Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин

Диссертационная работа:

Андреев Анатолий Борисович. Разработка и исследование операционных преобразователей электрических величин для систем технологического контроля изделий микроэлектроники : ил РГБ ОД 61:85-5/2645

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр,
ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА I. АНАЛИЗ ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ МИКРОЭЛЕКТРО
НИКИ /3

1.1« Вводные замечания /3

  1. Место и роль контрольно-измерительных операций в общем технологическом цикле производства микросхем /4-

  2. Анализ путей агрегатировэнного построения автоматизированных средств измерения для технологического контроля изделий микроэлектроники 2.1

  3. Систематизированный обзор способов и средств операції онного интегрирующего преобразования электрических величин для систем технологического контроля изделий микроэлектроники 26

Цели и задачи диссертационной работы 53

Основные результаты и выводы 5k

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ ОПЕРАЦИОННЫХ

ИНТЕГРИРУКЩИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 55

  1. Вводные замечания 55

  2. Анализ динамических свойств интегрирующих преобразователей следящего уравновешивания с нефинит-

. ной ИПФ при входном воздействии типа меандра 56

2.3. Исследование избирательных свойств интегрирукщих
преобразователей с Финитной ИПФ в режимах синх-.
ронного и фазового детектирования 68

  1. Разработка динамической модели квадратичных интегрирующих преобразователей 50

  2. Анализ влияния внутрисхемных шумов на результат преобразования операционных интегрирующих преоб-

разователей как динамических систем 93

Основные результаты и выводы J02.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ АЛГОРИТМОВ

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И БАЗОВЫХ СТРУКТУР ОПЕРАЦИОН
НЫХ ИШ №k

  1. Вводные замечания ..№

  2. Разработка и исследование алгоритма функционирования и базовой структуры линейного ИЇЇН следящего уравновешивания с не^инитной ИЇЇФ Ю5

  3. Разработка и исследование алгоритмов функционирования и базовых структур линейных ИПН уравновешивающего преобразования с финитной ИПФ Мб

  4. Разработка и исследование алгоритмов функционирования и базовых структур квадратичных ИПН №9

Основные результаты и выводы ./4<9

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТШ УЛУЧШЕНИЯ ОСНОВШХ МЕТРОЛО
ГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПЕРАЦИОННЫХ ИПН И РАЗРА
БОТКА КОНКРЕТНЫХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ИХ СОВЕРШЕНСТВО
ВАНИЮ 150

  1. Вводные замечания 150

  2. Исследование возможности повышения входного сопротивления операционных ИПН І5І

  3. Разработка операционных ИПН сигналов низкого уровня (снижение порога чувствительности) 162.

-к-

4.4, Исследование возможности уменьшения времени пре
образования ИНН при сохранении свойства подавле
ния помех нормального вида с частотой промышлен-

. ной сети. т

4.5. Разработка рекомендаций по улучшению других мет-
рологиче ских характеристик 494

Основные результаты и выводы 200

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 203

ЛИТЕРАТУРА 240

Приложение. Результаты практической разработки 222

На основе достижений науки и техники ускорить внедрение автоматизированных методов и средств контроля и испытаний продукции как составной части технологиче ских проце ссов... Из "Основных направлений экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года"

Введение к работе:

ХХУІ съезд КПСС в качестве дальнейшего основного пути развития национальной экономики в условиях современного научно-технического прогресса определил интенсивный путь ее развития. Обеспечение интенсивных темпов развития науки, техники и производства невозможно без всесторонней комплексной автоматизации и механизации производственных процессов.

Съездом, в частности, поставлена задача "...организовать производство приборов и средств автоматизации для контроля качества продукции" [і].

Важнейшим резервом повышения качества и эффективности производства является обеспечение производственных процессов высокопроизводительными совершенными средствами технологического контроля. Как отмечалось в [2], в действующих системах управления качеством основное внимание обращается на осуществление организационных и экономических мероприятий, на техническое и технологическое обеспечение производства, в то время как вопросы разработки и оснащения предприятий автоматизированными средствами контроля, измерения и испытания находятся в наименее развитом состоянии. Этот факт резко снижает эффективность систем управле-

'ния качеством, так как по словам академика В.М.Глушкова, "..даже одно небольшое звено единой технологической линии, оставленное без внимания, может свести на нет результаты автоматизации всех остальных звеньев" [з].

Достаточно отметить, что в настоящее время трудоемкость контрольных и испытательных работ в производстве радиоэлектронных изделий составляет более 20$ общей трудоемкости их изготовления.' Стоимость всех видов испытаний и контроля для большинства фирм США составляет до 20$ всех затрат, достигая в некоторых случаях 30$ [4].

Из вышесказанного следует, что в числе важнейших разервов улучшения качества продукции видное место занимает повышение уровня техники измерений. Без измерений невозможно объективно проконтролировать параметры исходных материалов, технологических режимов, готовых изделий, а, следовательно, невозможно и управлять качеством продукции.

Уровень и опережающее развитие техники измерений и контроля определяют дальнейший прогресс всех отраслей производства. По меткому выражению специалиста фирмы<$Ш^и-<&сЛа/1С1- (США) Чарльза Х.Хауза, "изготовители должны проектировать и выпускать измерительные приборы, которые по своим характеристикам опережают самый современный уровень техники, коль скоро они предназначены этот уровень измерять".

В огромном арсенале средств современной измерительной техники ведущее место принадлежит электроизмерительной технике. Это обусловлено тем, что в ряде отраслей народного хозяйства, например, энергетике, радиоэлектронике и др., широко используются измерения электрических величин. Но еще большее значение они приобретают в связи с тем, что многие неэлектрические величины легко измеряются электрическими методами, что весьма удобно для

регистрации, обработки и передачи информации на расстояние. Основными требованиями, относящимися непосредственно к электроизмерительной технике, являются улучшение метрологических и эксплуатационных характеристик, повышение надежности, а также расширение функциональных возможностей и совместимость при системном использовании.

Современный этап построения приборов, машин и оборудования характеризуется массовым переходом на микроэлектронную элементную базу, предусматривающим как разработку новых, так и дальнейшее увеличение выпуска изделий на базе аналоговых и цифровых микросхем большой степени интеграции. Наряду с широким использованием универсальных микросхем, выпускаемых специализированными отраслями, предусматривается применение ограниченной номенклатуры специальных интегральных микросхем и микросборок. То есть микросхемы становятся одним из самых массовых ЭРЭ,

Успешное решение проблемы обеспечения производства изделий микроэлектроники и перехода на микроэлектронную элементную базу контрольно-измерительным оборудованием (КИО) возможно лишь при комплексном подходе, учитывающем требования всех этапов технологии. Первоочередным направлением в этой проблеме несомненно является метрологическое обеспечение производства микросхем и, в первую очередь, создание аппаратуры для измерения и контроля электрических параметров исходных материалов, технологических процессов производства и готовых микросхем.

Очевидно, что наиболее эффективным подходом при планомерной разработке комплексов средств измерения и контроля для типовых технологических процессов производства изделий микроэлектроники с целью широкого и централизованного оснащения предприятий КИО является создание агрегатированного комплекса средств технологического контроля (АСТК) как одной из ветвей Государственной

системы промышленных приборов и средств автоматизации [б]. Создание АСТК, как и любого другого агрегатированного комплекса, целесообразно проводить путем разработки рациональных параметрических рядов средств измерения и контроля DQ.

Одним из основных составляющих элементов любой системы автоматического контроля (САК), а, следовательно, и одним из параметрических рядов АСТК, являются операционные АЦП, выполняющие наряду с цифровым представлением информации ряд простейших математических операций.

До недавнего времени АЦП были самым слабым звеном в составе САК. За последние 5-Ю лет в этой области достигнут значительный прогресс. Так в США, где разработкой АЦП занимаются десятки фирм, создана мощная элементная база, выпущены сотни различных по точности и быстродействию АЦП, освоено производство гибридных и твердотельных АЦП в единых корпусах, значительно снижены цены на серийно выпускаемые преобразователи. Аналогичные работы проводятся и у нас в стране.

Однако традиционно АЦП рассматривался как автономный прибор, и процесс оптимизации его структуры происходит без учета обратной связи СИСТЕМА-АЦП, что не всегда обеспечивало получение оптимального варианта его построения. Реализация системного подхода к разработке структур АЦП требует учета взаимосвязи основных параметров АЦП и системы и должна приводить к улучшению показателей качества САК в целом. Функции АЦП в системе до сих пор являются весьма ограниченными. Они сводятся к обеспечению согласования по форме представления информации между источником сигнала контролируемого объекта и остальной частью системы (ЭВМ, адаптером и т.п.). Такое положение вещей наглядно иллюстрируется в работе [7], где приведен ряд структурных схем измерительно-вычислительных комплексов. Необходимы же такие АЦП, которые

'обеспечивали бы в первую очередь электрическую, программную и временную совместимость. Помимо этого в системе обычно возникает потребность в разгрузке центрального процессора от ряда вычислительных операций, связанных с подключением АЦП к системе и первичной обработкой информации, поступающей от АЦП. Особенно актуальной становится эта задача при построении систем технологического контроля, когда для программного обеспечения контроля наиболее целесообразно применение микро- и мини-ЭВМ типов "Искра 1256", "Электроника 60", CM-I и т.п. Кроме того, ряд специфических особенностей измерения параметров изделий микроэлектроники также налагает определенные ограничения при разработке АЦП. К числу таких ограничений, например, относятся малая рассеиваемая мощность на объектах контроля (ОК) (десятки и дане единицы мВт), малое время подключения ОК к измерительной цепи (до единиц мс), большой набор функциональных зависимостей (линейная -при измерении напряжений, токов, сопротивлений, логарифмическая -при определении коэффициента усиления операционных усилителей, квадратичная - при измерении электрических шумов микросхем, кубическая - при контроле профиля концентрации неосновных носителей в полупроводниковых материалах, вычисление процентов - при допуоковом контроле сопротивления пассивной части ШС и т;д.). Причем, как правило, от таких преобразователей требуется достаточно высокая точность при их использовании в составе систем преимущественно в цеховых условиях, характеризующихся высоким уровнем промышленных помех (приведенная погрешность от 0,1$ до 0,01$ и лучше).

Серийно выпускаемые электроизмерительные приборы для целей автоматического контроля изделий микроэлектроники в ряде случаев применять чрезвычайно сложно. Они обычно являются лабораторными мультиметрами, и их использование в подавляющем большинстве

случаев оказывается технически и экономически неоправданным.

Кроме того серийные АЦП или цифровые приборы с набором выполнения ряда математических операций практически отсутствуют. Только благодаря разработке в рамках рациональных параметрических рядов операционных проблемноориентированных АЦП удастся решить большую часть перечисленных выше задач. При этом появляется новый подход и к распределению санкций между отдельными устройствами в системе, и к разработке алгоритмов функционирования и структур АЦП.

Наиболее вероятным методом построения операционных АНД для автоматизированных систем технологического контроля изделий микроэлектроники преимущественно в цеховых условиях их применения может быть метод интегрирующего преобразования. Он характеризуется возможностью получения высокой точности преобразования., достаточного быстродействия (до нескольких мкс), высокой помехозащищенности и разрешающей способностью, возможностью получения малых мощностей, рассеиваемых на ОК, возможностью строгой временной привязки работы реализующих его устройств, простотой схемотехнической реализации и т.д. Кроме того, и что также является очень важным, на его основе возможна реализация преобразователей с широким набором функциональных зависимостей выход-вход L &}, что нередко ускользает от общего внимания.

Большой вклад в развитие теории и техники метода интегрирующего преобразования внесен такими отечественными учеными и руководимыми ими коллективами, как И.М.Вишенчук, Э.И.Гитис, В.С.Гут-ников, В.Н.Малиновский, Э.К.Шахов, Б.И.Швецкий, В.М.Шляндин и др. В настоящее время можно считать, что формирование основ теории подходит к логическому завершению. Однако, несмотря на более чем 25-летний путь развития, метод интегрирующего преобразования до сих пор еще не нашел своего широкого применения при по-

-и-

строении на его основе различного рода операционных преобразо- ' вателей, а связанные с этим аспектом теоретические вопросы не привлекли должного внимания специалистов.

Настоящая диссертационная работа посвящена рассмотрению некоторых вопросов теории, синтезу алгоритмов и структур операционного интегрирующего преобразования электрических величин преимущественно для систем технологического контроля и измерения параметров изделий микроэлектроники, а также разработке на базе синтезированных структур конкретных измерительных преобразователей и их промышленному внедрению.

В данной работе поставлены и решаются следующие основные задачи:

I. Рассматривается место и роль контрольно-измерительных операций в общем технологическом цикле производства микросхем и. выделяются первоочередные измерительные задачи; анализируются пути агрегатированного построения автоматизированных средств измерения для решения поставленных задач и определяются на этой основе требования к ним; обосновываются целесообразность, а для большинства измерительных задач с учетом выявленных требований -необходимость применения для их решения метода интегрирующего преобразования; проводится систематизированный обзор способов и средств операционного интегрирующего преобразования.

2; Проводится анализ динамических свойств интегрирующих преобразователей следящего уравновешивания с не^инитной ШІФ при входном воздействии типа меандра, выявляется необходимое условие минимизации числа циклов переходного процесса, возникающего в этом случае; исследуются избирательные свойства интегрирующих преобразователей с финитной ШІФ в режимах синхронного и фазового детектирования; ставится и корректно решается задача разработки динамической модели квадратичных интегрирующих преобразо-

вателей; анализируется влияние внутрисхемных шумов на результат преобразования операционных интегрирующих преобразователей как динамических систем, причем для квадратичных преобразователей эта задача ставится и решается впервые.

3; С учетом результатов теоретических исследований разрабатываются и исследуются новые алгоритмы функционирования и базовые структуры операционных преобразователей, имеющих высокие метрологические характеристики.

  1. Исследуются пути улучшения основных метрологических характеристик операционных преобразователей и разрабатываются рекомендации по их совершенствованию, которые доводятся до конкретных примеров их технической реализации.

  2. Осуществляется практическая реализация и промышленное внедрение некоторых из разработанных технических решений в составе автоматизированных измерительных средств технологического контроля изделий микроэлектроники.

Основные положения диссертационной работы изложены в 27 научных трудах.

Работа обобщает результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором в Пензенском филиале Всесоюзного научно-исследовательского технологического института приборостроения в 1976-1983 гг. под руководством д.т.н.профессора кафедры "Информационно-измерительная техника" Пензенского политехнического института Шахова Э.К.

Подобные работы
Першенков Петр Петрович
Разработка и исследование измерительных преобразователей параметров переменных сигналов и цифровых средств измерения на их основе
Карпов Игорь Орестович
Разработка и исследование измерительных преобразователей мощности модулированных токов
Максимова Елена Семеновна
Разработка и исследование мостовых измерительных преобразователей с использованием параметрических датчиков, расположенных на вращающихся объектах
Кутлуяров Георгий Халифович
Разработка и исследование методов построения преобразователей сопротивления резистивного датчика для малопроводных средств измерения параметров технологических процессов в нефтяной промышленности
Ефименко Виктор Михайлович
Разработка и исследование адаптивных методов и средств для определения магнитных свойств ферромагнитных материалов
Новиков Виктор Александрович
Исследование и разработка методов и средств обеспечения метрологической надежности прецизионных микропроцессорных мультиметров
Янков Алексей Викторович
Разработка и исследование цифровых методов повышения быстродействия и точности вольтметров переменного напряжения инфранизкого диапазона частот.
Щеглов Валерий Александрович
Разработка и исследование высокоточных многозначных мер переменного электрического напряжения в диапазоне частот 30-1000 МГц
Шаповалов Виктор Григорьевич
Исследование и разработка методов и средств контроля промышленных сред гидрометаллургических процессов
Палубабкин Юрий Викторович
Разработка и исследование методов и средств прямого преобразования мгновенного значения напряжения в код

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net