Studijní opora pro předmět Technologie elektrotechnické výroby Doc. Ing. Václav Kolář Ph.D. Předmět určen pro: Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, VŠB-TU Ostrava. Navazující magisterský studijní program Management kvality a řízení průmyslových systémů. Vyučuje: Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB-TU Ostrava. Katedra elektrotechniky. Studijní literatura: ŠAVEL, Josef. Elektrotechnologie: materiály, technologie a výroba v elektronice a elektrotechnice. 4. rozš. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2005. 314 stran. ISBN 80-7300- 190-X. MACH, Pavel, Vlastimil SKOČIL a Jan URBÁNEK. Montáž v elektronice: pouzdření aktivních součástek, plošné spoje. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2001. 440 stran. ISBN 80-01-02392-3. Pozn. Výše uvedené knihy jsou k dispozici v knihovně VŠB-TU Ostrava. Obsah 1. Základní vlastnosti elektrotechnických materiálů, vodiče, izolanty, magnetické materiály.... 2 2. Základní vlastnosti elektrotechnických materiálů, polovodiče.... 3 3. Výroba monokrystalů a krystalových vrstev... 4 4. Technologie tenkých vrstev a technologie tlustých vrstev.... 5 5. Technologie výroby polovodičových součástek.... 6 6. Technologie výroby optoelektronických prvků.... 7 7. Technologie výroby pasivních součástek... 8 8. Technologie plošných spojů.... 9 Václav Kolář Katedra elektrotechniky, FEI, VŠB-TU Ostrava březen 2018 1
1. Základní vlastnosti elektrotechnických materiálů, vodiče, izolanty, magnetické materiály. V knize Elektrotechnologie, Josef Šavel prostudujte kapitolu 2. Materiály pro elektrotechniku, druhy a vlastnosti, po stranu 49. Podrobně se zaměřte zejména na tyto pasáže: strany 13-14, 24, 28-30 od kap. 2.2.2, 37, 41 bod 5, 43-49. Ostatní části mezi uvedenými stačí pouze přečíst. Předpokládaná doba studia 3 hodiny. - Jaké je základní rozdělené materiálů používaných v elektrotechnice. - Která fyzikální veličina charakterizuje zda je materiál vodičem, nevodičem nebo izolantem. - V jakém rozmezí se pohybuje měrný odpor běžně používaných vodičů? - Jaký je teplotní součinitel odporu u kovů (znaménko)? - Které kovy jsou nejčastěji používané jako vodiče? Dále vyjmenujte alespoň dvě slitiny používané jako vodič. - Jaké kovy se používají jako těžkotavitelné vodiče? - Jaké je základní rozdělení látek podle magnetických vlastností? - Které magnetické látky nacházejí nejčastější využití v elektrotechnice? - Co je to hysterezní smyčka feromagnetického materiálu? - Co jsou to ferity? - Co je to permeabilita? - Jaké druhy izolantů se v elektrotechnice používají? - Co znamená pojem izolant a co dielektrikum? - Co je to permitivita? - Co je to elektrická pevnost, v jakých jednotkách se udává? - Jaké hodnoty dosahuje elektrická pevnost u některých z běžných izolantů? 2
2. Základní vlastnosti elektrotechnických materiálů, polovodiče. V knize Elektrotechnologie, Josef Šavel prostudujte kapitolu 2.4. Polovodičové materiály polovodiče. Podrobně se zaměřte zejména na tyto pasáže: Vlastní vodivost polovodičů, Nevlastní vodivost polovodičů, Křemík (Si), Germanium (Ge). Ostatní části mezi uvedenými stačí pouze přečíst. Předpokládaná doba studia 2,5 hodiny. - Jaký je měrný odpor běžných polovodičů při pokojové teplotě? - Jaká je vlastní vodivost polovodičů při teplotě blízké absolutní nule? - Jak vzniká nevlastní polovodič? - Které jsou nejčastěji používané polovodičové prvky? Který z nich je vůbec nejčastější? - Jaké znáte polovodivé sloučeniny? - Co je to donor a akceptor? 3
3. Výroba monokrystalů a krystalových vrstev. V knize Elektrotechnologie, Josef Šavel prostudujte kapitolu 3. Podrobně se zaměřte zejména na tyto pasáže: 3.3 Příprava objemových monokrystalů, dále kapitolu 5 na stranách 89-90. Ostatní části mezi uvedenými stačí pouze přečíst. Předpokládaná doba studia 2,5 hodiny. - Jaká musí být čistota polovodičových materiálů pro výrobu polovodičových součástek? - Vysvětlete princip zonální rafinace. - K čemu se zonální rafinace používá? - Co je a k čemu se používá metoda Czochralského? - Jaké další metody přípravy polovodičových materiálů znáte? - Jaké jsou výhody metody letmé tavby, pro jaké materiály se používá (myšleno materiály jakých vlastností, nikoli konkrétní názvy)? - Jak se nazývá vytváření tenkých monokrystalických vrstev v polovodičový strukturách? - Z jaké fáze (skupenství) se mohou výše uvedené vrstvy vytvářet? - V jakých elektronických součástkách se uplatňuje vakuum? - Kde se využívá vakuum při přípravě elektrotechnických materiálů? 4
4. Technologie tenkých vrstev a technologie tlustých vrstev. V knize Elektrotechnologie, Josef Šavel prostudujte kapitolu 6 Technologie tenkých vrstev a kapitolu 7 Technologie tlustých vrstev. Předpokládaná doba studia 2,5 hodiny. - Kde v elektronice nacházejí tenké vrstvy uplatnění? - Jakými způsoby se tenké vrstvy vyrábějí? - Jaký je rozdíl mezi tlustou a tenko vrstvou? - Co zejména ovlivňuje vlastnosti tlustých vrstev a co tenkých? - Jaké jsou způsoby přípravy tlustých vrstev? - Co je sítotisk, jaké jsou jeho výhody oproti jiným srovnatelným metodám? - Jaké jsou aplikace tlustých vrstev v elektronice? - Jaké materiály se používají pro vodivé tenké vrstvy? - Jaké materiály se používají pro odporové tenké vrstvy? - Jaké materiály se používají pro tenkovrstvé kondenzátory? - Jaké materiály se používají pro izolační a dielektrické tlusté vrstvy? 5
5. Technologie výroby polovodičových součástek. V knize Elektrotechnologie, Josef Šavel prostudujte kapitolu 8 Technologie polovodičových součástek a integrovaných obvodů. Předpokládaná doba studia 3 hodiny. - Jak lze dělit integrované obvody? - Jak byly konstruovány hrotové diody a tranzistory? - Jaký je princip slitinové technologie výroby integrovaných obvodů? - Co je epitaxní technologie výroby integrovaných obvodů? - Co je to planární technologie? - Popište princip výroby unipolární struktury polovodičové součástky? - Jaký je postup při výrobě monolitického integrovaného obvodu? - Jak probíhá výroba hybridního integrovaného obvodu? 6
6. Technologie výroby optoelektronických prvků. V knize Elektrotechnologie, Josef Šavel prostudujte kapitolu 9 Technologie optoelektroniky. Předpokládaná doba studia 3,5 hodiny. - Jaké jsou výhody optických prvků a optického přenosu dat oproti elektrickému? - Jak byly konstruovány hrotové diody a tranzistory? - Jaká je zhruba vlnová délka viditelného světla, jak jsou odstupňovány vlnové délky jednotlivých barev a jak energie odpovídajících fotonů? - Jaké jsou vlnové délky ultrafialového, infračerveného záření ve srovnání s viditelným světlem? - Jaké jsou vlnové délky technicky využívaných elektromagnetických vln ve srovnání s výše uvedenými zářeními? - Jaké druhy optických vláken znáte, které jsou nejpoužívanější? - Jak je konstruováno mnohavidové vlákno? - Jak je konstruováno jednovidové vlákno? - Z čeho se skládá optický kabel? - Jak lze spojovat optická vlákna? - Jaké jsou zdroje optického záření používané ve spojení s optickými vlákny? - Jaké se používají detektory optického záření ve spojení s optickými vlákny? - Co jsou to kapalné krystaly, kde se uplatňují? - Z jakých materiálů se vyrábějí solární články? - Který ze solárních článků (monokrystalický, polykrystalický, amorfní) má největší účinnost? - Jaké jsou detektory infračerveného záření a k čemu se používají? 7
7. Technologie výroby pasivních součástek. V knize Elektrotechnologie, Josef Šavel prostudujte kapitolu 10 Technologie výroby pasivních součástek. Předpokládaná doba studia 2 hodiny. - Co patří mezi pasivní elektronické součástky? - Jaké jsou hlavní vlastnosti rezistoru? - Jak lze rozdělit rezistory podle konstrukce? - Co je to potenciometr? - Jaké druhy potenciometrů se používají? - Jak je tvořen elektrolytický kondenzátor? - Jaký je zásadní rozdíl mezi elektrolytickým kondenzátorem a ostatními typy kondenzátorů z hlediska polarity připojeného napětí? - Jaké jsou druhy svitkových kondenzátorů podle použitého dielektrika? - Jaké jsou další často používané kondenzátory kromě elektrolytických a svitkových? - Která veličina působící z vnějšího prostředí ovlivňuje vlastnosti (hodnotu) rezistorů a kondenzátorů? 8
8. Technologie plošných spojů. V knize Elektrotechnologie, Josef Šavel prostudujte kapitolu 12 Technologie plošných spojů a v knize Montáž v elektrotechnice, Pavel Mach pročtěte kapitolu 9.3 Vícevrstvé plošné spoje a 9.4 Nerovinné plošné spoje. Předpokládaná doba studia 3,5 hodiny. - K čemu slouží plošné spoje? - Jak se z konstrukčního hlediska dělí plošné spoje? - K čemu slouží světlocitlivé rezisty při výrobě plošných spojů? - Co je to subtraktivní metoda výroby plošného spoje? - Co je to aditivní metoda výroby plošného spoje? - Jaká je aditivní metoda výroby plošného spoje? - Kolik vrstev mohou mít dnešní vícevrstvé plošné spoje? - Jaký je postup výroby vícevrstvého plošného spoje (stručně, viz. kap. 9.3. P. Mach)? - K čemu slouží ohebné plošné spoje? - Z čeho se skládají ohebné plošné spoje? 9