積只有0.57μm2）∧∨8.2.2芯片的制造

1.芯片的結(jié)構(gòu)

圖8-13硅芯片的器件和層1－凹進(jìn)導(dǎo)電層2－絕緣層3－金屬層4－頂部保護(hù)層5－導(dǎo)電層6－硅襯底432156制造電子器件的基本半導(dǎo)體材料為圓形單晶片薄片，稱為硅片。由硅片生產(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品被稱為芯片，也稱為管芯，而硅圓片通常被稱為襯底。在一片硅片上可同時(shí)制作幾十甚至上百個(gè)特定的芯片。在一片硅片上芯片數(shù)的不同取決于產(chǎn)品的類型和每個(gè)芯片的尺寸，而芯片尺寸的改變?nèi)Q于在一個(gè)芯片上集成的水平。∧∨8.2.2芯片的制造

1.芯片的結(jié)構(gòu)

電路集成半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)周期每個(gè)芯片元件數(shù)沒(méi)有集成（分離元件）小規(guī)模集成電路（SSI）中規(guī)模集成電路（MSI）大規(guī)模集成電路（LSI）超大規(guī)模集成電路（VLSI）甚大規(guī)模集成電路（ULSI）1960年之前20世紀(jì)60年代前期20世紀(jì)60年代到70年代前期20世紀(jì)70年代前期到70年代后期20世紀(jì)70年代后期到80年代后期20世紀(jì)90年代后期至今12至5020至50005000至100000100000至1000000大于1000000表8-1芯片集成元件數(shù)的發(fā)展∧∨8.2.2芯片的制造

2.芯片的制造流程

芯片制造流程分為5個(gè)階段，這些階段是獨(dú)立的。圖8-14集成電路制造的階段a）硅片制備b）硅片制造c）硅片測(cè)試/揀選d）裝配與封裝e）終測(cè)a）b）c）e）d）單晶硅缺陷芯片劃片線單個(gè)芯片裝配封裝∧∨（1）硅片制備

在第一階段，將硅從沙中提煉并純化。經(jīng)過(guò)特殊工藝產(chǎn)生適當(dāng)直徑的硅錠，然后將硅錠切割成用于制造微芯片的薄硅片。按照專用的參數(shù)規(guī)范制備硅片。

8.2.2芯片的制造

2.芯片的制造流程

∧∨2.芯片的制造流程

（2）硅片制造

自硅片開(kāi)始的微芯片制作是第二階段，被稱為硅片制造。裸露的硅片到達(dá)硅片制造廠，然后經(jīng)過(guò)各種清洗、成膜、光刻、刻蝕和摻雜步驟。加工完的硅片具有永久刻蝕在硅片上的一整套集成電路。8.2.2芯片的制造

∧∨2.芯片的制造流程

（3）硅片測(cè)試/揀選

硅片制造完成后，硅片被送到測(cè)試/揀選區(qū)，在那里進(jìn)行單個(gè)芯片的探測(cè)和電學(xué)測(cè)試。然后選出可接受和不可接受的芯片，并為有缺陷的芯片做標(biāo)記，通過(guò)硅片測(cè)試的芯片將繼續(xù)進(jìn)行以后的工藝。8.2.2芯片的制造

∧∨2.芯片的制造流程

（4）裝配與封裝

測(cè)試/揀選后，硅片進(jìn)入裝配和封裝步驟，以便把單個(gè)芯片包裝在一個(gè)保護(hù)管殼內(nèi)。硅片的背面需要進(jìn)行研磨以減少襯底的厚度。一片厚的塑料膜被貼在每個(gè)硅片的背面，以保持硅片不脫落，然后，在正面沿著劃片線用帶金剛石尖的鋸刃將每個(gè)硅片的芯片分開(kāi)。在裝配廠，好的芯片被壓焊或抽空形成裝配包。稍后，將芯片密封在塑料或陶瓷殼內(nèi)。最終的實(shí)際封裝形式隨芯片類型及其應(yīng)用場(chǎng)合而定。8.2.2芯片的制造

∧∨2.芯片的制造流程

（5）終測(cè)為確保芯片的功能，要對(duì)每一個(gè)被封裝的集成電路進(jìn)行測(cè)試，以滿足制造商的電學(xué)和環(huán)境的特性參數(shù)要求。終測(cè)后，芯片被發(fā)送給客戶以便裝配到專用場(chǎng)合；例如，將存儲(chǔ)器元件安裝在個(gè)人電腦的電路板上。8.2.2芯片的制造

∧∨8.2.3集成電路的設(shè)計(jì)

1.集成電路的分類

集成電路（IC）按功能可分為：

數(shù)字IC

模擬IC

微波IC

其他IC?！摹?.2.3集成電路的設(shè)計(jì)

2.集成電路設(shè)計(jì)流程

IC設(shè)計(jì)是將系統(tǒng)、邏輯與性能的設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)化為具體的物理版圖的過(guò)程。一個(gè)好的IC產(chǎn)品需要設(shè)計(jì)、工藝、測(cè)試、封裝等一整套工序的密切配合。IC設(shè)計(jì)是研究和開(kāi)發(fā)IC的第一步，也是最重要的一步。圖8-15集成電路的設(shè)計(jì)流程

∧∨8.2.3集成電路的設(shè)計(jì)

3.IC設(shè)計(jì)與軟件開(kāi)發(fā)的比較

以IC設(shè)計(jì)與軟件開(kāi)發(fā)的相同之處來(lái)說(shuō)明IC設(shè)計(jì)的一些特點(diǎn)。(1）使用的工具。IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)軟件已居于主導(dǎo)地位。用運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上的硬件描述語(yǔ)言（HDL）來(lái)進(jìn)行IC設(shè)計(jì)，現(xiàn)有的HDL語(yǔ)言如VHDL、VerilogHDL等均與PC軟件開(kāi)發(fā)工具C語(yǔ)言類似。(2）開(kāi)發(fā)過(guò)程。目前IC的設(shè)計(jì)多采用“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法，逐步細(xì)化功能和模塊，直至設(shè)計(jì)環(huán)境能夠提供的各類單元庫(kù)。整個(gè)過(guò)程與軟件開(kāi)發(fā)相同。(3）最終產(chǎn)品。與軟件一樣，IC設(shè)計(jì)最終的產(chǎn)品將以一種載體體現(xiàn)，對(duì)于軟件來(lái)說(shuō)是磁盤中的二進(jìn)制可執(zhí)行代碼，對(duì)于IC來(lái)說(shuō)就是滿足用戶“速度功耗積”（衡量IC設(shè)計(jì)水平的重要標(biāo)志）的芯片。軟件是通過(guò)硬件來(lái)體現(xiàn)的，硬件是軟件的載體。

∧∨8.2.3集成電路的設(shè)計(jì)

4.EDA軟件設(shè)計(jì)IC的一個(gè)案例下面是一段用HDL語(yǔ)言編制的一段程序：//verilogHDLforbym4，beh10_behavioralmodulebeh10（r）；//程序模塊，模塊名稱beh10outputr，

//定義輸出引腳rregr；

//定義一位的寄存器rreg[2；0]i；

//定義三位的寄存器iinitial//初始化begin//開(kāi)始r=0；

//低電平for（i=0，i<=5，i=i+1）//循環(huán)6次r=#（i*10）i[0]；endendmodule∧∨8.2.3集成電路的設(shè)計(jì)

4.EDA軟件設(shè)計(jì)IC的一個(gè)案例程序說(shuō)明：i=0～5，共6次循環(huán)。每次循環(huán)中，先延時(shí)(i*10)ns，再按照當(dāng)前寄存器i的第0位狀態(tài)，相應(yīng)輸出r。如：i=0,則i的第0位是0，r輸出低電平；i=1，則i的第0位是1，r輸出高電平；i每次增加1，第0位依次變化為0,1,0,1，即輸出r的電平分別為低、高、低、高，而每個(gè)延時(shí)間隔的寬度分別為0,10ns,20ns,30ns,40ns,50ns?！摹?.2.3集成電路的設(shè)計(jì)

4.EDA軟件設(shè)計(jì)IC的一個(gè)案例這段用硬件描述語(yǔ)言編制的源程序模塊經(jīng)編譯后，通過(guò)EDA軟件，完成的邏輯級(jí)描述和電路級(jí)描述，最后形成版圖文件，根據(jù)版圖文件制作掩膜版，在特定的工藝條件下加工制造，封裝測(cè)試后的成品芯片具有以下功能：若從芯片的某個(gè)特定引腳輸入周期為10的脈沖方波r，則從芯片的另一個(gè)特定引腳能輸出如圖8-16所示的波形：∧∨圖8-16引腳輸出波形8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

1.半導(dǎo)體的制造工藝過(guò)程

化學(xué)品導(dǎo)線架設(shè)計(jì)光罩制造封裝和裝配測(cè)試圓晶氧化擴(kuò)散金屬濺鍍離子注入刻蝕顯影上光阻圖8-17半導(dǎo)體制造工藝過(guò)程∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

1.半導(dǎo)體的制造工藝過(guò)程

（1）氧化

硅基集成電路制造技術(shù)的基礎(chǔ)之一是在硅片表面來(lái)熱生長(zhǎng)一層氧化膜的能力，是硅片進(jìn)入制造過(guò)程的第一步。根據(jù)作為氧化氣體的氧是否帶有水蒸氣，熱氧化生長(zhǎng)分為干氧氧化和濕氧氧化兩種方式。

圖8-18的立式爐是用于濕氧氧化的一種熱工藝設(shè)備。∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

圖8-18立式爐系統(tǒng)示意圖尾氣微控制器微控制器硅片傳送控制器溫度控制器氣流控制器舟裝載器尾氣控制器壓力控制器石英工藝腔加熱器1加熱器2加熱器3三溫區(qū)加熱器氣體儀表板石英舟工藝氣體剛瓶舟電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硅片裝載/卸載系統(tǒng)∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

1.半導(dǎo)體的制造工藝過(guò)程

（2）擴(kuò)散

擴(kuò)散的主要設(shè)備是高溫?cái)U(kuò)散爐和濕法清洗設(shè)備。前者可在近1200℃的高溫下工作，并能完成氧化、擴(kuò)散、沉淀、退火以及合金等多種工藝流程。后者是擴(kuò)散區(qū)終的輔助工具。硅片在放入高溫爐之前必須進(jìn)行徹底地清洗，以除去硅片表面的沾污和自然氧化層。

∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

1.半導(dǎo)體的制造工藝過(guò)程

（3）光刻

目的是將電路圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋于硅片表面的光刻膠上。光刻膠是一種光敏的化學(xué)物質(zhì)，它通過(guò)深紫外線曝光來(lái)印制掩膜板的圖象。光刻膠只對(duì)特定波長(zhǎng)的光線敏感，例如深紫外線和白光，而對(duì)黃光不敏感。光刻工藝圖示如下：∧∨裝片臺(tái)氣相成底膜光刻膠涂布濕影清洗去邊傳送臺(tái)硅片步進(jìn)光刻機(jī)（對(duì)準(zhǔn)/曝光系統(tǒng)）軟烘冷板冷板堅(jiān)膜片架硅片傳送系統(tǒng)光刻工藝模塊示意圖8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

1.半導(dǎo)體的制造工藝過(guò)程

（4）刻蝕

是在硅片上沒(méi)有光刻膠保護(hù)的地方留下永久的圖形。刻蝕最常見(jiàn)的工具是等離子體刻蝕機(jī)、等離子體去膠機(jī)和濕法清洗設(shè)備。

圖8-19干法等離子體刻蝕機(jī)示意圖1－腔壁2－離子鞘3－自由電子4－電磁場(chǎng)5－陽(yáng)極6－氣體分布隔板7－刻蝕氣體進(jìn)口8－高頻能量9－RF同軸電纜10－光子11－輝光放電（等離子體）12－真空表13－硅片14－陰極15－副產(chǎn)品和工藝氣體氣流16－抽空至真空泵17－真空管線18－基本化學(xué)藥品19－正離子∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

1.半導(dǎo)體的制造工藝過(guò)程

（5）離子注入

是一種向硅襯底中引入可控制數(shù)量的雜質(zhì)，以改變其電學(xué)性能的方法。這是一個(gè)物理過(guò)程，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。圖8-20離子注入機(jī)示意圖1－石墨2－重離子3－氣柜4－離子源5－燈絲6－等離子體7－吸極組件8－分析磁鐵9－離子束10－較輕離子11－質(zhì)量分辨狹縫12－加速管路13－束線管14－工藝腔15－掃描盤∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

1.半導(dǎo)體的制造工藝過(guò)程

（6）拋光

化學(xué)機(jī)械平坦化（CMP）工藝的目的是使硅片表面全局平坦化技術(shù)。CMP用化學(xué)腐蝕和機(jī)械研磨相結(jié)合，通過(guò)硅片和一個(gè)拋光頭之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)平坦硅化表面，將硅片表面突出的部分減薄到下凹部分的高度。圖8-21化學(xué)機(jī)械平坦化的原理1－轉(zhuǎn)盤2－硅片3－磨頭4－向下施加力5－拋光墊6－磨料噴頭7－磨料∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

1.半導(dǎo)體的制造工藝過(guò)程

（7）最終裝配和封裝

這是兩道不同規(guī)程的工序。最終裝配包括背面減薄、分片、貼片和引線鍵合。

硅片測(cè)試和揀選分片貼片引線鍵合塑料封裝最終封裝與測(cè)試圖8-22傳統(tǒng)的裝配與封裝∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

1.半導(dǎo)體的制造工藝過(guò)程

（8）測(cè)試

測(cè)試是為了檢驗(yàn)規(guī)格的一致性而在硅片級(jí)集成電路上進(jìn)行的電學(xué)參數(shù)測(cè)量，測(cè)試過(guò)程中使用的電學(xué)規(guī)格隨測(cè)試目的而有所不同。表8-2IC產(chǎn)品的不同電學(xué)測(cè)試測(cè)試IC生產(chǎn)階段硅片/芯片級(jí)測(cè)試描述①IC設(shè)計(jì)驗(yàn)證生產(chǎn)前硅片級(jí)描述、測(cè)試和檢驗(yàn)新的芯片設(shè)計(jì)，保證符合規(guī)格要求②在線參數(shù)測(cè)試硅片制造過(guò)程中硅片級(jí)為了監(jiān)控工藝，在制作過(guò)程的早期進(jìn)行的產(chǎn)品工藝檢驗(yàn)測(cè)試③硅片揀選測(cè)試硅片制造后硅片級(jí)產(chǎn)品功能測(cè)試，驗(yàn)證每個(gè)芯片是否符合產(chǎn)品規(guī)格④可靠性封裝的IC封裝的芯片級(jí)集成電路加電并在高溫下測(cè)試，以發(fā)現(xiàn)早期失效⑤終檢封裝的IC封裝的芯片級(jí)使用產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行的產(chǎn)品功能測(cè)試∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

2.最終裝配

最終裝配是把芯片粘貼到集成電路底座上，由于制造的大部分成本已經(jīng)花在芯片上，因此在最終裝配過(guò)程中成品率是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)裝配過(guò)程由下面4步組成：背面減薄分片裝架引線鍵合∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

2.最終裝配

（1）背面減薄最終裝配的第一步操作是背面減薄。在前端制造過(guò)程中，為了使破損降到最小。大直徑硅片相應(yīng)厚些，然而，硅片在裝配開(kāi)始前必須被減薄。

圖8-23背面減薄示意圖1－轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤上的硅片2－轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)桿3－向下施加力

4－板僅在硅片轉(zhuǎn)換角度過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)

∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

2.最終裝配

（2）分片

分片又稱為芯片單個(gè)化，是使用金剛石刀刃的劃片鋸把每個(gè)芯片從硅片上切下來(lái)（圖8-26）。

圖8-24硅片分片示意圖1－硅片2－臺(tái)3－鋸刃∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

2.最終裝配

（3）裝架

在裝架時(shí)，每個(gè)好的芯片從粘附的背面被分別挑選出來(lái)，粘貼到底座或引線框架上。芯片粘結(jié)有三種技術(shù)：

環(huán)氧樹(shù)脂粘貼共晶焊粘貼玻璃焊料粘貼∧∨圖8-25為裝片用的典型的引線框架引線框架引線芯片塑料DIP（雙列直插式封裝）8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

2.最終裝配

（3）裝架

芯片粘結(jié)技術(shù)：

環(huán)氧樹(shù)脂粘貼圖8-26圖8-26環(huán)氧樹(shù)脂粘貼芯片環(huán)氧樹(shù)脂引線框架∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

2.最終裝配

（4）引線鍵合是將芯片表面的鋁壓點(diǎn)和引線框架上或基座上的電極內(nèi)端進(jìn)行電連接最常用的方法。根據(jù)在引線端點(diǎn)工藝中使用的能量類型不同可分為如下三種引線鍵合方法：熱壓鍵合超聲鍵合熱超聲球鍵合圖8-27從芯片壓點(diǎn)到引線框架的引線鍵合∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)c）671a）2b）345圖8-28集成電路封裝層次a）第一級(jí)封裝b）第二級(jí)封裝c）最終產(chǎn)品裝配1－電極2－在PCB上固定的金屬管腳3－表面貼裝芯片被焊在PCB的銅焊點(diǎn)上4－管腳插入孔中然后在PCB背面焊接5－邊緣連接電極插入主系統(tǒng)6－PCB組件7－主電子組件板3.封裝

∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

3.封裝

IC的封裝有4個(gè)重要功能：為保護(hù)芯片以免由環(huán)境和傳遞引起損壞；為芯片的信號(hào)輸入和輸出提供互連；芯片的物理支撐；散熱?！摹?.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

3.封裝

使用最廣泛的傳統(tǒng)IC封裝材料是塑料封裝和陶瓷封裝。（1）塑料封裝

是使用環(huán)氧樹(shù)脂聚合物將以完成引線鍵合的芯片和模塊化工藝的引線框架完全包封。有很多種類的塑料封裝，常用的類型如圖8-31所示。

a）b）c）d）圖8-29幾種典型的塑料封裝

a）雙列直插封裝b）單列直插封裝c）四邊型扁平封裝d）無(wú)引線芯片載體

∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

（2）陶瓷封裝陶瓷封裝被用于集成電路封裝。特別是目前應(yīng)用于要求具有氣密性好、高可靠性或者大功率的情況。陶瓷封裝主要方法：①耐熔（高熔點(diǎn)）陶瓷，它是從芯片裝配和封裝分別加工的；②具有較低封裝成本的陶瓷雙列直插（CERDIP）技術(shù)。

21剖面圖43756圖8-31CERDIP封裝1－標(biāo)志槽2－橫截平面3－陶瓷蓋4－環(huán)氧樹(shù)脂和引線框架上的芯片5－玻璃密封6－金屬管腳7－陶瓷基座

圖8-30分層耐熔陶瓷加工順序

陶瓷互連層4層分層3.封裝∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

4.先進(jìn)的裝配和封裝技術(shù)更低成本、更可靠、更快及更高密度的電路是集成電路封裝追求的目標(biāo)。在未來(lái)，封裝目標(biāo)將通過(guò)增加芯片密度并減少內(nèi)部互連數(shù)來(lái)滿足。目前，先進(jìn)的集成電路封裝技術(shù)包括：

倒裝芯片球柵陣列（BGA）

板上芯片（COB）

卷帶式自動(dòng)鍵合（TAB）

多芯片模塊（MCM）

圓片級(jí)封裝∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

4.先進(jìn)的裝配和封裝技術(shù)

（1）倒裝芯片

是將芯片的有源面（具有表面鍵合壓點(diǎn)）面向基座的粘貼封裝技術(shù)，即相對(duì)引線鍵合方法，把帶有凸點(diǎn)的芯片反轉(zhuǎn)，將有源面向下放置（圖8-32）。

123564圖8-32倒裝芯片1－連結(jié)管腳2－基座3－通孔

4－金屬互連

5－硅芯片6－壓點(diǎn)上的焊料凸點(diǎn)

∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

4.先進(jìn)的裝配和封裝技術(shù)

（2）球柵陣列（BGA）

這種封裝與針柵陣列有類似的封裝設(shè)計(jì)，由陶瓷或塑料基座構(gòu)成，基座具有用于連接基座與電路板的共晶焊料球的面陣列。球柵陣列封裝是使用倒裝芯片C4或引線鍵合技術(shù)將新片黏附到基座的頂部。

圖8-33具有球柵陣列的芯片1－焊球2－金屬通孔3－基座4－引線5－蓋

6－壓點(diǎn)

7－芯片8－環(huán)氧樹(shù)脂9－熱通孔

543216789∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

4.先進(jìn)的裝配和封裝技術(shù)（3）板上芯片（COB）是將IC芯片直接固定到其他具有SMT和PIH組件的基座上，它又被稱為直接芯片粘貼（DCA）。是使用標(biāo)準(zhǔn)粘貼工藝（見(jiàn)圖8-34）將芯片環(huán)氧樹(shù)脂粘貼并用引線鍵合到基座。圖8-34板上芯片(COB)IC芯片印制電路板∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

4.先進(jìn)的裝配和封裝技術(shù)

卷帶式自動(dòng)鍵合是一種多I/O封裝方式，它使用塑料帶作為芯片載體（見(jiàn)圖8-35）。

圖8-35卷帶式自動(dòng)鍵合(TAB)銅引線聚合物條帶（4）卷帶式自動(dòng)鍵合（TAB）∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

4.先進(jìn)的裝配和封裝技術(shù)

（5）多芯片模塊（MCM）

是一種將幾個(gè)芯片固定在同一基座上的封裝形式。

圖8-36多芯片模塊（MCM）單個(gè)芯片MCM基座∧∨8.2.4半導(dǎo)體制造技術(shù)

4.先進(jìn)的裝配和封裝技術(shù)

（6）圓片級(jí)封裝

是第一級(jí)互連和在劃片前硅片上封裝I/O端的形式。

a）圓片級(jí)封裝的設(shè)計(jì)概念b）圓片級(jí)封裝的實(shí)現(xiàn)圖8-37圓片級(jí)封裝1―連接引線2―焊料球3－芯片4－具有C4凸點(diǎn)的單個(gè)芯片∧∨8.2END∧∨第8章復(fù)習(xí)思考題(8.2)9.簡(jiǎn)述芯片制造的主要工藝流程。10.為什么半導(dǎo)體的工藝進(jìn)步主要體現(xiàn)在線長(zhǎng)的不斷縮短上？11.半導(dǎo)體制造的工藝過(guò)程一般分為哪幾步?12.半導(dǎo)體制造的主要工藝設(shè)備有哪些?13.試比較半導(dǎo)體制造工藝過(guò)程中的裝配和封裝技術(shù)傳統(tǒng)與先進(jìn)的差別？∧∨8.3計(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)

8.3.1計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)

8.3.2印制電路板制造

8.3.3印制電路板裝配

8.3.4硬盤制造

8.3.5CPU制造

∧∨8.3.1計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖8-38計(jì)算機(jī)硬件基本組成和工作原理

（外）存儲(chǔ)器（內(nèi)）存儲(chǔ)器中央處理器（CPU）控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備運(yùn)算器數(shù)據(jù)流地址控制流∧∨8.3.1計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)

c）d）a）b）圖8-39計(jì)算機(jī)的主要部件a）CPUb）內(nèi)存條c）主板d）顯示卡∧∨8.3.2印制電路板制造

提供集成電路等各種電子元器件固定裝配的機(jī)械支撐、實(shí)現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣、提供所要求的電氣特性。同時(shí)為自動(dòng)錫焊提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識(shí)別字符和圖形（圖8-40）。圖8-40印制線路板

印制電路板（Printedcircuitboard，PCB）∧∨8.3.2印制電路板制造1.PCB分類

(1）按PCB基材的強(qiáng)度分

剛性PCB

用剛性基材制成的PCB。

柔性PCB

用柔性基材制成的PCB（圖8-41）。

剛?cè)嵝訮CB

利用柔性基材，并在不同區(qū)域與剛性基材結(jié)合制成的PCB。圖8-41柔性印制板∧∨8.3.2印制電路板制造1.PCB分類

(2）按PCB導(dǎo)電圖形制作方法分

減成法PCB

采用減成法工藝制作的PCB。

加成法PCB

采用加成法工藝制作的PCB。全加成法

是僅用化學(xué)沉銅方法形成導(dǎo)電圖形的加成法工藝。半加成法

在絕緣基材表面上，用化學(xué)沉積金屬，結(jié)合電鍍蝕刻或者三者并用形成導(dǎo)電圖形。部分加成法

是在催化性覆銅層壓板上，采用加成法制造PCB?！摹?.3.2印制電路板制造1.PCB分類

(3）按PCB基材分有機(jī)PCB

常規(guī)PCB都是有機(jī)PCB，主要由樹(shù)脂、增強(qiáng)材料和銅箔三種材料構(gòu)成。無(wú)機(jī)PCB

即通常說(shuō)的厚薄膜電路，由陶瓷、金屬鋁等材料構(gòu)成，無(wú)機(jī)PCB廣泛用于高頻電子儀器?！摹?.3.2印制電路板制造1.PCB分類

(4）按PCB孔的制作工藝分孔化PCB

采用孔金屬化工藝制作的PCB。

非孔化PCB

不采用孔金屬化工藝制作的PCB?！摹?.3.2印制電路板制造1.PCB分類

(5）按PCB導(dǎo)電結(jié)構(gòu)分①單面PCB

零件集中在其中一面，導(dǎo)線則集中在另一面上。a）表面b）底面單面PCB∧∨8.3.2印制電路板制造1.PCB分類

(5）按PCB導(dǎo)電結(jié)構(gòu)分

②雙面PCB

它的兩面都有布線，兩面間通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娐愤B接。③多面PCB

是通過(guò)定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起，且導(dǎo)電圖形按設(shè)計(jì)要求把多片印制線路進(jìn)行互連而形成的PCB。

表面底面雙面PCB

∧∨8.3.2印制電路板制造2.PCB的制造工藝

圖8-46印制電路生產(chǎn)流水線

∧∨8.3.2印制電路板制造2.PCB的制造工藝（1）單面PCB剛性印制的工藝流程

單面覆銅板→下料→（刷洗、干燥）→鉆孔或沖孔→網(wǎng)印線路抗蝕刻圖形或使用干膜→固化檢查修板→蝕刻銅→去抗蝕印料、干燥→刷洗、干燥→網(wǎng)印阻焊圖形（常用綠油）、UV固化→網(wǎng)印字符標(biāo)記圖形、UV固化→預(yù)熱、沖孔及外形→電氣開(kāi)、短路測(cè)試→刷洗、干燥→預(yù)涂助焊防氧化劑（干燥）或噴錫熱風(fēng)整平→檢驗(yàn)包裝→成品出廠?！摹?.3.2印制電路板制造2.PCB的制造工藝

（2）雙面PCB剛性印制的工藝流程

雙面覆銅板→下料→疊板→數(shù)控鉆導(dǎo)通孔→檢驗(yàn)、去毛刺刷洗→化學(xué)鍍（導(dǎo)通孔金屬化）→（全板電鍍薄銅）→檢驗(yàn)刷洗→網(wǎng)印負(fù)性電路圖形、固化→檢驗(yàn)、修板→線路圖形電鍍→電鍍錫→去印料→蝕刻銅→（退錫）→清潔刷洗→網(wǎng)印阻焊圖形常用熱固化綠油→清洗、干燥→網(wǎng)印標(biāo)記字符圖形、固化→（噴錫或有機(jī)保焊膜）→外形加工→清洗、干燥→電氣通斷檢測(cè)→檢驗(yàn)包裝→成品出廠?！摹?.3.2印制電路板制造2.PCB的制造工藝

（3）貫通孔金屬化法刷造多層板PCB的工藝流程

內(nèi)層覆銅板雙面開(kāi)料→刷洗→鉆定位孔→貼光致抗蝕干膜或涂覆光致抗蝕劑→曝光→顯影→蝕刻與去膜→內(nèi)層粗化、去氧化→內(nèi)層檢查→（外層單面覆銅板線路刷作、B—階粘結(jié)片、板材粘結(jié)片檢查、鉆定位孔）→層壓→數(shù)控刷鉆孔→孔檢查→孔前處理與化學(xué)鍍銅→全板鍍薄銅→鍍層檢查→貼光致耐電鍍干膜或涂覆光致耐電鍍劑→面層底板曝光→顯影、修板→線路圖形電鍍→電鍍錫鉛合金或鎳/金鍍→去膜與蝕刻→檢查→網(wǎng)印阻焊圖形或光致阻焊圖形→印制字符圖形→（熱風(fēng)整平或有機(jī)保焊膜）→數(shù)控銑外形→清洗、干燥→電氣通斷檢測(cè)→成品檢查→包裝出廠。∧∨8.3.3印制電路板裝配

1.插入式安裝技術(shù)（ThroughHoleTechnology，THT）

將電子元件安置在板子的一面，并將接腳焊在另一面上，這種技術(shù)稱為插入式封裝。圖8-44THT零件（焊接在底部）

∧∨8.3.3印制電路板裝配

2.表面黏貼式安裝技術(shù)（SurfaceMountedTechnology,SMT）使用表面黏貼式封裝技術(shù)安裝的零件稱為SMT零件。

圖8-45表面黏貼式零件

圖8-46表面黏貼式的零件焊在PCB上的同一面∧∨8.3.4硬盤制造

1.磁盤制造技術(shù)的發(fā)展

硬盤，即硬驅(qū)動(dòng)器，或硬盤存儲(chǔ)器。1957年IBM公司研制成功的IBM350（RAMAC）是第一臺(tái)真正意義上的硬盤。它由許多片直徑為610mm的盤片組成，體積很大，但存儲(chǔ)容量只有5MB。硬盤發(fā)展的里程碑是1973年IBM3340硬盤開(kāi)始應(yīng)用的溫徹斯特（Winchester）技術(shù)，這種技術(shù)在1976年的IBM3350逐漸成熟，它的出現(xiàn)使硬盤進(jìn)入一個(gè)黃金時(shí)代。

∧∨8.3.4硬盤制造

1.磁盤制造技術(shù)的發(fā)展

溫徹斯特技術(shù)的主要內(nèi)容有：①磁頭、盤片、主軸等運(yùn)動(dòng)部分密封在一個(gè)殼體中，形成一個(gè)頭盤組合件（HDA），與外界環(huán)境隔絕，避免了灰塵的污染。②采用小型化輕浮力的磁頭浮動(dòng)塊，盤片表面涂潤(rùn)滑劑，實(shí)行接觸起停。即平常盤片不轉(zhuǎn)時(shí)，磁頭?？吭诒P片上，當(dāng)盤片轉(zhuǎn)速達(dá)一定值時(shí)，磁頭浮起并保持一定的浮動(dòng)間隙。這樣簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，縮短了起動(dòng)時(shí)間。采用溫徹斯特技術(shù)，磁頭與磁盤是一一對(duì)應(yīng)的，磁頭讀出的就是它本身寫(xiě)入的，信噪比等等都比可換的要好，因此存儲(chǔ)密度提高了，存儲(chǔ)容量也增加了。

∧∨8.3.4硬盤制造

1.磁盤制造技術(shù)的發(fā)展

硬盤另一個(gè)發(fā)展里程碑就是使用濺射工藝來(lái)生產(chǎn)連續(xù)介質(zhì)，這使得硬盤的密度進(jìn)一步增大，為提高硬盤的存儲(chǔ)空間奠定了良好的基礎(chǔ)。2000年8月，IBM公司發(fā)布了目前體積最小的硬盤Micordriver，盤片直徑大約是25.4mm，而存儲(chǔ)容量卻達(dá)到了2000MB。近年來(lái)，磁盤技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)?！摹?.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程下面介紹酷魚(yú)IV硬盤的生產(chǎn)過(guò)程。

圖8-47硬盤的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線∧∨8.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程

（1）制作硬盤底座和線路板（圖8-48）。圖8-48硬盤底座和線路板

∧∨8.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程

（2）安裝液態(tài)軸承（FDB）馬達(dá)（圖8-49）。

圖8-49安裝好液態(tài)軸承馬達(dá)的硬盤底座∧∨8.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程

(3）安裝磁盤在生產(chǎn)線上，磁盤是裝在運(yùn)送裝置中運(yùn)送到安裝工位的。圖8-50運(yùn)送磁盤的裝置

∧∨8.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程

(3）安裝磁盤。磁盤被運(yùn)送到安裝工位后，通過(guò)機(jī)械臂把需要的磁盤裝配到硬盤中。圖8-51機(jī)械臂磁盤裝配∧∨8.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程（4）裝配磁頭。由于磁頭和磁盤的精密性，所以這道工序是整個(gè)硬盤安裝中最復(fù)雜的，從圖8-52中可以看到硬盤被放置在一個(gè)精確定位的裝置中進(jìn)行磁頭裝配。圖8-52裝配磁頭

∧∨8.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程

（5）上蓋。一旦所有內(nèi)部零件被安裝好后，硬盤就基本成形了（圖8-53）。圖8-53已安裝好內(nèi)部零件的硬盤

∧∨8.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程

（5）上蓋。硬盤所有內(nèi)部零件被安裝好之后，就把硬盤“蓋”起來(lái)（圖8-54）。當(dāng)硬盤被密封好后，就不必待在超塵的空間中了。圖8-54已上蓋的硬盤

∧∨8.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程

（6）覆蓋泡沫屏蔽層（圖8-55）。為線路板覆蓋泡沫屏蔽層，主要是為了防止靜電和控制噪音。圖8-55覆蓋泡沫屏蔽層∧∨8.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程

（7）上硬盤底蓋（圖8-56）。此工序主要是進(jìn)一步控制噪音，并且保護(hù)內(nèi)部的原器件。當(dāng)然完成這一步后，還需要為硬盤貼上標(biāo)識(shí)。圖8-56上硬盤底

∧∨8.3.4硬盤制造

2.硬盤的制造過(guò)程

（8）質(zhì)檢（圖8-57）圖8-60質(zhì)檢

∧∨8.3.5CPU制造

1.CPU制造的基本原料

CPU的主要原料是硅，除硅之外，制造CPU還需要一種重要的