Вступ

Одним з основних напрямів розвитку науки та техніки є електроніка, яка ґрунтується на електрофізичних явищах взаємодії електронів та інших заряджених частинок з електромагнітними полями у вакуумі, газових середовищах, твердих тілах, рідких кристалах, а також всередині атомів, молекул, кристалічних ґраток. Практичними завданнями електроніки є створення виробів електронної техніки, в яких така взаємодія використовується для перетворення електромагнітної енергії.
Вироби електронної техніки: елементи (компоненти), прилади та пристрої електронної техніки, які становлять її елементну базу. В основу її будови покладені електронні структури, в яких здійснюється утворення, обробка, представлення інформації.
Електронний прилад, компонент (елемент) – конструктивно та технологічно закінчений (дискретний) виріб електронної техніки (резистор, конденсатор, електровакуумний прилад, транзистор, інтегральна мікросхема, лазер, дисплей, сонячна батарея тощо), які виконують певну пасивну чи активну функцію.
Компонент (елемент) є пасивним, якщо він не підсилює потужність сигналу чи не приводить до напрямленого (однонапрямленого) характеру проходження сигналу. Пасивними компонентами є резистори, конденсатори, котушки індуктивності, трансформатори, резонатори, електронні ключі тощо.
Компонент (елемент) є активним, якщо він підсилює потужність сигналу чи призводить до напрямленого (однонапрямленого) характеру проходження сигналу. Активними компонентами (елементами) є діоди, транзистори, тиристори, фото-, тензо-, магнітосенсорні діоди та транзистори.
Пристрій електронної техніки – це конструктивно та технологічно закінчений виріб, який складається з певної кількості інтегрованих компонентів (елементів), у певний спосіб з’єднаних, які характеризуються певними функціональними можливостями (підсилення, стабілізація, логічні операції).
На основі елементної бази електронної техніки проектують та виробляють функціонально складніші обчислювальні, контрольно-вимірювальні, енергетичні та інші пристрої, системи для передавання, обробки, зберігання інформації, дистанційного керування, автоматизації різних процесів тощо.
Електроніка пройшла кілька етапів розвитку, за час яких змінились декілька поколінь елементної бази: дискретна електроніка електровакуумних приладів, дискретна електроніка напівпровідникових приладів, інтегральна електроніка мікросхем (мікроелектроніка), інтегральна електроніка функціональних мікроелектронних пристроїв (функціональна мікроелектроніка), наноелектроніка.
Елементна база першого покоління (дискретна електроніка електровакуумних приладів) виникла на початку минулого століття з появою перших електровакуумних приладів – електронних ламп, спочатку дво-, а потім трьохелектродних.
В апаратурі першого покоління дискретні (конструктивно та технологічно закінчені) активні та пасивні елементи електронної техніки механічно закріплювались на панелях та з’єднувались дротяними провідниками за допомогою паяння чи зварювання. Пізніше були розроблені плати з друкованими провідниками, що забезпечило більшу надійність, відтворюваність параметрів апаратури та порівняну простоту автоматизації виробництва. Складність технології електровакуумних приладів, невеликий термін служби, значні габаритні розміри та маса, велике споживання електроенергії стали стимулом до розроблення другого покоління електроніки.
Елементна база другого покоління (дискретна електроніка напівпровідникових приладів) виникла в зв’язку зі створенням першого транзистора американськими вченими Д. Бардіним, У. Браттейном та У. Шоклі.
Напівпровідникові прилади забезпечували значно менші габаритні розміри, потужність споживання, більший коефіцієнт корисної дії (ККД), термін служби та надійність. Зменшення міжелектродних відстаней між активними приладами дало змогу збільшити швидкість обробки інформації. Напівпровідникові прилади забезпечили ущільнений монтаж, тобто мікромініатюризацію завдяки створенню малогабаритних вузлів у вигляді плоских та етажеркових мікромодулів.
Елементна база третього покоління (інтегральна електроніка мікросхем чи мікроелектроніка) виникла як результат удосконалення напівпровідникового виробництва, коли за допомогою мезадифузійної технології була виготовлена перша германієва інтегральна мікросхема. У 1960 році розроблена планарна технологія, яка уможливила виготовлення інтегральних мікросхем, в яких електронні елементи виконані нероздільно та електрично з’єднані між собою, тобто є єдиним цілим.
Інтегральна мікросхема (ІМС) містить велику кількість елементів, еквівалентних дискретних елементам, що використовувалися раніше, тому технологія виготовлення апаратури на мікросхемах спрощується, зменшується загальна кількість деталей і з’єднань між ними. Завдяки цьому підвищується надійність апаратури, зменшуються її габаритні розміри та маса з одночасним ускладненням функцій.
Елементна база четвертого покоління (інтегральна електроніка функціональних мікроелектронних пристроїв, або функціональна мікроелектроніка) виникла в результаті пошуку способів створення функціонально складніших базових елементів. Якщо у схемотехнічній електроніці носієм інформації є електричний стан деякої схемо технічної комірки, то в функціональній мікроелектроніці носієм інформації є динамічна неоднорідність. Така локальна неоднорідність являє собою нерівноважний стан у деякому протяжному однорідному середовищі. У виробах функціональної мікроелектроніки використовують взаємодію динамічних неоднорідностей у сукупності з акустичними, тепловими, електричними та магнітними полями для обробки, генерації та зберігання інформації. Функціональна мікроелектроніка ґрунтується на використанні фізичних принципів інтеграції різних об’ємних і поверхневих явищ, долається бар’єр конструктивної складності. Для виготовлення елементів і пристроїв електронної техніки використовують сучасну технологію електронної техніки.
Елементна база п’ятого покоління – це нанорозмірні елементи, пристрої, створені на основі наноструктур, в яких використовують електрофізичні явища на молекулярному, атомарному рівні, з використанням епітаксійних, молекулярних, зондових технологій.
Термін “технологія” походить з грецького tехоn – мистецтво, майстерність, уміння та lojos – наука, і перекладається як “наука про майстерність”. Технологія означає сукупність прийомів, методів і способів отримання і переробки сировини, обробки матеріалів, напівфабрикатів або виробів з метою одержання кінцевого продукту або виробу, згідно з технічними умовами.
Технічні умови (ТУ) – нормативно-технічний документ, який встановлює комплекс технічних вимог до промислової продукції (виробів), правила їх прийому та постачання, методи контролю, умови експлуатації, транспортування та зберігання. ТУ визначають експлуатаційні (споживчі) властивості та є основним правовим документом, що характеризує якість виробів під час укладання договору на їх виготовлення, використання і під час пред’явлення рекламації.
Технічні вимоги визначають конструкцію і розмір виробу, його основні параметри, стійкість до зовнішніх впливів, показники якості виробу і його надійності (безвідмовність, довговічність, збереження), правил прийому та постачання, в яких вказуються категорія і склад випробувань (кваліфікаційні, приймально-здавальні, періодичні, на надійність), порядок і умови їх проведення. В розділі про методи контролю встановлюють: способи визначення всіх параметрів і характеристик виробу; правила відбору зразків або проб для перевірки їх параметрів, вибір обладнання, приладів та матеріалів (реактивів) для випробування; методика підготовки та проведення контрольних випробувань і способи обробки результатів. Умови експлуатації, транспортування та збереження містять вказівки про монтаж, встановлення та застосування виробів, вимоги до їх маркування, правила пакування і транспортування, умови, місце та строки зберігання.
Технологія електронної техніки є основою виробництва сучасних радіоелектронних засобів, обчислювальної техніки, засобів телекомунікації, медичної техніки, засобів контролю екологічного стану довкілля тощо. Її також широко застосовують для виготовлення приладобудівної, машинобудівної, військової космічної техніки тощо. Сучасний рівень
розвитку цих напрямів визначається саме досягненнями технології електронної техніки.
Сучасна технологія електронної техніки ґрунтується на результатах фундаментальних досліджень та новітніх досягненнях у галузі фізики, хімії, матеріалознавства тощо.
Вона використовує значну кількість різних за фізико-хімічною природою операцій (обробок): механічну, теплову, лазерну, хімічну, електрохімічну, електронно-променеву, плазмову та інші методи обробки, які виконуються у повітрі, вакуумі, контрольованому газовому середовищі, що дає змогу модифікувати форму, розміри, фізичні та хімічні властивості, склад і структуру напівпровідникових, діелектричних, провідникових, магнітних матеріалів, розробляти нові. Це у комплексі уможливлює створення електронних структур для реалізації елементів, пристроїв, приладів електронної техніки.
Технологічний процес – це частина виробничого процесу, що об’єднує дії із зміни і, надалі, визначення стану предмета виробництва. У технологічний процес виготовлення виробів електронної техніки входить певна, за змогою оптимальна, кількість технологічних операцій, які виконують у певній послідовності, що забезпечує економічно обґрунтоване отримання виробів електронної техніки заданої конструкції із потрібними електрофізичними параметрами. У масовому серійному виробництві застосовують відпрацьовані, перевірені типові технологічні процеси. Такі технологічні процеси характеризуються єдністю суті і послідовності більшості технологічних операцій і переходів для групи виробів із загальними конструктивними ознаками.
Одну й ту саму технологічну операцію можна реалізувати різними (за фізико-хімічною природою) технологічними методами. Наприклад, технологічну операцію отримання р-n-переходу можна здійснити методами дифузії, епітаксії, іонного легування.
Сукупність дій інженерно-технічних працівників підприємства, що забезпечує поступове перетворення вихідних матеріалів і напівфабрикатів на готовий виріб, називається виробничим процесом.