1. Elementárna štruktúra hmoty, kryštalické mriežky, typy väzieb medzi časticami. Pod pojmom kryšt. štruktúra rozumieme vzájomné usporiadanie atómov sformovaných v kryštále. Na popísanie sa používa pojem kryšt. mriežka. Najmenšia objemová časť kryštálu, ktorej posúvaním či otáčaním sa vytvorí kompaktná priestorová mriežka, sa charakterizuje ako báza, motív alebo elementárna bunka mriežky. Kryšt. mriežky: -triklinická a≠b≠c α≠β≠γ≠90° -monoklinická a≠b≠c α=β=90° γ≠90° -ortorombocká a≠b≠c α=β=γ=90° -hexagonálna a≠b≠c α=β=90° γ=120° -romboedrická a=b=c α=β=γ≠90° -tetragonálna a=b≠c α=β=γ=90° -kubická a=b=c α=β=γ=90° Väzby v kryštáloch iónové, atómové, kovové, molekulové, prechodové. 2. Poruchy v kryšt. mriežkach, difúzia, Fickove z. difúzie Bodové poruchy: -interstícia: vznikajú pri prechode atómu z uzlového bodu mriežky do medziuzlových polôh. -vakancia: chýbajúce atómy v niektorých uzloch mriežky. -cudzí atóm v uzlovej polohe: -cudzí atóm ako interstícia: Čiarové poruchy: -hranová dislokácia: vzniká sklzom, posunutím v rovine. -skrutková dislokácia: vytvára skrutkovú plochu okolo dislokačnej čiary. Plošné a priestorové poruchy: -hranice subzŕn: hranice medzi oblasťami s pravidelnou orientáciou kryštalickej mriežky. -hranice zŕn: oddeľujú od seba jednotlivé zrná polykryšt. látky. -chyby vrstvenia: poruchy pravidelnosti vrstvenia kryštalografických rovín. Difúzia Pod pojmom difúzia rozumieme premiestňovanie atómov v kryštalickej mriežke látky na vzdialenosť väčšiu ako je stredná medziatómová vzdialenosť. Ak premiestňovanie atómov nie je sprevádzané zmenou koncentrácie atómov proces sa nazýva samodifúzia. Premiestňovanie atómov sprevádzané zmenou koncentrácie sa nazýva difúzia alebo heterodifúzia. I. Fickov z.: vyjadruje množstvo za jednotku času. m=-D. dC C-koncentrácia dx D-koeficient difúzie x-vzdialenosť v zvolenom smere II. Fickov z.: vyjadruje rýchlosť difúzie: dC=D.d2C dt dx2 3. Typy a charakteristika fáz v zliatinách kovov, fázová rovnováha. Zliatina je minimálne dvojzložková sústava, v tuhom stave môže byť homogénna (jednofázová) alebo heterogénna (viacfázová). Jednofázové zlatiny majú štruktúru tuhého roztoku alebo chem. zlúčeniny. Viacfázové zliatiny z hľadiska ich štruktúry v tuhom stave nazývame mech. zmesy. V zliatinách sa teda podľa fyzikálnechemického vzájomného vzťahu jej prvkov tvoria nasledujúce typy fáz: -tekutý roztok L: pod týmto pojmom rozumieme roztok jednotlivých roztavených zložiek, ktoré tvoria zliatinu a sú vzájomne rozpustné. -kryštály čistého kovu A,B,C,...: kčk sú samostatnou pevnou fázou, ktorá je tvorená pravidelným usporiadaním jednotlivých atómov daného prvku vo forme kryštalickej mriežky. -tuhé roztoky α,β,γ...: tuhé roztoky sú pevné fázy, v ktorých si jedna zo zložiek zliatiny zachováva svoju kryštalickú mriežku a atómy ďalších zložiek sa v tejto mriežke rozpúšťajú, pričom menia jej rozmery. Tuhé roztoky: substitučný a interticiálny. -chemické zlúčeniny Am,Bm,...: vyskytujú sa v rôznych formách. Intersticiálne zlúčeniny (karbidy, hydridy, nitridy alebo boridy), elektrochem. zlúčeniny (FeS, NiS,...), elektrónové zlúčeniny (CuBe, Cu5Zn8, CuZn3) Proces kryštalizácie a fázových premien v tuhom stave popisujeme prostredníctvom fázových rovnovážnych diagramov. 4. Pásová teória vodivosti tuhých látok. Elektricky vodivý materiál je látka s vysokou koncentráciou voľných el. nábojov. Kovové vodivé materiály majú ako voľné nosiče náboja valenčné elektróny, ktoré sa stávajú voľnými v procese kryštalizácie. Kovové kryštály vznikajú ako dôsledok chem. väzby, ktorej hovoríme kovová. Táto väzba je výsledkom pôsobenia Coulombových síl medzi voľnými valenčnými elektrónmi a kladnými iónmi kovových prvkov, kt. sú viazané v uzloch kryšt. mriežky. Elektróny sa v kryštále pohybujú v periodicky premennom elektrickom poli. Elektrón môže nadobúdať vlastnosti hmotnej častice alebo sa správa ako vlnenie. Z energetického hladiska môže elektrón zaujať taký stav, ktorý sa nachádza v oblasti dovolených energetických hlaín, ktoré sú navzájom oddelené pásmi zakázaných energií (pásový model). U vodivých materiálov však nie sú posledné dve dovolené pásy energií navzájom oddelené pásom zakázaných energií, ale sa prekrývajú. Posledný (vodivostný pás) nie je úplne zaplnený elektrónmi a elektróny môžu plynulo zvyšovať (znižovať) svoj energetický stav po dodaní (odobratí) určitej formy energie z (do) vonkajšieho prostredia. 5. Mechanizmus vodivosti vodivých materiálov, vplyvy na vodivosť, hypervodivosť a supravodivosť, termoel. javy. Najdôležitejšou vlastnosťou vodivých materiálov je elektrická vodivosť. Je spôsobená pohybom voľných elektrónov v kryštalickej mriežke pôsobením vonkajšieho el. poľa. Pôsobením el. poľa získavajú elektróny prídavnú zložku rýchlosti proti smeru el. poľa, ktorá sa superponuje na rýchlosť tepelného pohybu elektrónov. Zložka rýchlosti získaná pôsobením el. poľa sa nazýva driftová alebo transportná a je príčinou el. prúdu. Pri pohybe elektrónov vplyvom pôsobenia vonkajšieho el. poľa sa v ich ceste vyskytujú prekážky, ktoré im bránia v pohybe. Tieto sú fyzikálnou príčinou existencie el. odporu. Ako prekážky môžeme chápať kmitanie iónov v uzloch mriežky vplyvom teploty, nepravidelné umiestnenie iónov v mriežke, ióny prímesí v mriežke a deformácie mriežky. V prípade zliatin môže nastať výrazné zlepšenie el. vlastností pri násobkoch stechiometrického pomeru zložiek, ktoré tvoria zliatinu. Zlepšenie však neprevýši vlastnosti čistých kovov . Vplyvy na vodivosť: vplyv teploty, zmenšovanie pohyblivosti elektrónov. Merná el. vodivosť materiálu je mierou schopnosti materiálu prenášať kinetickú energiu neusporiadaného pohybu častíc bez prúdenia, iba vedením tepla. Je podielom hustoty tepelného toku a teplotného spádu v toku. Merná tepelná vodivosť sa s teplotou mení málo. Čisté kovy majú vyššiu tepelnú vodivosť ako ich zliatiny. Hypervodivosť: je stav skoro dokonale čistých materiálov, ktoré pri určitej nízkej teplote dosahujú maximálnu konduktivitu. Teplota je však vyššia ako pri supravodivosti. Konduktivita kovov sa zvyšuje s čistotou a poklesom teploty Rezistivita hypervodičov je v oblasti veľmi nízkych teplôt, rádovo nižších, než sú normálne teploty. Pôsobením mag. poľa sa zvyšuje odpor materiálu najlepšie hypervodiče: Be a Al Be – je drahý, stačí ho ochladzovať kvap. dusíkom, Al- ochladzuje sa asi na 20 K supravodivosť: pokles odporu pri teplote blízkej 0K – nemerateľná hodnota odporu môže nastať ak: 1) teplota supravodiča je nižšia ako jeho krit. teplota 2) indukcia je nižšia než kritická indukcia Existujú tieto 3 typy supravodičov: 1typ – mäkké (čisté) kovy, nehomogénne sú dokonale diamagnetické, ich mag. siločiary sú vytláčané von z vodiča prebieha tzv. Meisnerov jav, ak je supravodič v supravodivom stave, vnútri vzniká mag. pole opačne orientované, ktoré vytláča okolité mag. pole a vo vnútri nieje žiadne mag. pole prúd preteká len na povrchu 2 typ – supravodivé zliatiny a holmické zlúčeniny Prúd preteká aj v určitej hĺbke supravodiča 3 typ – v súčasnosti poznáme asi 100 supravodičov avšak teplota neklesla pod 10K Prvým objaveným supravodičom bola ortuť. Objavili ho v roku 1911 H. KAMERLING – ONNES. 6. Mechanizmus vodivosti polovodičov, vplyvy na vodivosť polovodičov. Polovodivé materiály slúžia k výrobe usmerňovacích, zos., spín., a pod. prvkov pre modernú elektroniku a silnoprúdovú elektrotechniku. Problémy vplyvu vonkajších činiteľov na vlastnosti polovodičov sú veľmi dôležité nielen z teoretického hľadiska, ale predovšetkým z hľadiska praktického využitia. Vplyvy na vodivosť polovodičov: -vplyv teploty: pôsobením teploty sa menia vlastnosti polovodičových prvkov , ktoré môžu spoľahlivo pracovať len v určitých teplotných medziach. -vplyv silného el. poľa: po prekročení kritickej hodnoty intenzity el. poľa u polovodičov sa prejavujú odchýlky od Ohmovho zákona a vzniká záporný diferenciálny odpor. V dôsledku zmeny pohyblivosti nosičov nábojov vznikajú mikrovlné oscilácie v polovodiči pri definovanej intenzite el. poľa. Ďalšie zvyšovanie koncentrácie nosičov nábojov v silných el. poliach vyvoláva vznik tunelového javu. Situácia, keď elektróny prestupujú vplyvom el. poľa priamo z valenčného pásu do vodivostného, sa nazýva studenou emisiou elektrónov a je známa pod názvom Zenerov jav. -vplyv mag. poľa: pôsobenie mag. poľa na polovodič vyvoláva vznik galvanomag. a termomag. javov, z ktorých najznámejšie sú Hallov a magnetorezistenčný jav. Podstatou Hallovho javu je vplyv pôsobenia mag. poľa na pohybujúce sa nosiče náboja. -vplyv svetla: fotoel. javmi sa nazývajú efekty, ktoré sa pozorujú v polovodičovom materiále pri jeho ožiarení elektromag. žiarením rôznej vlnovej dĺžky. Vnútorný fotoefekt má za následok zmenu el. vodivosti ožiareného polovodiča, vzniká tzv. fotovodivosť. -vplyv tlaku: mech. deformácia polovočového materiálu vyvoláva zmeny vlastností polovodiča. El. vodivosť sa mení pod vplyvom mech. deformácie tým, že sa mení vzdialenosť medzi atómami v kryštále, čo vedie k zmene koncentrácie nosičov náboja ako aj k zmene ich pohyblivosti. 7. Princíp magnetizmu elementárne momenty, rozdelenie látok podľa veľkosti celkového magnetického momentua vzájomnejinterakcie častí Pri vysvetľovaní mag. javov sa väčšinou vychádza z Ampérovho pravidla: „Ak preteká uzavretým vodičom prúd, vzniká v okolí prúdovodiča mag. pole ekvivalentné mag. poľu trvalého magnetu.“ Z tohto pohľadu aj atóm predstavuje zložitý magnetický systém, ktorého výsledný mag. moment je výslednicou mag. momentov elektrónov, protónov a neutrónov. Mag. vlastnosti atómov určujú v podstate mag. momenty elektrónov (orbitálny a spinový). Mag. vlastnosti látok určuje pohyb elektrónov v atómoch a ich mag. momenty, typ atómov, druh chem. väzby a usporiadanie atómov v látke. Ako sa chovajú atómové momenty vplyvom pôsobenia vonkajších mag. polí opisujeme pomocou vplyvu vonkajšieho mag. poľa na pohyb elektrónov. Tento vykonáva pod vplyvom vonk. mag. poľa dodatočný pohyb – otáča sa okolo smeru pôsobiaceho poľa. Takto vzniká mag. moment, ktorý smeruje proti smeru vonk. mag. poľa. Rozdelenie látok: diamag. permeabilita≤1 paramag. permeabilita ≥1 feromag. permeabilita >>1 8. Domény v mag. materiáloch, magnetizačné procesy. V závislosti od veľkosti vonkajšieho mag. poľa mag. polarizácia feromag. látok zo začiatku rýchlo rastie až dosiahne asymptoticky maximumnasýtená mag polarizácia Js (resp. indukcia Bs). V závislosti od teploty indukcia stúpa s klesaním teploty až k teplote absolútnej nuly, kde dosiahne hodnota Bs svoje maximum. So stúpajúcou teplotou je teplotným pohybom narušovaná spinová väzba, ktorá je základom spontánnej magnetickej polarizácie domén. Pri určitej teplote, označovanej ako Curieho teplota, vzniká úplne náhodné usporiadanie spinov a látka prechádza do paramag. stavu. Ak sa magnetizuje nikdy predtým nemagnetizovaná vzorka magnetizácia rastie až kým nedosiahne hodnoty nasýtenia Bs. Ak potom znižuje intenzitu H, klesá aj B, ale pri tých istých hodnotách H dosahuje magnetizácia B vyššie hodnoty. Pri H=0 dosiahne magnetizácia hodnotu Br, ktorá sa nazýva zvyšková magnetizácia-remanentná. Pri zmene smeru magnetizácie je pri hodnote B=0 intenzita rovná hodnote –Hc, ktorá sa nazýva koercitívna sila alebo koercivita. Pri magnetovaní späť cez hodnotu –Br do bodu Hs, Bs opíšeme hysteréznu klučku. 9. El. vodivosť izolantov, el. pevnosť. Všetky tech. materiály delíme na vodiče, polovodiče a dielektriká v podstate podľa toho, či obsahujú alebo neobsahujú voľné el. náboje a v akom množstve. V dielektrikách sa len zriedka vyskytujú voľné elektróny a elektrónová vodivosť , čo súvisí s rozdelením energetických hladín. V prevažnej väčšine dielektrík pri bežných podmienkach sa vyskytuje len iónová vodivosť spôsobená pohybom voľných iónov. Každý elektroizolačný materiál obsahuje veľké množstvo elektricky viazaných nábojov a nepatrné množstvo voľných el. nábojov. Ak materiál vložíme do el. poľa, pohybujú sa v ňom voľné i viazané el. náboje. Je však zásadný rozdiel v tom, akým spôsobom sa pohybujú a preto sa ich pohyb navonok prejavuje v rôznych vlastnostiach dielektrík. Poznáme tieto dielektriká: plynné, kvapalné a tuhé. El pevnosť dielektrík: Je to schopnosť dielektrika odolávať namáhaniu el. poľa. Svojou veľkosťou udáva intenzitu el. poľa, ktorá vedie k strate izolačných vlastností, to znamená k náhlemu zvýšeniu el. vodivosti dielektrika. Jav, pri ktorom sa náhle zvýši el. prúd medzi elektródami dielektrika vplyvom intenzity el. poľa, sa nazýva el výboj. Napätie, pri ktorom vznikol prieraz, je prierazné napätie Up. Pomer prierazného napätia Up ku vzdialenosti elektród h, medzi ktorými došlo k prierazu vyjadruje el. pevnosť dielektrika: Ep=Up h 10. Polarizácia dielektrík. Pohyb viazaných nábojov v dielektriku účinkom el. poľa, vysunutie týchto nábojov z ich rovnovážnych polôh na ohraničenú malú vzdialenosť a orientácia dipólových molekúl sa nazýva polarizácia dielektrík. Druhy polarizácie: Deformačné (pružné, rýchle): I. -elektrónová -iónová Relaxačné (tepelné, orientačné) II. -dipólová -iónová relaxačná Objemové III. -medzivrstvová -vysokonapäťová spontánna IV. rezonančná V. Pomer kapacity kondenzátora Cd s daným dielektrikom ku kapacite kondenzátora s vákuom Co nazývame relatívnou permitivitou εr: εr=Cd Co εr – miera polarizácie dielektrika Klasifikácia dielektrík podľa druhu polarizácie: -neutrálne dielektriká -dipólové dielektriká -iónové kryštály -iónové amorfné látky -feroelektriká 11. Vrstvové technológie a impregnácia. Technológia hrubých vrstiev: Základom je nevákuový spôsob nanášania materiálov vo forme pást sieťotlačou a ich následné vypaľovanie. Pasta sa nanáša cez sito vo forme masky pomocou stierky na podložku tvorenú väčšinou keramickým materiálom. Pasta je tvorená troma materialovými zložkami: -funkčnou-vzácne kovy, oxidy. -väzobnou-nízkotavné sklá a oxidy. -spojivovou-alkoholy a oleje Motív masky sa vytvára fotolitograficky, hrúbka masky určuje hrúbku nanesenej vrstvy. Postupnou tlačou s následnýmvypaľovaním vzniká pasívna sieť pozostavajúca z vodivých vrstiev (vodiče), odporových vrstiev (rezistory), prípadne izolačných a dielektrických vrstiev. Do takto pripravenej pasívnej siete sa osadzujú polovodičové súčiastky. Technológia tenkých vrstiev: Tenké vrstvy sú amorfné, polykryštalické alebo monokryštalické štruktúry vytvárané fyzikálnymi depozičnými metódami – vákuové naparovanie, katódové alebo magnetrónové naprašovanie. Tenké vrstvy sa využívajú pre vytváranie vodivých sietí na keramických subtrátoch. Vyznačujú sa vynikajúcimi elektrickými parametrami. Hrúbka tenkých vrstiev je menšia ako 1μm a sú kladené vysoké nároky na čistotu a drsnosť povrchu subtrátu. Vákuové naparovanie – je založené na uvoľňovaní molekúl naparovaného materiálu dôsledkom jeho ohrevu v uzatvorenom systéme. Vytvára sa rovnovážny tlak nasýtených pár a v mieste, kde je teplota nižšia dochádza k ich kondenzácii-podložka. Katódové naprašovanie – je založené na uvoľňovaní častíc materiálu umiestneného ako katóda v systéme s tlejivým výbojom za prítomnosti inertného plynu pri zníženom tlaku. V dôsledku vytvorenia katódového spádu sú urychľované ióny plynu, bombardujú katódu a vyrážajú z nej častice materiálu. Tieto sa šíria priestorom a usadzujú sa na vhodne umiestnených substrátoch – vzniká tenká vrstva. Chemické metody –galvanické nanašanie - chemicky rozklad vrstvy zo zlúčenin napr. vytváranie uhlikových vrstiev 12.Impregnácia: Účel: zvýšenie teplotnej odolnosti a vodivosti zvýšenie odolnosti proti vlhkosti zvýšenie el. pevnosti, zamedzenie ionizácie predĺženie životnosti zvýšenie mechanickej pevnosti a odolnosti proti chemickým účinkom Realizácia: sušenie (cirkulačné, ventilačné, za vákua) máčanie (jednoduché, za vákua, za vákua a tlaku, odstredivé ...) odkvapkávanie laku odparenie (evaporácia) riedidla vytvrdzovanie laku Impregnaty obsahujú reaktívne rozpúšťadlá (styrén, diallylftalát, diakrylát), určené na impregnovanie všetkých typov vinutí elektrických točivých strojov a transformátorov teplotnej triedy F a H. Vyznačujú sa: krátkym časom vytvrdzovania, malým množstvom emisií bez negatívneho vplyvu na životné prostredie, -časovo neobmedzenou spracovateľnosťou, -odolnosťou voči freónom, rozpúšťadlám, transformátorovému oleju a rádioaktívnemu žiareniu. Technológie impregnácie: kontinuálna diskontinuálna máčaním pri atmosférickom tlaku máčaním vo vákuu, za rotácie ,zakvapkávaním. Kategórie materiálov: Elektroizolačné tmely - epoxidové dvojkomponentné, vytvrdzujúce sa pri izbovej teplote. Zalievacie živice - polyuretánové dvojkomponentné, vytvrdzujúce sa pri izbovej teplote. Lepiace laky epoxidové jednokomponentné, vytvrdzujúce sa pri zvýšenej teplote. 13.Výroba čistých polovodičov Pri výrobe polovodičových materilov sa nikdy nedosiahne potrebne vysoká čistota ,pri ktorej sa prejavy vlastna vodivosť polovodiča.Jednou zo základných metód fyzikálneho čistenia a zdokonalovania štrukúry je zonalna rafininácia: Princip spočíva v rozdielnej rozpustnosi prímesi v kvapalnej a pevnej fáze. Prímesy pritomne v tavenine v pevnej fáze majú možnost vytvárať kryštalizačné zárodky ,su však aj primey ,kt. su v okamihu tuhnutia v tavenine v kvapalnej fáze. Väčšina nečistôt v polovodii ma väčšiu rozpustnosť v kvapalnej fáze.Ak realizujeme smerové chladenie, ked sa napr. lodička zo zahriatym polovodičovým materiáalom zvolna vysúva z pece,bude v stuhnutej časti väčšia čistota ako v roztavenej. Dokonalejšie čistenie môžme dosiahnut opakovanim tohto procesu. 15. Základné technológie a postupy výroby polovodičových súčiastok. Do skupiny polovodičových súčiastok radíme súčiastky ako sú: diódy, tranzistory, tyristory... Všetky tieto súčiastky majú svoje funkcie odvodené od javov prebiehajúcich na p-n priechode alebo kombinácií p-n priechodov. Zliatinová technol.: je založená na vytváraní p-n priechodov zatavením prímesových kovov do polovodičovej dostičky.pri roztaveni povrchovej vrstvy dochadza k difuzii do roztaveného polovodiča,dojde k rovnovážnemu stavua pri chladnuti uvedena zliatina kryštalizuje.Koncentracia aktiv. nečistôt zavisi najviac od dosiahnut. teplote a od spôsobu chladnutia.Bhodne pre nizke frek. Difúzna technol.: je založená na dotavení základného polovodičového materiálu zvolením dotujúcim materiálom pri zvýšenej teplote bez roztavenia kryštalickej mriežky.Z povrchu dotujuceho prvku difunduju primesy do polovodičoveho materiálu,umožnuje realizáciu linearnych preichodovkoncentracia sa linearne meniod max na povrchua znizuje smerom do hlbky materialu Epitaxná technol.: je založená na nárastu pôvodnej štruktúry kryštelickej mriežky na polovodičovej doštičke pri vysokej teplote z vhodného média.V narastaucej vrstve sa rozpúštajú v presne kontorlovanom množstve prímesi. Ionová implantácia:primesové iony sa dostavaju do materiálu vo forme ionového prúdu s vyskokymi energiami, nizko tepelny proces, maly stratový rozptyl ,automatizacia, široky sortiment prímesy 16.Základné materiály, technológie a postup výroby integrovaných obvodov. Planárna technol.: je charakteristická tým, že všetky vytvorené prvky sú vjednej rovine. Využíva sa pri výrobe integrovaných obvodov.Je založena na vybornych maskovycich vlastnostiach SiO2.Využiva sa pri fotolitografickych postupochfotocitlive vrstvy,polymeracia, leptanie,difuzia ,naparovanie vodiveho kovu. MOS tech. pri tvorbe integ. obvodov s unipolarnymi tranzist.Postupnym zdokonalovanim sa vytvorilo vela odvodenych postupov s využitim rozličnich ionizujucich materialov,sposom leptania aktivnej atomovej roviny.Jej vyvoj dospel aj pouzitim extremne kratkych vlnovych dlzok pri fotolitograf.pocesoch,ionovej implantacii a využitiu elektron lučov k vyrobe štruktur v submikroskopic. velkosti 17.Základné montážne techniky a postupy v elektrotechnike: Spájkovanie vlnou: Spájkovanie vlnou je osvedčený spôsob spájkovanie dosiek plošných spojov. Základný princíp je, že subtrát s osadenými súčiastkami je uložený na pásovom dopravníku v rámčekoch posúvaných raťazovým pohonom a plynulo prechádza cez nasledujúcu zóny: - nanášanie tavivá (väčšinou penou alebo sprejom), nasleduje odsávanie prebytočného tavivá. - predohrev (odstránenie rozpúšťadiel a aktivácia tavivá, zníženie teplotného šoku). - spájkovanie (subtrát je vlečený naprieč vlnou roztavenej spájky vytlačovanej kolmou tryskou). - chladenie (pomalé ochladzovanie dosku na teplotu okolia – kryštalizácia spájky). Spájkovanie pretavením: Základná myšlienka spájkovania pretavením vychádza z princípu nanášania hrubých vrstiev. Spájka je na kontaktnú plochu nanášaná vo forme pasty, potom sa na ňu osadia súčiastky a pasta sa pretaví pri teplote málo vyššej ako je bod tavenia spájky. Spôsob ohrevu určuje nielen teplotu pretavenia, ale aj priebeh celého procesu a časové relácie nábehu teploty a chladnutia. Ohrev môže byť realizovaný troma spôsobmi: - vedením tepla (kondukciou) - prúdením tepla (konvekciou) - žiarením (radiáciou) Proces spájkovania prebieha v spájkovacích peciach alebo komorách, ktoré zaisťujú požadovaný teplotný profil. Podľa spôsobu ohrevu rozlišujeme nasledujúce metódy spájkovania pretavením: - infračerveným žiarením (infraohrev) - horúcim vzduchom alebo plynom v kondenzovaných parách (kondenzačné spájkovanie) - laserom - vyhrievaným nástrojom - spájkovanie na horúcej doske alebo páse Ručné spájkovanie: Na presnú prácu sa používajú spájkovačky s výkonom 15 -30 W bez tepelnej regulácie alebo 50 W s možnosťou nastavenia požadovanej teploty. Veľkosť hrotu spájkovačky závisí od veľkosti spajkovaného spoja. Všeobecne sa používa hrot v tvare dláta. Pri spájkovaní treba dodržať tieto pravidlá: - použiť čistý hrot správnej veľkosti a teploty - použiť kvalitnú spájku - vývody súčiastok a DPS očistiť a odmastiť. 18.Základné materiály, technológie a postupy pri výrobe dosiek plošných spojov:Najpouživanejšimi materialmi pre dosky plošnćh spojov nosne organic. ubsraty a vod vrstva najčastejšie Cu.Vodiva vrstva neslúži len na vytvorenie vodivej siete ale aj k realizacii spajkovacich plôšok.Doska slui aj akomech nosič sučiasok.Cu folia sa vytvara elektorlitic.nanašani na nehrdzavejucich bubnocha vyznacuje sa vysokov 99.5 čistotou.Folia musi vykazovať dostatočnu pružnosť aby nedošlo k prasknutiu pri ohybanisubstráatu.Substraty sa podielaju velkou mierou na výsledných parametroch DPS.Svojimi vlastnostami ovplivnuju celkovú spolahlivosť elektronického systemu.Hlavne požiadavky spojene s ich vyerom suvisia s nutnostou prispôsobiť ich konštrukčné možnosti neustalemu zmenšovaniu rozmerov sučiastok a zložitosti systemov.Požiadavky:Realizácia velmi tenkych ciest, zlepšenie tepelnej voidvosti, zlepšenie fyzik. vlastnosti ,možnost realizacie vodičov s def. impedanciou,zniženie permitivity, naklady.Najrozšir.typom substratomv montažnych technologiach, DPSs nosnou časťou tvorenou organic.materialmi na baze laminatovPCB.Org. substraty na vyrobu DPS maju samozhašacie vlastnosti.3 napouživanejšieFR234 vrstveny papier tvrdeny fenilockou živicou,vrs. pap. tvr. epoxid.živicou a sklenna tkanina tvr. epox.živic.RealizaciaDPS:Subtraktiv a- odleptavanie vodivej folie cez masky zhot. fotolitograf metodouzložite prepajacie obvody. Aditivna-postupne nanášanie vodivých spojov chem, bezprudovo alebo glavanicky,vyhodna pre vyrobu miniatúrnych štruktúr.-jedno a 2oj vrstvove dosky.Keramické substráty-väčšinou použivané pre hybridne IO.Znatelne lepšie machanicke a elektrick. vlastnosti, aj vyššia cena Dävodom použitia sú vysoké nároky na spolahlivosťlekarsvo let.a kozm.auto priemyslel alebo priamo na obvod- výkomové zaťaženie, mikrovlnn aplikacie.Hrubka min od 0,5mm hore je to doležite pre odvod tepla-pasivne chladenie. Realizacia vodivých prepojeni –tenko a hrubo vrstva tech. 19.Základné materiály, techniky a postupy pri spájkovaní. Spajky+-najrozširenejšie spájkovacie materiály ,sú realizované na báze SnPb-mäke spájky.Su zlitiny pre niek. aplikacie doplnené striebr. al.antimon.Dalšia skupina +so sniženým bodom taavenia aäčši obsah bizmutu a + pre spajkovanie Au kt,neobsahuju cin ale indium aPb.Najdôležite požiadavkou na + je čo najnižši bod tavenia koli T namahaniu sučiastok.Charakt. vlastnosťou pliatin pre spajkovanie je globularna štrukt. vytvarana v priebehu chladnutia.Pritom najsôr dochadza k prechodu + do plastick. stavu a potom pri dosiahnuti T tuhej fazy ku stuhnutiu vytvara sa štruktúra typcka pre eutektické zliatin Taky spoj splna požiadavky pre machanic aj elek vlastnosti a možno ho nedeštruktivnym spôsobo odstraniť a znovu obnovit.Pri spajkovani na DPS nastáva silna interakcia Sn s ostatnými material. a hlavne Cu.Spreivod. javom je difúzia ionov Cu do + a ionov Sn do medennej folie.Podiel Pb v tomto procese nehra ulohu.Z hladiska spájkovatelnosti je difúzia pozit.javom jej sekund javom je však vytváranie rôznych chem zlučenin na rozhrani kovu a + ktore zhoršujú mech a el. vleasrnosti spoja.Bezolovnate spájky-škodlivosť na živ prost.pr.SnAg,SnAgZn musia splnať požiadavky:El a mech vlastnosi musia byť podob ako u+ na baze SnPb.Musia byť dostatočne dostupné a čisté,cena nesmie byť vyššia akoSnPb Spakkovacie pasty-materialy ,kt sa použivaju pre spajk.pretavenim.Homogenne zemsy čistého kovu zodpovedajuce zloženiu spajky s tavivom a prisluš. rozpúšťadlom a aktivátorom.Tavivá pre spájkovanie+Dokonaly spoj je možne urobiť zodpovedajucej kvalite iba ak spojove povryhy sú dobre zmáčavé.Preto musia byť spojovane kovy čisté bez oxidov.Lebo kovy oxiduju,treba +miesta očistit.Nato sa použivajú tavivá,kt sa nanašaju na +povrch pred spajkovanim alebo je tavivo obsiahnute priamo v pajkovacej paste.Možme ho zhrnut do bodov: odstraňuje oxid.vrstvy a ostatne nečistoty z povrchu spájkovaných kovových plôch a +.Zabranuje pristupu reakčnych kovov do oblati vytvaraneho spoja,chrani očistene kovove plochy pred vznikom oxidov do vzniku vytvaraneho spoja.Prispieva k rovnomernemu rozloženiu a dosiahnutiu teploty tavenia na celej spajkovanej ploche.Vytv.prostredie s nizkym povrchovim napätim na rozhrani spajka-tavivo. Su 2 zaklad. typy taviv:Kvapalne pri spajkovani vlnou taviva obsiahnute v spájkovacich pastách. Lepidlá:nevodive lepidla:epoxidove živice , silikonove materialy, akrylatove a vytvrdzovane UV žiarenim.Vodive-su tvorene polymerovym nosičom(epoxid,polyamid) a kovovym plnivom zabezpečujúcim el. a tep.vlastnosti(Ag,Au,Cu)kt. tvori 20 až 30per.objemu.Ich merny odpor je asi o rad vyšši aj cenaje vyššia oproti +spojom.Lep. musia splnať požiadavky:1zložkový system, dlha skladovatelnosť,dostatoč.doba pre spracovanie, kratky čas pre zasušenie pri čo najnižš. T dobre el vlastnosti,chem odolnosť,odolnosť voči T pri spajkovani,ekologickosť. 20.Vyroba čisteho kremika:Zonalna tavenie. vid vyroba polovodicov. Chemicky: čistenie kremenneho piesku SiO2 pri T 1600 vznika metalurgicky Si prašok s 98 čistotou zvyšky kov Fe,Al pre polovodičový priemysel: Si prášok sa chemicky čistí pôsobenie HCl pri teplote 300°C. získa sa trichlórsilan SiHCl3 - tekutý už pri teplote 32°C, ľahko sa môže čistiť ďalšou procedúrou reakciou s vodíkom pri teplote 1100 °C sa získa čistý polykryštalický kremík. Rast monokryštálu zárodok na rast monokryštálu sa pripravuje laboratórne v potrebnej kryštalografickej rovine Czochralského metóda rastu monokryštálu - ingot do taveniny Si sa pridáva prímes na získanie požadovaného typu vodivosti a veľkosti merného odporu ingot váži desiatky kg a priemer dosahuje 30 cm. Rezanie ingotov na plátky Brúsenie plátkov (waferov) Leštenie a leptanie plátkov (waferov) Czochralského metóda rastu monokryštálu: Malý zárodok kryštálu materiálu, ktorý má byť vypestovaný, je spustený smerom k povrchu taveniny a potom ťahaný pomaly hore. Ako je zárodok ťahaný z taveniny, vyťahuje so sebou vrstvu roztaveného materiálu. Materiál postupne chladne a prijíma tú istú kryštalickú štruktúru ako zárodočný kryštál. Pri príprave prímesového polovodiča pridáme do taveniny tabletu materiálu legovacej latky. Tvorba takéhoto polovodičového kryštálu je však obtiažnejšia, pretože tlak pary materiálov zložiek je rozdielny. Pri teplota požadovanej k roztaveniu materiálu s vysokou teplotou tavenia sa materiál s nízkym bodom tavenia vyparí. Vyparovaniu vieme zabrániť pomocou použitia kvapalného viečka alebo uzatvorením.Uzatvorenie musí byť vytvorené z materiálu, ktorý má menšiu hustotu ako materiál téglika a nesmieť byť absorbovaný do taveniny. Napr. pri tvorbe kryštálov z indium fosfidu je k zapuzdreniu použitý oxid boritý (B2O3), ktorý spolu s vysokým tlakom inertného plynu v komore zamedzuje unikaniu fosforu z výparov taveniny. REZANIE INGOTOV NA PLÁTKY orezaná a obrúsená časť kremíkového ingotu s vybrúsenou orientačnou plochou sa v ďalšej technologickej operácii rozčlení – rozreže na dosky (doštičky, plátky, wafery, hovorovo salámky) požadovanej hrúbky. polovodičové materiály (osobitne kremík) sú veľmi tvrdé a krehké, nie je možné s nimi pracovať obvyklými metódami trieskového obrábania = všetky metódy členenia ingotu Si na dosky sú založené na prebrusovaní jemnými zrnami veľmi tvrdého brusiva najpoužívanejšie metódy členenia sú: rezanie pásovou pílkou alebo drôtom s brúsnou suspenziou ,rezanie kotúčovou pílou s brúsnymi zrnami s vonkajším rezom al. vnútorným rezom používa sa kotúčová píla s diamantovým hrotom - reže sa vnútorným obvodom píly monokryštál sa reže v požadovaných kryštalografických rovinách.Narezané plátky obsahujú trhlinky, ryhy, chýba planparalelnosť strán, nehomogénnosť hrúbky pri rezaní vzniká odpad – cca polovica ingotu BRÚSENIE PLÁTKOV (WAFEROV)Volí sa veľkosť a tvrdosť brúsneho zrna, rýchlosť brúsenia a tlak Postupuje sa od hrubšieho po jemnejšie brúsne zrno, od 25 μm do 2μm.Ako brusivo sa používa korund alebo SiC Dosiahne sa drsnosť povrchu s výškou 0,15 μm Plátky sa oplachujú deionizovanou vodou a sušia LEŠTENIE A LEPTANIE PLÁTKOV (WAFEROV) Mechanické - leštiacimi práškami priemeru 1μm suspenziou Cr 2O3 Chemické – oxidácia + leptanie HF Mechanicko-chemické – tlakom iónmi CrZáver: Leptanie v HCl do vysokého lesku Plátky sa oplachujú deionizovanou vodou a sušia