ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА МИКРОСВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра ПР 8Инновационные технологии в приборостроении и

^{(шифр и наименование кафедры)}

микроэлектронике

 

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой___

 

_________ (_____________)

«___»_________200__г.

 

для специальности 200107 __

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

НА ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №___

«Планирование эксперимента в технологических исследованиях».

(шифр и наименование учебной дисциплины)

 

 

ТЕМА __ ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА МИКРОСВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ

(наименование темы практического занятия)

 

 

МГУПИ – 200__г.

 

 

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА МИКРОСВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ

(ПОЛНЫЙ ФАКТОРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ТИПА 2⁴)

Были исследованы с целью оптимизации режимы микро­сварки давлением золотых проводников диаметром 0,025 мм со слоем алюминия, напыленным в вакууме на окисленную пластину кремния. Процесс является одной из стадий производства интег­ральных схем. Несмотря на интенсив­ные исследования механизма процесса микросварки, априорный расчет режимов сварки в настоящее время не представляется удовлетвори­тельным, поэтому режимы как правило подбирают эксперимен­тально. Учитывая большое рас­сеяние прочности соединении и возможность влияния на его проч­ность случайных отклонений тех­нологии на предыдущих опера­циях, такой метод подбора режимов сле­дует считать нерациональным.

а. Постановка задачи. В качестве параметра опти­мизации у приняли нагрузку для отрыва приваренного про­водника в направлении нормали к поверхности кремния. В качестве факторов, использовали все предусмотренные кон­струкцией сварочной установки способы воздействия на режим сварки:

х₁— температура подогрева пластинки кремния (считы­вается с термопарного милливольтметра);

х₂— максимальное усилие сжатия проводника на по­верхности кремния во время сварки, гс (считывает­ся со шкалы передвижного грузика);

х₃ — мощность подводимых к пуансону ультразвуковых колебаний (считывается как положение тумблера УЗ-генератора);

х₄— длительность ультразвуковых колебаний, т. е. «дли­тельность сварки» (считывается по положению тумблера реле времени).

Все факторы регулируются плавно или ступенчато с помощью аппаратуры сварочной установки. Прочие фак­торы (комплекс условий подготовки кремниевых пла­стин, условия напыления алюминия и термической об­работки напыленного слоя, промежутки времени между напылением и сваркой, сваркой и испытанием прочности, номер сварочной установки, номер оператора установки) поддерживали на фиксированном уровне. С учетом рас­сеяния данных каждый режим сварки повторяли с=20 раз. Поверхность отклика моделировали полиномом вида:

 

 

Условия опытов иллюстрирует табл. 1.

 

Таблица 1

Уровни и интервалы варьирования факторов

 

Уровни и интервалы	Факторы
Х1	X2	X3	X4
Основной уровень (Xi=0)			1,188	0,3
Интервал варьирования Δхi			0,189	0,1
Верхний уровень, (Хi=+1)			1,377	0,4
Нижний уровень, (Хi=-1)			0,999	0,2

 

Матрица планирования и результаты опытов и расчетов представлены в табл.2.

Табл.2

№	X0	Х1	Х2	Х3	Х4					yр	( - yр)2
	+	+	+	+	+	V	1,76		0,0392	1,86	0,0100
	+	-	+	+	+	V	2,25		0,0275	3,13	0,7744
	+	+	-	+	+	V	1,71		0,0394	1.43	0,0784
	+	-	-	+	+	V	2,49		0,0374	4.63	4,5796
	+	+	+	-	+		1,88	V	0,0374	1.67	0,0441
	+	-	+	-	+		1,77	V	0,0301	1.53	0,0169
	+	+	-	-	+		2,57	V	0,0569	2.07	0,0064
	+	-	-	-	+		3,07	V	0,0615	3.71	0,4096
	+	+	+	+	-	V	1,73		0,0458	1.77	0,0016
	+	-	+	+	-	V	1,95		0,0407	2.04	0,0081
	+	+	-	+	-	V	2,35		0,0269	2.64	0,0841
	+	-	-	+	-	V	2,61		0,0378	2.37	0,0576
	+	+	+	-	-		2,20	V	0,0328	2.26	0,0036
	+	-	+	-	-		2,27	V	0,0305	2.23	0,0016
	+	+	-	-	-		2,68	V	0,0379	3.17	0,2401
	+	-	-	-	-		3,33	V	0,0454	2.62	0,0081
							Σ=0,6272	Σ=6,3242

 

б. Оценка воспроизводимости. После расчета дисперсий s²{у _и } составили отношение G _max:

Его сравнивали с табличным значением критерия Кохрена – G _max с числами степеней свободы v₁==20—1==19 и v₂=16. Для уровня значимости а=0,05 величина Gmax ==0,140, т. е. больше 0,0981. Гипотеза об однородности дисперсий не отвергается, принимается оценка дисперсии воспроизводимости

s²{у _и }= =0,392, т.е среднее значениеидисперсии.

c v=16* (20—1)=304 степенями свободы.

в. Построение модели

Коэффициенты модели рассчитывали по формулам регрессионного анализа.

Таблица 3

b0=2,289	b1=-0,179	b2=-0,312	b3=-0,182
значим	значим	значим	Значим
b4=-0,101	b12=0,095	b13=-0,040	b14=-0,252
значим	значим	значим	Значим
b23=0,110	b24=0,040	b34=0,048	b123=-0,0575
значим	значим	значим	Значим
b124=0,2256	b134=0,070	b234=-0,096	b1234=0,011
значим	значим	значим	НЕзначим

 

Дисперсия ошибки определения коэффициентов

s²{ b_i,} = 0,392/16*20=0,0001225 или s{ b_i,}=0,0111 - определяется как средняя с учетом общего повторения опытов, тогда критическое значение коэффициента

b_кр = 1,968 * 0,0111 = 0,0218

где 1,968—табличное значение t-критерия с v=16 * 19==304 степенями свобо­ды, уровень значимости α==0,05.

Сравнивая b_i с b_кр обнаружим, что незначим только коэффициент b_1234, т.е количество значащих в модели коэффициентов d = 16-1=15

В результате модель имеет вид:

у == 2,277 - 0,177X₁- 0,310Х₂ - 0,185Х₃ – О,100Х₄ + 0,096X₁X₂

+ 0,130X₂ X₃ + 0,162 X₁ X₂ X₄ - 0,137X₁ X₃ X₄ + 0,095X₂ X₃ X₄.

г. Проверка адекватности и анализ мо­дели.

Дисперсия неадекватности s²_ад = =0,3242*20/(16-15)=6,3242

Отношение дисперсий ν₁=N-d=16-15=1, ν₂=N*(c-1)=16*19=304

F_p=6,3242/0,392=3,10=161,3 F_{т; 304; 0,01}=3,84, F_т> F_p

Гипотеза об адекватности отвергается.

Для получения адекватной модели план 2⁴ надо разделить на два плана 2³. Анализ факторов позволяет это сделать – ведь мощность поддерживается только на двух уровнях, поэтому будут получены две модели, для каждого уровня мощности. Возможно, они окажутся адекватными.

 

5. Приложения:

- справочный материал в виде таблиц;

 

___________________________

(должность, подпись, фамилия

и инициалы разработчика)

«___»__________200__г.