Tải bản đầy đủ

tài liệu tham khảo các phương pháp gia công KĨ THUẬT CHẾ tạo 3

CHAPTER 20: Rapid-Prototyping Processes and Operations
Question 20.1. Sự khác nhau cơ bản giữa sản xuất bổ sung và tạo mẫu nhanh là gì?
Trả lời:
Đúng là tạo mẫu nhanh thường sử dụng các công nghệ bổ trợ sản xuất (cả máy công nghiệp
phức tạp, chẳng hạn như khắc nổi, thiêu kết bằng lazer ..., và máy in 3D chi phí thấp), nhưng không phải
lúc nào cũng vậy.
Tạo mẫu nhanh đề cập trong thực tế để sản xuất nhanh của nguyên mẫu cho các mục đích khác
nhau bao gồm các cuộc làm việc và trực quan, đánh giá hiệu quả chức năng, hỗ trợ các bộ phận làm việc
khác. Trong nhiều trường hợp, nguyên mẫu nhanh chóng như vậy cũng thu được bằng phương tiện tốc
độ cao máy tính gia công điều khiển số hoặc sử dụng các quá trình hình thức sao chép nhanh chóng, sau
khi có mô hình ban đầu.
Sản xuất bổ sung làm cho tham chiếu đến bất kỳ qui trình công nghệ sản xuất theo từng lớp
hoặc rã lớp. Trong nhiều trường hợp, Công nghệ chế tạo bổ sung (Additive Manufacturing Technologies
- viết tắt AMTs ) được sử dụng cho việc thu thập mẫu, như chúng thường không được dùng theo hướng
sản xuất hàng loạt lớn. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, ngày càng nhiều AMTs đang được sử dụng
cho các bộ phận chính thức, đặc biệt là khi các mô hình hình học phức tạp hoặc cho sự kết hợp của các
chức năng đặc biệt.
Question 20.2: Phương pháp tạo mẫu nhanh lập thể ( khắc nổi ) là gì?
Trả lời:
Phương pháp tạo mẫu nhanh lập thể ( khắc nổi ) là một trong một số phương pháp được sử dụng
để tạo các mẫu in 3D. Quá trình này là dựa trên nguyên tắc của sự hóa rắn

(đông cứng) photopolymer lỏng sang một dạng định hình cụ thể. Một thùng chứa có hệ truyền
động làm việc theo cơ chế có thể được hạ xuống và đưa lên được đổ đầy dung dịch lỏng photopolymer.
Các chất lỏng là một hỗn hợp của monome acrylic, oligomer
(trung gian polymer), và một photoinitiator (một hợp chất tạo ra sau phản ứng hấp thụ ánh sáng).

Question 20.3. Phương pháp tạo mẫu ảo là gì? Nó khác với phương pháp phụ gia như thế nào?
Trả lời:
Phương pháp tạo mẫu ảo là một dạng phần mềm hoàn toàn của mẫu có sử dụng tiên tiến đồ họa
và môi trường thực tế ảo cho phép các nhà thiết kế để kiểm tra một phần. trong một cách, công nghệ


này được sử dụng bởi thông thường, các gói CAD thông thường để vẽ lại một một phần để các nhà thiết
kế có thể quan sát và đánh giá nó như nó được rút ra.
Question 20.4. Phương pháp rãi dây nóng chảy là gì?
Trả lời:

Phương pháp rải dây nóng chảy (FDM). Sử dụng 1 giá đỡ robot điều khiển đầu phun di động
theo hai hướng chính trên bàn. Cánh tay robot có thể nâng cao hoặc hạ xuống nếu cần. Cuộn dây nhựa
dẻo được phun thông qua đầu phun (heated build head). Ban đầu dây nhựa dẻo được phun ra dưới dạng
bọt với tốc độ không đổi. Khi layer đầu tiên hoàn thành, bàn đỡ hạ xuống, đầu phun tiếp tục phun xếp
chống các layer sau lên layer đầu tiên.

Tuy nhiên, có nhiều chi tiết khó có thể chế tạo trực tiếp vì đầu phun phải phun vào những vị trí
mà không có vật liệu đỡ bên dưới. Để giải quyết vấn đề này, ta phun vật liệu để tạo giá đỡ như hình (b).
Những lớp giá đỡ này có độ bền kém, dễ dàng phá bỏ khi hoàn thành chi tiết yêu cầu.


Kích thước đầu phun từ 0,05-0,12mm. Theo phương x – y, độ chính xác có thể đạt tới 0,025mm.
Phương pháp FDM có thể dung dây phi kim hoặc kim loại. Nếu dung dây kim loại thì cần phải
có laser để gia nhiệt và kết dính các phần lại với nhau.
Nếu độ nhám bề mặt sản phẩm không tốt; người ta có thể cải thiện bằng cách nung nóng, đánh
bóng bằng cát hoặc mạ lớp áo choàng (có thể là sáp).
Question 20.5. Giải thích ý nghĩa của công cụ nhanh ?
Trả lời: Một vài phương pháp được sản xuất nhờ các dụng cụ sản xuất nhanh cũng như ý nghĩa của quá
trình tạo mẫu nhanh. Lợi thế của dụng cụ nhanh bao gồm những điều:
1. Giá cao nhân công và kĩ thuật cho việc tạo mẫu nhanh được khắc phục.
2. Dẫn đến ít tiêu tốn thời gian.
3. Những thiết kế rỗng có thể được thực hiện dễ dàng với việc đúc những chi tiết nhẹ có thể dễ
dàng hơn
4. Tích hợp công nghệ CAD cho phép khuôn mẫu với dụng cụ khuôn nền và chế tạo những miếng

insert . Kĩ thuật tạo mẫu nào tương lại sẽ giảm chi phí dụng cụ cho sản xuất
5. Kênh làm mát và nguội được đặt trong khuôn có thể được tối ưu hóa , giảm thời gian quá trình
sản xuất
6. Sự co rút khi đông đặc hay co rút về nhiệt có thể được bù trừ tự động thông qua phần mềm để
sản xuất dụng cụ hợp lý và sản xuất được những chi tiết mong muốn.
Khuyết điểm chính của phương pháp này là giảm độ bền của công cụ hoặc những bộ phận của công
cụ.
Question 20.6. Tại sao Photopolymer lại được dùng chủ yếu cho ở phương pháp
stereolithography?
Trả lời : Vì chi phí thấp, chất lượng cao, có thể thao tác vì độ bền dẻo.
Question 20.7. Giải thích ý nghĩ của những cụm từ sau đây: (a) 3DP, (b) LOM,(c) STL, (d) SGC,
(e) FDM, và (f) LENS.
Trả lời: Three-dimensional-printing (3DP): In 3D là một quá trình làm cho khối 3D từ một tập tin kỹ
thuật số. Việc tạo ra một đối tượng 3D in được thực hiện bằng cách sử dụng các quy trình phụ.
Stereolithography (STL) : Phương pháp tạo mẫu nhanh lập thể ( khắc nổi ) là một trong một số
phương pháp được sử dụng để tạo các mẫu in 3D. Quá trình này là dựa trên nguyên tắc của sự hóa rắn


(đông cứng) photopolymer lỏng sang một dạng định hình cụ thể. Một thùng chứa có hệ truyền động làm
việc theo cơ chế có thể được hạ xuống và đưa lên được đổ đầy dung dịch lỏng photopolymer.
Solid-ground curing (SGC): Quá trình này độc đáo ở chỗ toàn bộ lát một phần được sản xuất tại
một thời gian.Kết quả là, một thông lượng lớn đạt được, so đó với các qui trình tạo mẫu nhanh khác.
Fused deposition modeling (FDM): phương pháp rãi dây nóng chảy là một công nghệ sản xuất
phụ gia thường được sử dụng cho các ứng dụng mô hình, tạo mẫu và sản xuất. Nó là một trong những
kỹ thuật được sử dụng để in ấn 3D.
Laser-engineered net shaping (LENS): phương pháp tạo hình bằng lazer được dựa trên công
nghệ hàn laser và lớp sơn phủ.
Laminated-object manufacturing (LOM): sản xuất nhiều lớp đối tượng.
Question 20.8: Nguyên liệu ban đầu được sử dụng trong phương pháp tạo mẫu rãi dây nóng chảy
là gì ? Trong in 3D?
Trả lời:
FDM hoạt động trên một nguyên tắc "chồng lớp" bằng cách đặt từng lớp xuống tạo thành sản
phẩm; sử dụng một sợi dây nhựa hoặc kim loại được quấn thành cuộn.
Trong in 3D, vât liệu dạng bột thường được sử dụng là hỗn hợp của các polyme và sợi, cát đúc,
và các kim loại ( kim loại phổ biến được sử dụng trong SDP là thép không gỉ, nhôm, và titan.).
Question 20.9 Một số nguyên công làm sạch, hoàn thiện sản phẩm trong tạo mẫu nhanh? Tại sao
chúng lại cần thiết?
Trả lời :
- Một số nguyên công như : phun cát, phủ bề mặt, phun nước, xử lí nhiệt
- Những nguyên công này là cần thiết. Ví dụ : phun cát, phủ bề mặt để tăng độ nhẵn bề mặt; phun nước
để lấy phần vật liệu hỗ trợ, xử lí nhiệt để làm tăng độ bền, độ cứng
Question 20.10. Xem xét một tách cà phê gốm và xác định trong đó định hướng bạn sẽ chọn để
sản xuất chi tiết nếu bạn đang sử dụng (a) phương pháp sản xuất hợp nhất-lắng đọng hoặc (b) sản
xuất nhiều lớp đối tượng.
Trả lời: Trong hợp nhất-lắng đọng mô hình hóa các cốc cà phê sẽ được tạo nguyên mẫu trong cùng một
định hướng như khi nó giữ cà phê; Định hướng này được chọn để giảm thiểu khối lượng hỗ trợ vật chất
và cấu trúc cần thiết (xem Hình. 20.5 trên p. 532). Trong nhiều lớp đối tượng sản xuất cốc cà phê sẽ
được đặt trên mặt của nó để giảm thiểu số lượng các lớp từ vật liệu "hỗ trợ" luôn được sản xuất. Lưu ý,


tuy nhiên, các bộ phận này thường phù hợp với một không gian làm việc có chứa nhiều phần, vì vậy các
tùy chọn này có thể không luôn luôn được theo sau.
Question 20.11. Làm cách nào để sản xuất nhanh dụng cụ cho quá trình ép phun ? Giải thích
những khó khăn gặp phải.
Trả lời:
Ép phun Acetal clear epoxy solid (ACES) hay còn gọi là AIM, thường dùng công nghệ tạo mẫu
nhanh để sản xuất trực tiếp khuôn thích hợp ( thường dùng công nghệ khắc laze) cho ép phun.Khuôn là
một cái vỏ ở cuối được mở ra cho phép điền đầy vật liệu như epoxy, , aluminum-filled epoxy, hoặc kim
loại nóng chảy thấp.
Phụ thuộc vào vật liệu nhựa sử dụng trọng ép phun, tuổi thọ của khuôn có thể là 10 chi tiết ,
hoặc có thể là 100 chi tiết cho một khuôn.
Question 20.12 Giải thích ý nghĩa của công cụ tạo mẫu nhanh.
Trả lời :
Công cụ tạo mẫu nhanh có tiềm năng về cơ bản thay đổi quy trình sản xuất như rèn, đúc chết và
PM hoạt động. Theo truyền thống, các quá trình này có giới hạn cho các ứng dụng của họ, vì các chi phí
dụng cụ cao và thời gian dài . Các chi phí dụng cụ cao là do chi phí nguyên liệu, nhưng chủ yếu là để
gia công và hoàn thiện; thời chì cao là do kết hợp với thời gian dài để làm lại khi cần thiết. Với công cụ
nhanh chóng, chi phí và thời gian giao hàng cho dụng cụ giảm mạnh. Những lợi ích kinh tế là quan trọng
nhất cho vừa phải để chạy sản xuất thấp, nơi rèn, đúc chết, PM, vv, thậm chí không thể được xem là sử
dụng các phương pháp sản xuất truyền thống chết vì cân nhắc kinh tế. Tuy nhiên, với công cụ nhanh
chóng, quá trình đó có thể được sử dụng cho một phạm vi rộng lớn hơn của các bộ phận và thời gian
sản xuất.
Question 20.13 Liệt kê các quá trình được mô tả trong chương này là thích hợp nhất cho việc sản
xuất các bộ phận bằng gốm. Giải thích.
Trả lời :
Đối với sản xuất trực tiếp các bộ phận bằng gốm, in ba chiều có thể là sự lựa chọn tốt nhất. Với
các chất kết dính thích hợp, điều này cũng có thể được thực hiện bằng mô hình hợp nhất-lắng đọng, và
cũng có thể bằng cách chọn lọc thiêu kết laser. Tuy nhiên, các hạt gốm sẽ mài mòn các dụng cụ trong
FDM và đòi hỏi nhiều nhiệt để cầu chì trong SLS. Phương pháp in 3D, nơi một chất kết dính được phun
lên các hạt gốm, là cách tiếp cận tốt nhất để làm mảng xanh, mà sau đó được nung trong lò để cầu chì
bột.
Question 20.14: Vài bộ phận trong các sản phẩm thương mại hiện nay thì trực tiếp sản xuất thông
qua các quá trình tạo mẫu nhanh. Giải thích.


Trả lời: Hai lý do chính tại sao rất ít bộ phận được sản xuất bởi quá trình tạo mẫu nhanh là chi
phí sản xuất và thời gian sản xuất. Lưu ý rằng các vật liệu sử dụng trong tạo mẫu nhanh là rất đắt tiền;
cũng có, mặc dù chúng có thể được sản xuất một cách nhanh chóng so với các quá trình tạo mẫu thông
thường (trừ quá trình gia công phức tạp và thiết bị CNC đắt tiền) thì việc sản xuất hàng loạt không phải
là thực tế. Có một lời châm biếm rằng việc sản xuất sản phẩm rèn đầu tiên mất sáu tháng và một triệu
đô la, nhưng sản phẩm rèn thứ hai thì gần như miễn phí và chỉ mất vài giây để sản xuất. Với tạo mẫu
nhanh, phần đầu tiên mất một vài giờ. Phần thứ hai sẽ mất một vài giờ, và như vậy, không có quy mô
kinh tế. Các quá trình này rất lý tưởng để làm ví dụ duy nhất của sản phẩm, nhưng không dành cho sản
xuất hàng loạt.
Question 20.15 Bộ phận nhanh tạo nguyên mẫu có thể được làm bằng giấy không? giải thích
Trả lời: Có, bộ phận nhanh tạo nguyên mẫu có thể được làm bằng giấy. Sản xuất nhiều lớp đối
tượng quá trình sản xuất các bộ phận từ giấy hoặc nhựa.
Question 20.16 Cẩn thận phân tích một chi tiết tạo mẫu nhanh đã chỉ ra rằng nó được tạo thành
lớp với một đường bao sợi phân biệt có thể nhìn thấy trên mỗi lớp. Là nguyên liệu chất dẻo nhiệt
rắn hay nhựa nhiệt dẻo? Giải thích.
Trả lời:
Các phác thảo chi tiết cho thấy rằng các tài liệu được sản xuất trong mô hình hợp nhất-lắng
đọng. Quá trình này đòi hỏi lớp liền kề để hợp sau khi được ép đùn. Đùn và liên kết rõ ràng là có thể
với nhựa nhiệt nhưng rất khó khăn cho một phản ứng nhiệt.
Question 20.17. Tại sao những chi tiết kim loại trong in 3D thường được thấm bởi những kim loại
khác ?
Trả lời:
Những chi tiết được tạo ra bằng phương pháp in 3D thì khá là xốp vì vậy có thể thiếu độ bền.
In 3D với bột kim loại cũng có thể được thiêu kết với sự kết hợp của kim loại thấm để tạo nên chi tiết
chắc chắn. Với giải thích như trên hình 20.10, ở đây chi tiết được tạo ra giống như trước – bột được kết
dính lại. Tuy nhiên trình tự tiếp theo là sự thiêu kết bằng cách nung chảy chất kết dính và sự chảy ra của
bột kim loại.
20.18 Tạo một danh sách những ưu điểm và hạn chế của mỗi phương pháp tạo mẫu nhanh được
mô tả trong chương này
Phương pháp

Ưu điểm

Mô hình lắng đọng nung chảy

-

Hạn chế

Không cần bảo dưỡng bổ -

Không tốt cho các tính năng

sung.

nhỏ, chi tiết và các bức

-

Vật liệu đa dạng.

tường mỏng.

-

Dễ dàng thay đổi vật liệu.

-

Hoàn thiện bề mặt.


-

-

Môi trường văn phòng thân -

Yêu cầu hỗ trợ trên một số

thiện.

vật liệu / hình học.

Sản phẩm cấp thấp, máy -

Hỗ trợ thiết kế / hội nhập /

móc ít tốn kém.

loại bỏ là rất khó khăn.
-

Trục Z yếu.

-

Chậm đối với phần lớn và
dày.

Chế tạo quang

-

-

-

-

Đạt độ chính xác trong -

Yêu cầu bảo dưỡng bổ

công nghiệp.

sung.

Có độ chi tiết cao và tường -

Vật

mỏng.

(photopolymers).

Chiếm thị phần và sự hiện -

Một số bị cong vênh, co rút

diện trong công nghiệp.

và uốn do biến đổi pha.

Lớp bề mặt tốt.

-

liệu

bị

giới

hạn

Cơ chế hỗ trợ là cần thiết.
Thiếu chúng có thể gặp khó
khăn.

Mô hình đa Jet

-

Lớp bề mặt mịn

-

Bộ phận không bền theo

-

Độ phân giải cao

thời gian và hạn chế tính

-

Tiến độ ngắn

chất cơ học.

-

Các bộ phận có thể được -

Không làm việc với các vật

sơn, gia công, khoan hoặc

liệu tiêu chuẩn

mạ crom

Thiêu kết bằng laser chọn lọc

-

Ưu điểm chính là nguyên -

Lớp bế mặt nhám.

mẫu chế tạo xốp (thường là -

Tính chất cơ học thấp hơn

60% tỉ trọng của các bộ

trong quá trình ép phun cho

phận đúc), do đó làm yếu độ

cùng 1 vật liệu.

bền và bề mặt của chúng.

-

Nhiều biến dựng, hoạt động

-

Vật liệu đa dạng.

phức tạp

-

Không cần bảo dưỡng bổ -

Vật liệu chuyển đổi khó

sung.

khăn so với FDM và SLA.

-

Thời gian dựng nhanh.

-

Hạn chế cơ chế hỗ trợ.

-

Yêu cầu hậu xử lý, kết thúc.


-

Có tính chất cơ học của
Nylon and Polycarbonate

Điện tử nóng chảy

-

95% hiệu suất

-

Đang phát triển cho hợp

-

Không làm được trên vật
liệu bằng nhựa

kim, thép không gỉ , nhôm
và đông
In ấn 3D

-

Sản xuất sản phẩm tùy biến. -

Kích thước giới hạn

-

Thời gian ngắn để chuyển -

Vật liệu hạn chế

thiết kế thành các nguyên
mẫu tương ứng.

Sản xuất vật liệu nhiều lớp

-

Chi phí sản xuất thấp.

-

Xoá bỏ chi phí lưu trữ

-

Tạo ra các cơ hội việc làm

-

Các thành phần không cần -

Sản xuất mối liên kết tốt

cơ chế hỗ trợ

giữa các lớp

Chỉ có chu vi của phần là -

Lớp vỏ bề mặt tệ

được xử lý, trong khi ở hầu -

Khó khăn trong việc sản

hết các phương pháp RP

xuất các bộ phận rỗng

toàn bộ diện tích của phần -

Không có sự ổn định chiều

cần phải được xử lý

Xuất hiện lỗ rỗng

-

-

Rắn mặt đất đóng rắn

-

Một tiềm năng cho sản xuất -

Yêu cầu hậu sản xuất

tốc độ cao

Yêu cầu tiến trình thứ 2

-

-

Không tốn kém

-

Không có vật liệu độc hại

-

Độ chính xác

-

Hoạt động bán tự động

-

Bảo dưỡng mặt đất vững -

Phần lớn ít phổ biến

chắc .

Tạo ra sụ lãng phí quá nhiều

-

Tỷ lệ sản xuất cao

-

và chi phí vận hành cao


Câu hỏi 20.19 Khi đưa ra một nguyên mẫu của một chiếc ô tô đồ chơi, liệt kê các hoạt động hoàn
thiện hậu-nhanh chóng tạo mẫu mà bạn nghĩ rằng sẽ là cần thiết. Giải thích.
Phụ thuộc vào quá trình tạo mẫu nhanh-đặc biệt được sử dụng để tạo ra các đồ chơi. Hãy xem
ví dụ, hợp nhất, lắng đọng mô hình hóa: Nó có thể được mong muốn để cát hoặc kết thúc bề mặt vì các
kết cấu bề mặt mà tồn tại từ dây tóc ép đùn. Một lớp cơ sở và lớp sơn sau đó có thể được áp dụng, theo
sau là sơn trang trí chi tiết, nếu muốn. Stereolithography thể yêu cầu (và nói chung nó làm như vậy) sau
bảo dưỡng, tiếp theo roughening (chẳng hạn như bằng cách chà nhám) để cho phép sơn dính chặt, tiếp
theo là vẽ tranh, như ở trên.
Question 20.20: Giả sử polymer lỏng có giá $160/lít, hãy ước lượng giá của một con chuột máy
tính được chế tạo bằng phương pháp tạo mẫu nhanh.
Trả lời
Nhận thấy rằng một con chuột phần lớn là rỗng, với một lớp vỏ dày khoảng 3 mm, và từ kích thước tổng
thể của chuột, khối lượng nhựa trong đó có thể được tính như khoảng 20.480 mm3 (Các kích thước của
chuột sẽ thay đổi tùy theo nhà sản xuất chuột). Khi một lít tương đương với 106 mm3, các chi phí của
nhựa ở chuột sẽ là $ 3,28 (đó là một phần rất nhỏ trong chi phí của con chuột).
Câu hỏi 20.21. Phần đầu đùn trong cài đặt làm mẫu nung chảy-lắng đọng có đường kính 1,25 mm
và tạo ra những lớp dày 0,25 mm. Nếu vận tốc đầu đùn và polymer extrudate đều là 50 mm / s,
ước tính thời gian sản xuất cho các thế hệ của một 38-mm khối rắn. Giả sử rằng có một sự chậm
trễ 10 giây giữa hai lớp là người đứng đầu đùn được di chuyển trên một bàn chải sắt để làm sạch.
Trả lời:
Trước tiên, nếu độ dày của khối lập phương là 38 mm, và các lớp dày 0,25 mm, có 152 lớp, với
tổng số 'không hoạt động' thời gian (152) (15 s) = 2280s. Cũng lưu ý rằng các mặt cắt ngang của sợi ép
đùn trong trường hợp này là hình elip, và do đó hình dạng của nó không dễ dàng xác định từ thông tin
được đưa ra trong các vấn đề. Tuy nhiên, chúng ta biết rằng tốc độ extrudate polymer là 50 mm / s và
đường kính lỗ là 1,25 mm, do đó tốc độ dòng chảy khối lượng là
Q = vA = (50 mm / s) [π / 4 (1,25 mm) ^ 2] = 61,36 mm3 / sec
Các khối lập phương có khối lượng (38) (38) (38) = 54.900 mm ^ 3 và thời gian cần thiết để extrude
khối lượng này là 54.900 / 61,36 = 895 s. Do đó tổng thời gian sản xuất là 895 s + 2280 s = 3175 s = 52
phút.
Câu hỏi 20.22 Sử dụng dữ liệu cho vấn đề 20,21 và giả định rằng độ xốp cho các vật liệu hỗ trợ là
50%, tính toán tốc sản xuất để làm một 100-mm (4 in.) Cốc cao với đường kính ngoài 90 mm (3.5


in.) Và một ống dày 4 mm (0,16 in.). Hãy xem xét các trường hợp (a) với các đầu kín và (b) với sự
kết thúc đóng xuống.
Trả lời:
Closed-end xuống. Đối với trường hợp này, không có tài liệu hỗ trợ cần thiết. Có 400 lớp, 'không
hoạt động' thời gian là 6000S. Khối lượng chén tường là

V

 2

d t  dht  (90mm) 2 (4mm)   (90mm)(100mm)(4mm)
4
4

hoặc V = 138, 000. Này có 138, 000 / 61,36 = 2260 s để đẩy ra; tổng thời gian là 6000 + 2260 = 8260 s
= 2,3 giờ.
(b) Closed-end up. Bây giờ, ngoài các bức tường, nội thất phải được lấp đầy với sự hỗ trợ cho các dạng
đóng trên đầu trang. Khối lượng của cốc là

V  d 2 h 


(87.5mm) 2 (100mm)  601,000mm3
4

Từ các tài liệu hỗ trợ có độ rỗng 50% (vì vậy Veff = 300, 500), thời gian cần thiết để extrude các tài liệu
hỗ trợ là t = 300, 500 / 61,36 = 4900 s = 1,36 giờ. Vì vậy, tổng thời gian để sản xuất một phần và hỗ trợ
là 2,6 + 1,36 = 3,96, tương đương khoảng bốn giờ.
Câu hỏi 20.23 Quan sát bảng 20.2 so sánh các số liệu được cho của vật liệu trong bảng với các vật
liệu kim loại hay các vật liệu khác trong phần 1 của cuốn sách này. Bình luận trên quan điểm của
bạn.
Trả lời:
Đây là một vấn đề mở, và sinh viên cần được khuyến khích phát triển các câu trả lời của riêng mình.
Như một ví dụ về một so sánh tốt, những con số dưới đây cho thấy một biểu đồ hai tham số của độ bền
kéo và mô đun đàn hồi cho các vật liệu trong Bảng 20.2 cũng như đối với các vật liệu khác được lựa
chọn. Khi một loạt các giá trị được đưa ra, giá trị trung bình được sử dụng trong biểu đồ này. Lưu ý rằng
bảng 17.5 trên p.456 cung cấp một so sánh tốt cho Ti-6Al-4V, đó là một vật liệu phôi cho chùm electron
nóng chảy.


Trong hình này, lưu ý rằng hình vuông tương ứng với vật liệu tạo nguyên mẫu nhanh chóng,
hình tròn với các vật liệu từ các quá trình khác. Vật liệu xanh là các kim loại, các vật liệu màu đỏ là ba
hình thức polycarbonate. Lưu ý rằng các tính chất cơ học của vật liệu từ các hoạt động tạo mẫu nhanh
có thể so sánh, nhưng hơi thấp hơn, tương đương với các quá trình khác.
Câu hỏi 20.24 Máy tạo mẫu nhanh đại diện cho một nguồn vốn đầu tư lớn; do đó, rất ít công ty có
thể mua các hệ thống của mình. Vì vậy, các công ty dịch vụ sản xuất các bộ phận dựa trên bản vẽ
của khách hàng đã trở nên phổ biến. Tiến hành một cuộc điều tra chính thức của công ty dịch vụ
như vậy, xác định các loại máy tạo mẫu nhanh mà họ sử dụng, và xác định việc sử dụng tỷ lệ phần
trăm của từng loại.
Trả lời :
TẠO MẪU NHANH BẰNG PHƯƠNG PHÁP FDM
Nguyên lý hoạt động
FDM ( Fused Deposition Modling) xây dựng bằng cách kéo dài nhựa nóng chảy rồi hoá rắn từng
lớp tạo nên cấu trúc chi tiết đặc. Vật liệu xây dựng trong cấu trúc của một sợi đặc mảnh, được dẫn từ
một cuộn tới đầu chuyển động điều khiển bằng động cơ servo. Khi sợi này tới đầu dò nó được nung
chảy bởi nhiệt độ sau đó nó được đẩy ra qua vòi phun lên mặt phẳng chi tiết.
Lớp cắt nhỏ nhất :
Khi kim loại nóng chảy được san đều nó nguội nhanh khoảng 1/10(s) và đông cứng lại. Khi một
lớp được phủ hoàn thành mặt phẳng giá đỡ di chuyển xuống phía dưới một lớp mỏng thông thường từ
0,005

đến

0,01

inc

( từ 0,178 đến 0,356mm) và quá trình được lặp lai.
Vật liệu chi tiết
Những năm qua, Stratasys đã phát triển một số vật liệu bột nhựa cho hệ thống FDM. Một loại để
sản xuất ra chi tiết có chất lượng cao là ABS. Một số loại vật liệu khác gồm sáp dùng cho khuôn xung
quanh chi tiết, polycacbonate cho các chi tiết bền, và polyphenyl sulfones dùng cho các ứng dụng chịu


nhiệt. Chi tiết FDM do được chế tạo từ các vật liệu đã qua nóng chảy và đông đặc, thể hiện đặc tính vật
lý đóng so với các chi tiết làm từ vật liệu tương tự nhưng bằng phương pháp khác.
Vật liệu đỡ
Giá thành phải thấp hơn vật liệu tạo mẫu.
- Đầy đủ yêu cầu về cơ tính tương đương với vật liệu tạo mẫu.
- Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn vật liệu tạo mẫu
- Dễ dàng bóc tách khỏi vật liệu tạo mẫu sau khi đã hoàn thành sản phẩm.
Độ chính xác và chất lượng bề mặt
Hệ thống FDM của hãng Stratasys với cấp chính xác nằm trong dải +/- 0,005 inc ( +/- 0,127 mm).
Độ nhám bề mặt của chi tiết FDM không tốt bằng chi tiết chế tạo từ phương pháp Stereolithography
nhưng cao hơn so với những chi tiết sản xuất bằng Lazer Sintering. Nhưng ngược lại các chi tiết dung
phương pháp chiếu có kết cấu mịn. Chi tiết FDM xuất hiện gân bởi vì cả các lớp ngang và đường dịch
chuyển đều xuất hiện lặp lại.
Máy in FDM OMB201 3DTaiwan San Yi Technology Co., Ltd.
Câu hỏi 20.25 Một trong những lợi thế lớn của stereolithography là nó có thể sử dụng polyme
trong suốt, do đó chi tiết nội bộ của các bộ phận dễ dàng có thể nhận thấy. Liệt kê và mô tả một
số bộ phận trong đó tính năng này rất có giá trị.
Trả lời :
Các tính năng trong suốt là đặc biệt hữu ích đối với (a) hình dung dòng chảy, chẳng hạn như với
một thiết kế trao đổi nhiệt mới; (b) điều tra các bộ phận giao phối để đảm bảo giao diện như dự định; và
(c) các thiết bị y tế cấy dưới da, nơi mà cơ thể p stereolithography cho hình dung như thế nào các chức
năng thiết bị.
Câu hỏi 20.26 Một kỹ thuật sản xuất đang được đề xuất có sử dụng một biến thể của phương pháp
tạo mẫu rãi dây nóng chảy, trong đó có hai sợi polymer được nấu chảy và trộn lẫn nhau trước khi
được ép đùn để làm chi tiết. Có những thuận lợi gì khi thực hiện phương pháp này?
Trả lời:
Một số lợi thế để thực hiện phương pháp này, bao gồm:


* Nếu các polyme có màu sắc khác nhau (ví dụ, màu đen và màu trắng hoặc màu xanh và trắng) pha
trộn các polyme có thể sản xuất chi tiết với thiết kế màu có sẵn.
* Nếu các polyme có tính chất cơ học khác nhau, các vật liệu phân loại theo chức năng có thể được sản
xuất, đó là, vật liệu được tạo ra từ hỗn hợp nhiều cơ tính.
* Giá sản xuất cao hơn và cơ tính phôi đạt được chất lượng.
* Nếu các polymer thứ hai có thể được rửa trôi, nó có thể được phát triển thành một kỹ thuật cho sản
xuất polyme xốp hoặc những loại chi tiết có phần này nằm bên trong phần kia.
Câu hỏi 20.27 Xác định các quá trình tạo mẫu nhanh được mô tả trong chương này có thể được
thực hiện với nguyên liệu sẵn có trong nhà của bạn hoặc bạn có thể mua dễ dàng với chi phí thấp.
Giải thích bạn sẽ làm thế nào. Hãy dung các nguyên liệu như mỏng ván ép, giấy dày, keo, và bơ,
cũng như việc sử dụng các công cụ khác nhau và nguồn năng lượng.
Trả lời:
Ví dụ như:
* Giấy, ván ép, hoặc các tông có thể được cắt và dán lại với nhau để tạo thành các đối tượng ba chiều,
giống với những người thực hiện bằng cách sản xuất nhiều lớp đối tượng.
* Keo dán, bơ, hoặc sô cô la có thể được Rưới hoặc đặt lên giấy sáp, và ướp lạnh. Lớp ướp lạnh sau đó
có thể được gắn liền với các lớp khác, do đó mô phỏng làm mẫu nung chảy-lắng đọng hoặc in ba chiều.
* Cát có thể được đặt trên một tờ giấy, và Rưới lên trên bằng keo để làm cho các lớp, tương tự như in
ba chiều.
Câu hỏi 20.28 Thiết kế một máy sử dụng công nghệ tạo mẫu nhanh tạo ra tác phẩm điêu khắc đá.
Mô tả các tính năng cơ bản của nó, cho ý kiến về tác dụng của kích thước và hình dạng phức tạp
trên thiết kế của bạn.
Trả lời:
Một số máy có thể được thiết kế, bao gồm:
* Một máy có thể sử dụng các nguyên tắc của sản xuất hạt đạn đạo để phun những giọt nước nhỏ vào
một cơ sở đông lạnh và sản xuất các tác phẩm điêu khắc theo từng lớp.


* Tấm băng có thể được sản xuất và sau đó cắt bằng laser. Để làm như vậy, nó có khả năng là các hạt
nhỏ lơ lửng trong nước đá sẽ được cần thiết để gây nóng cục bộ, hoặc người nào khác cắt nước máy bay
phản lực (xem Phần 27.8 trên p. 778) có thể sản xuất các lớp.
* Lớp đá bào có thể được phun bằng cách sử dụng một máy bay phản lực nước, tương tự như in ba
chiều.
Câu hỏi 20.29 Do trong suốt quá trình sấy hình dạng của chi tiết còn ứng suất dư, những phần
nhô ra không được hỗ trợ trong công nghệ in phun trở nên bị cong. Đề ra phương pháp điều chỉnh
hay loại bỏ vấn đề trên.
Trả lời:
In phun có thể dùng loại vật liệu để hỗ trợ yếu hơn. Trong in phun cấu trúc đỡ có dạng rỗng.
Sau khi hoàn thành , chi tiết được lấy ra khỏi đế , vết của nó được xóa sạch nhờ dung dịch cồn. Tiếp
theo cấu trúc đỡ được loại bỏ và chi tiết cuối cùng nhận được là chi tiết trong quá trình sấy mong muốn.
Question 28.1. Xác định các điều khoản wafer , chip, khuôn , thiết bị , mạch tích hợp, chiều rộng
đường, đăng ký , bề mặt gắn kết , thử nghiệm acceleratedlife , năng suất.
Trả lời:
Một trong những vấn đề chính trong in thạch bản là chiều rộng đường, bề rộng của tính năng imprintable
nhỏ nhất trên bề mặt silicon . Khi mật độ mạch đã leo thang trong những năm qua , kích thước thiết bị
và tính năng đã trở nên nhỏ hơn và nhỏ hơn. Hôm nay , chiều rộng đường tối thiểu khả thi về mặt thương
mại là 45 nm , với những nghiên cứu hướng vào lấy 32 - nm hoặc chiều rộng dòng nhỏ hơn.
Mạch tích hợp hiện đại được khắc độc quyền bởi khắc khô , trong đó bao gồm việc sử dụng các chất
phản ứng hóa học trong một hệ thống áp suất thấp . Ngược lại với các quá trình ướt -etching , khắc khô
có thể có một mức độ cao của directionality , kết quả trong các cấu hình khắc có dị hướng (Hình . 28.1
Sc ) .
Xử lý wafer được hoàn thành khi có đơn của một lớp thụ động , thường là silicon nitride ( Si3N4 ) . Các
silicon nitride hoạt động như một rào cản đối với các ion natri và cũng cung cấp khả năng chống xước
tuyệt vời .
Gói Surface -mount đã trở nên phổ biến đối với mạch tích hợp ngày hôm nay . Một số ví dụ được trình
bày trong hình. 28.31c , ở đâu có thể thấy rằng sự khác biệt chính giữa chúng là trong hình dạng của các
kết nối . Các kết nối DIP cho Ban mặt là ngạnh z / ia (được chèn vào các lỗ tương ứng ) , trong khi một
bề mặt gắn kết được hàn lên một pad hoặc đất một hàn lớn lên nền tảng chế tạo đặc biệt cho mối liên
kết giữa các thành phần trong một bảng mạch in ..


Bởi vì thời gian sống của điện thoại được rất lâu . Một phương pháp nghiên cứu thất bại một cách hiệu
quả là tăng tốc thử nghiệm cuộc sống , trong đó có việc thúc đẩy các điều kiện có hiệu ứng gây ra sự cố
thiết bị. Cyclic biến nhiệt độ , độ ẩm , điện áp, và hiện nay được sử dụng để nhấn mạnh các thành phần.
Câu 28.2: why is silicon the semiconductor most used in IC technology ?.
Trả lời :
silicon dioxide is the most widely used oxide in ic technology today, and its excellent characteristics are
one of the major reasons for the widrspread use of silicon. aside from its effectiveness in dopan masking
and device isolation ,silicon dioxide most critical role is that of the gate oxide material.silicon surfaces
have an extremely high affinity for oxygen, and a freshly sawed slice of silicon will grow a native oxide
of 30 to 40 A thickness ( A=10^-7 mm)
silicon dioxide là oxit sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ IC ngày hôm nay, và đặc tính tuyệt vời của
nó là một trong những lý do chính cho việc sử dụng rộng rãi của silicon. ngoài hiệu quả của nó trong
mặt nạ miền và cô lập thiết bị, silicon dioxide vai trò quan trọng nhất là của các oxit cửa bề mặt
material.silicon có áp lực rất cao so với oxy, và một lớp mới silicon sẽ phát triển hơn oxit bản địa 3040 A độ dày ( A=10^-7 mm)

Question 28.3. Các chữ viết tắt BJT, MOSFET, VLSI, IC, CVD, CMP, và DIP là gì?
Trả lời:
BJT: là một loại transistor bán dẫn dựa trên sự tiếp xúc của hai loại bán dẫn cho các hoạt động của
nó. BJTs có thể được sử dụng như các bộ khuếch đại, công tắc, hoặc dao động. BJTs có thể được tìm
thấy hoặc như các thành phần rời rạc riêng lẻ, hoặc với số lượng lớn như các bộ phận của mạch tích hợp.
MOSFET: Các bước chính trong chế tạo một oxit kim loại-bán dẫn hiệu ứng trường transistor
(MOSFET), nào là một trong những thiết bị chi phối được sử dụng trong công nghệ vi mạch hiện đại.
VLSI: các công nghệ mới hiện nay cho phép mật độ trong khoảng 10 triệu thiết bị trên mỗi chip (Hình.
28.1). Độ lớn này của hội nhập có được gọi là tích hợp quy mô rất lớn.
IC: Vi điện tử đã đóng một vai trò ngày càng tăng trong cuộc sống của chúng tôi kể từ khi mạch tích
hợp (IC) công nghệ trở thành nền tảng cho máy tính, đồng hồ đeo tay, điều khiển cho các thiết bị gia
dụng và xe ô tô, hệ thống thông tin, viễn thông, robot, không gian du lịch, CVD: phim gửi bằng cách
phản ứng và / hoặc phân hủy các hợp chất khí.
CMP: tiêu chuẩn ngày nay cho liên kết nối planarizing mật độ cao có nhanh chóng trở thành hóa chất
đánh bóng cơ khí.
DIP: Đặc trưng bởi chi phí thấp và dễ xử lý.

28.4 : giải thích quá trình ăn mòn khô và ướt


A. wet etching
- Ăn mòn ướt không đẳng hướng
Vật liệu ăn mòn tinh thể lỏng ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào bề mặt tiếp xúc với chất ăn mòn .
Trong đó tỷ chất ăn mòn tùy thuộc vào silicon trong hình 1 :
a. Hoàn thành không đẳng hướng .
b.Nhiều dị hướng
c. Ăn mòn đẳng hướng của silicon trong 2 mặt phẳng tih thể.
Trong vật liệu silicon cho phép bất đẳng hướng rất cao, ngoài ra trong vật liệu silicon còn có potassium
hydroxide (KOH), ethylenediamine pyrocatechol (EDP), or tetramethylammonium hydroxide (TMAH).

-

Ăn mòn ướt đẳng hướng :

Một hổn hợp một hỗn hợp của axit flohydric, axit nitric và axit axetic (HNA) là dung môi chất ăn mòn
phổ biến nhất cho vật liệu silicon . Nồng độ chất ăn mòn xác đinh tỷ lệ ăn mòn Silicon dioxide hoặc
silicon nitride thường được sử dụng như một vật liệu của bề mặt chống HNA . Khi phản ứng xảy ra, vật
liệu được lấy theo chiều ngang với tốc độ tương tự với tốc độ của quá trinhg ăn mòn xuống . Quá trình
ăn mòn ngang và đi xuống này có nơi thậm chí có khắc khô đẳng hướng được mô tả trong phần ăn mòn
khô. khắc hóa học ướt nói chung là đẳng hướng, mặc dù một khuôn mẫu là bề mặt từ các chất ăn mòn
ướt có thể thâm nhập vào bên dưới khuôn mẫu . Trong đó định hướng là rất quan trọng đối với độ phân
giải cao chuyển giao mô hình, khắc hóa ướt thường không được sử dụng.
Những chất ăn mòn thường được sử dụng rộng rãi cho :
° Loại bỏ các bề mặt bị hư hỏng.
° Làm tròn các góc sắc nhọn tránh ứng suất dư .
° Giảm độ nhám sau khi khắc dị hướng.
° Cấu tạo trong đơn tinh thể lát.
° Đánh giá khuyết tật.
B. Ăn mòn khô:
Ăn mòn vật lý : Đòi hỏi năng lượng năng lượng cao động (ion, điện tử, hoặc photon) dầm để khắc tắt
các nguyên tử bề mặt. Khi các hạt năng lượng cao đánh bật các nguyên tử từ bề mặt chất nền, vật liệu


bốc hơi sau khi rời khỏi bề mặt. Không có phản ứng hóa học diễn ra và do đó chỉ có các tài liệu được
lột mặt nạ sẽ được gỡ bỏ. Các phản ứng vật lý diễn ra được minh họa trong hình 3.

Ăn mòn hóa chất : (còn gọi là hơi giai đoạn khắc) không sử dụng hóa chất lỏng hoặc chất ăn mòn . Quá
trình này liên quan đến một phản ứng hóa học giữa khí để ăn mòn tấn công các bề mặt silicon. Quá trình
khắc khô hóa học thường là đẳng hướng và đưa ra lựa chọn cao . Dị hướng ăn mòn khô có khả năng ăn
mòn với độ phân giải tốt hơn và tỉ lệ cao hơn so với khắc đẳng hướng. Do tính chất định hướng của khắc
khô, làm hạ có thể tránh được. Hình 4 cho thấy một biểu hiện của phản ứng xảy ra trong khắc khô hóa
học. Một số các ion được sử dụng trong khắc khô hóa học là tetrafluoromethane (CH4), sulfur
hexafluoride (SF6), nitơ trifluoride (3NF), khí clo (Cl2), hay flo (F2)

Reactive Ion Etching: sử dụng cả hai cơ chế vật lý và hóa học để đạt được cấp độ cao của độ phân giải.
Quá trình này là một trong những quá trình đa dạng nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành
công nghiệp và nghiên cứu. Kể từ khi quá trình này kết hợp cả hai tương tác vật lý và hóa học, quá trình
này nhanh hơn nhiều. Sự va chạm năng lượng cao từ các ion hóa giúp phân tách các phân tử ăn mòn vào
các loài phản ứng hơn.


28.12 Describe how n-type and p-type dopants differ.
-

N-type semiconductors :

N-type semiconductors have a larger electron concentration than hole concentration. The phrase
'n-type' comes from the negative charge of the electron. In n-type semiconductors, electrons are
the majority carriers and holes are the minority carriers. N-type semiconductors are created by
doping an intrinsic semiconductor with donor impurities (or doping a p-type semiconductor as
done in the making of CMOS chips). A common dopant for n-type silicon is phosphorus. In an ntype semiconductor, the Fermi level is greater than that of the intrinsic semiconductor and lies
closer to the conduction band than the valence band.
-

P-type semiconductors :

As opposed to n-type semiconductors, p-type semiconductors have a larger hole concentration
than electron concentration. The phrase 'p-type' refers to the positive charge of the hole. In p-type
semiconductors, holes are the majority carriers and electrons are the minority carriers. P-type
semiconductors are created by doping an intrinsic semiconductor with acceptor impurities (or
doping a n-type semiconductor). A common p-type dopant for silicon is boron. For p-type
semiconductors the Fermi level is below the intrinsic Fermi level and lies closer to the valence
band than the conduction band.
28.5. Trả lời: Những mục đích của prebaking và postbaking trong in đá là gì?
Prebaking tấm mỏng để tách dung môi khỏi lớp cản quang và hóa rắn nó lại. Bước này được
thực hiện trên 1 tấm gia nhiệt khoảng 100 độ C. Kiểu dáng được truyền cho tấm mỏng thông qua động
cơ bước hoặc những hệ thống quét từng bước.
Postbaking tấm mỏng để loại dung môi, làm bền và tăng độ kết dính của chất bảo vệ còn lại.
Thông thường, xử lý bằng tia cực tím (sấy tấm mỏng từ khoảng 150-200 độ C trong tia cực tím) để tăng
tính bền của lớp bảo vệ nhằm chống lại lực đóng vào và khắc axit.

28.6 Xác định và chọn lọc đẳng hướng và tầm quan trọng của họ liên quan đến ăn mòn?


Một tính năng chính của hầu hết các hoạt động ăn mòn ướt được cho là ưu điểm vượt trội
đó là: khắc sâu trong tất cả các hướng của phôi ở mức tương tự. Đó là kết quả nổi bật trong
cắt xén dưới mặt nạ nguyên liệu và giới hạn độ phân giải của tính năng hình học trong
chất nền.
Ăn mòn có hiệu quả đòi hỏi các điều kiện sau đây:
1. Vận chuyển các chất ăn mòn đến bề mặt.
2. Có xảy ra phản ứng hóa học.
3. Vận chuyển các chất cặn phản ứng ra khỏi bề mặt sản phẩm.
4. Khả năng ngăn chặn quá trình ăn mòn nhanh chóng để có được hình dạng, kích
thước chính xác, thường là bằng cách sử dụng một lớp cơ bản với độ chọn lọc cao. Những
chất ăn mòn được sử dụng rộng rãi cho:
• Loại bỏ các bề mặt bị hư hỏng.
• Làm tròn các góc
cạnh.
• Giảm độ nhám sau khi khắc dị hướng.
• Tạo cấu trúc trong đơn tinh thể lát.
• Đánh giá các khuyết
tật.
28.7/ So sánh trình khếch tán vàn qui trình cấy ion
Trả lời :




Khuếch tán là quá trình mà các tạp chất được đưa vào bề mặt wafer. Sự khếch tán cho phép các
nguyên tử của một nguyên liệu để di chuyển bằng cách nung nóng nó đủ các nguyên tử có thể
di chuyển đến vị trí khác. Người ta có thể pha tạp silicon bằng cách đặt asen (hoặc tạp chất khác)
trên bề mặt silicon, và đưa miếng silicon trong lò ở nhiệt độ cho phép các nguyên tử asen khuếch
tán (hoặc di chuyển) vào silicon và sửa đổi các tính chất dẫn điện. Bằng cách lựa chọn nhiệt độ
và phổ biến thời gian thích hợp nó có thể là có thể kiểm soát độ sâu và nồng độ asen trong một
cách đó là hữu ích để làm một thiết bị bán dẫn mong muốn.
Cấy ion là quá trình mà ion của vật liệu tăng tốc trong điện trường và tác động vào miếng
silicon.Việc cấy ion được thực hiện bởi một chùm ion mạnh và cho phép chúng đạt một bề mặt
được làm bằng một số vật liệu – một vật liệu khác từ các ion. Nó được sử dụng để thay đổi các
thuộc tính của vật liệu bị bắn phá . Nó cũng có thể được sử dụng để pha tạp chất bán dẫn. Năng
lượng cao của các ion có thể làm hỏng cấu trúc mạng đang được pha tạp, vì vậy nó thường là
cần thiết để bám chất bán dẫn bằng cách nung nóng để cho phép nó “tự chữa bệnh”. Cấy ion
cũng có thể được sử dụng để làm cứng bề mặt kim loại hoặc thay đổi tính chất ma sát của họ
bằng cách chọn đúng loại ion để cấy ghép.


28.8 So sánh phương phap bay hơi và phún xạ:
Trong qua trình bay hơi, kim loại được gia nhiệt trong chân không đến nhiệt độ bay hơi, khi bay hơi,
kim loại điền lên bề mặt chất nền một lớp mỏng. Nhiệt độ cho quá trình thường sử dụng từ sợi đốt hoặc
chum electron.
Phún xa là bắn phá vào mục tiêu bằng các ion ở mức năng lượng lớn (thường là argon) trong chân không.
Phún xạ sử dụng nguồn điện DC để tạo ra ion mang năng lượng. Khi các hạt ion va chạm với mục tiêu,
các nguyên tử sẽ bị đánh bật vào mảnh wafer.
Question 28.9. Các cấp độ của kết nối là gì?
Trả lời:
Ví dụ IC
Cấp 0: Liên kết nối
Cấp 1: dẫn DIP
Cấp 2: bo mạch in
Cấp 3: buýt
Cấp 4: cáp khai thác
Câu 28.10 : which is cleaner , a class 0.35 or class 0.035 clean room ?
Trả lời :

A class 0.35 clean room has 0.35 *10^3 or the fewer such particles per cubic metre.clearly , the size and
the number of particles are im-portant in defining the class of a clean room,as shown fig. 28.4, most
clean rooms for microelectronics manu facuring range from class 0.035 to class 0.35 . In comparison,
the contamination level in modern hospitals is on the order of 350,00 particles per cubic metre.


Trong phòng 0.35 có 0.35*10^3 hạt bụi /m^3 còn trong phòng 0.035 có 0.035*10^3 hạt bụi /m^3
Theo hình 28.4 nên phòng 0.035 sạch hơn phòng 0.35.
Question 28.11. Bình luận của bạn dựa trên nội dung của hình V.1
Trả lời :
Hình V.1 trên p. 788 có nhiều tính năng mà có thể truyền cảm hứng cho ý kiến, và học sinh nên được
khuyến khích phát triển những quan sát của mình. Ví dụ về các quan sát liên quan đến con số này bao
gồm:
• Hầu hết các kinh nghiệm sản xuất trong lịch sử nhân loại là liên kết với các bộ phận có trong
macromanufacturing, và thực sự là về trình tự của con người trong kích thước.
• Hầu hết các hoạt động sinh học và phát triển của các sinh vật sống diễn ra về cơ bản ở nanoscales, với
các tế bào cá nhân là một vài chục micromet đường kính.
• Các quy trình sản xuất hiện biến dạng sử dụng nhựa hoặc đúc cho quy mô lớn, nhưng in thạch bản cho
thang chiều dài nhỏ. In thạch bản là không kinh tế cho macromanufacturing và rèn là không kinh tế cho
micromanufacturing.
• Trong khi không được đánh dấu trong hình. V.1, lưu ý rằng các tính năng trong một mạch tích hợp là
ấn tượng, nhưng họ gần như không phức tạp như các hình dạng ba chiều có thể đạt được trong mô sống.
28.12 Mô tả các loại tạp chất khác của bán dẫn loại N và loại P
-

Bán dẫn loại N :

Bán dẫn lạo N có nồng độ electron lớn hơn nồng độ lỗ. Các cụm từ 'n-type' xuất phát từ điện tích âm
của electron. Trong chất bán dẫn loại N, electron là những hãng lớn và lỗ là hãng thiểu số . Bán dẫn
loại N được tạo ra bằng cách pha một chất bán dẫn bên trong với các tạp chất của nhà tài trợ (hoặc
doping một p-chất bán dẫn loại như đã thực hiện trong việc làm của chip CMOS). Một dopant chung
cho n-type silicon là phốt pho. Trong một n-loại chất bán dẫn, các mức Fermi là lớn hơn so với các chất
bán dẫn bên trong và nằm gần với vùng dẫn hơn so với vùng hóa trị .

-

Bán dẫn loại P :

Trái ngược với bán dẫn loại n , bán dẫn loại p có nồng độ lỗ lớn hơn nồng độ electron. Các cụm từ 'ptype' là điện tích dương của lỗ. Trong p-loại chất bán dẫn, lỗ là các tàu sân bay lớn và electron là các tàu
sân bay thiểu số. P-loại chất bán dẫn được tạo ra bằng cách pha một chất bán dẫn nội tại với các tạp chất
acceptor (hoặc doping một n-loại chất bán dẫn). Một loại p dopant chung cho silicon là boron.Đối với
loại p chất bán dẫn mức Fermi là dưới mức Fermi nội tại và nằm gần với dải hóa trị hơn vùng dẫn.
28.l3. Trả lời: Sự khác nhau của “sự mọc ghép” với những kỹ thuật khác được dùng cho việc kết tủa
như thế nào? Giải thích


“Sự mọc ghép” được định nghĩa như sự tăng trưởng của kết tủa dạng hơi, “sự mọc ghép” (hay
mạ điện) diễn ra khi định hướng tinh thể của kết tủa có quan hệ trực tiếp với định hướng tinh thể bên
dưới nền kết tinh. Những thuận lợi của quá trình này trong việc kết tủa phim, đó là trên bề mặt tấm mỏng
thực tế sẽ: ít tạp chất hơn (đặc biệt là Cacbon và Oxy), hiệu suất thiết bị được cải thiện, và có thể chỉnh
sửa những thuộc tính của vật liệu (không thể thực thiện trực tiếp trên bề mặt tấm mỏng)
Một vài chức năng chính của kết những tấm phim kết tủa là che chắn và bảo vệ bề mặt bán dẫn.
Trong chức năng che chắn, tấm phim phải ngăn chặn sự xâm nhập của tạp chất và đồng thời có thể khắc
axit được ở độ phân giải cao.
Tóm lại, sự khác biệt giữa epitaxy với các kỹ thuật khác là các lớp tích tụ trên lớp nền, còn các
phương pháp khác thì không sử dụng lớp nền (substrate).

28.14 Lưu ý rằng, trong một lò phản ứng epitaxy ngang (xem hình. P28.14), các tấm được đặt trên
một sàn ( tên là susceptor), mà nghiêng bởi một số lượng nhỏ, thường là 1 ° đến 3 °. Giải thích
điều này?

Các giai đoạn trong lò phản ứng epitaxy ngang thường nghiêng bằng một số tiền nhỏ để cung
cấp một lượng bằng nhau của các loại khí chất phản ứng trong cả hai mặt trước và sau của buồng. Nếu
sân khấu đã không nghiêng, khí chất phản ứng sẽ được sử dụng một phần lên (trên tấm ở phía trước
của buồng) trước khi đến các tấm vào cuối trở lại của buồng, gây ra một sự đồng nhất không ở sự lắng
đọng phim.
28.15/ Bảng dưới đây mô tả 3 sự thay đổi của việc sản xuất wafer: tăng đường kính wafer , giảm
kích thước phoi , tăng độ phức tạp của qui trình . Hoàn thảnh bảng bằng việc điền vào “gia tăng”;
“giảm”; “không đổi” ,và chỉ ra những hiệu quả mà mỗi thay đổi mang lại trên sản lương wafer và
trên tổng số phoi chức năng
Trả lời :
Sự thay đổi

Sản lượng wafer

Số lương phoi chức năng

Tăng đường kính wafer

Không đổi

Tăng


Giảm kích thước phoi

Tăng

Tăng

Tăng qui trình phức tạp

Giảm

Giảm

28.16 The speed of a transistor is directly proportional to the width of its polysilicon gate; thus, a
narrower gate results in a faster transistor and a wider gate in a slower transistor.
Knowing that the manufacturing process has a certain variation for the gate width (say, j;0.1
,u.m), how would a designer modify the gate size of a critical circuit in order to minimize its
variation in speed? Are there any negative effects of this change?
Để hạn chế sự sai lệch, bề rộng cổng thường được thiết kế có kich thước rộng hơn kích thước tối thiểu
cho phép. Nếu bề rộng của là 0.5 μm và độ sai lệch là ±0.1 μm, thì độ sai lệch tốc độ là ±20%. Nhưng,
nếu bề rộng cổng tăng lên 0.8 μm, sai lệch tốc độ sẽ giảm xuống ±12.5%. Sự hạn chế của kỹ thuật này
là transistor to hơn và chậm hơn.

Question 28.17. Một vấn đề phổ biến trong cấy ion được kênh, trong đó có vận tốc cao ion đi sâu
vào vật liệu thông qua các kênh dọc theo mặt phẳng tinh thể cuối cùng trước khi bị chặn lại. Làm
thế nào hiệu ứng này có thể tránh được? Giải thích.
Trả lời :
Một phương pháp đơn giản và phổ biến của dừng channeling ion trong cấy là để nghiêng vật liệu tinh
thể bằng một vài độ (thường là 4 đến 7_) sao cho chùm ion sự cố là không trùng khớp với những chiếc
máy bay tinh thể của vật liệu.

Câu 28.18 : Kiểm tra các kết cấu lỗ thể hiện trong hình .và giải thích làm thế nào họ có thể sản
xuất được.


Trả lời:
a) khắc axit đẳng hướng mà không có hướng ưu tiên; dùng khi khắc axit hơi cho vật liệu đa tinh
thể
b) hình dùng hầu hết cho các loại khắc axit đẳng hướng,chú ý là dùng cho loại có bề mặt bằng
phẳng mở rộng;cái này có thể với khắc axit trên vật liệu đa tinh thể,trên cái mà không có mặt
cát hình tròn ban đầu
c) là khắc ion
d) loại này chỉ mang tính khắc axit trên một phôi đơn tinh thể bằng phương pháp bụi nước
e) loại này chỉ mang tính khắc axit, có thể trên một lỗ dry etching. lưu ý rằng bề mặt là cắt xén,
đòi hỏi một vật khắc đẳng hướng
f) ảnh này có thể được giải thích như là một lỗ sản xuất với khắc axit với một lớp chất ức chế,
được theo sau là đẳng hướng.

Question 28.19. Đề cập đến hình 28.23 , phác thảo hình dạng của lỗ được tạo ra từ một vòng tròn
mặt nạ.


Trả lời:
Thách thức đối với vấn đề này là kho khan phác họa phần hình nón . Lưu ý, tuy nhiên, rằng một số quy
trình khắc sẽ lộ máy bay tinh thể , dẫn đến cắt xén của mặt nạ tròn.
28.20 Một nhà sản xuất bán dẫn nhất định sản xuất hai tấm có kích thước bằng nhau, một trong
có chứa 500 chip và các thuốc khác có chứa 200. Sau khi thử nghiệm, nó được quan sát thấy rằng
50 chip trên mỗi bán dẫn có khiếm khuyết. sản lượng của hai tấm này là gì? bất kỳ mối quan hệ
có thể được rút ra giữa kích thước chip và năng suất?
Lãi suất cho 500 chip bán dẫn (500-50) / 500 = 90,0%, và cho 200 chip bán dẫn nó là (200-50) / 200 =
75%. Như vậy, do cùng một số lỗi trên mỗi bán dẫn , với chip bán dẫn nhỏ hơn (hơn chip trên bán dẫn)
sẽ có năng suất cao hơn vì cùng một số khuyết tật được lan truyền trên một số lượng lớn các chip, làm
cho số lượng chip không thể chấp nhận một nhỏ tỷ lệ phần trăm. Mối quan hệ giữa kích thước chip và
sản lượng là dành cho trường hợp này là
N

N

x

Trong đó N là số lượng chip trên bán dẫn và x số lượng lỗi trên mỗi bán dẫn. Nếu một con chip có kích
thước nhất định, l, sau đó số lượng chip trên wafer có đường kính d được cho bởi

Trong đó C là một hằng số mà sẽ đưa vào tài khoản thực tế là có sẽ bị lãng phí không gian trên một
wafer. Đối với một wafer có đường kính nhất định, nó có thể được nhìn thấy rằng số lượng các chip có
thể được đặt trên wafer là khoảng tỉ lệ nghịch với kích thước của nó.

28.21. A chlorine-based polysilicon etching process displays a polysilicon-to-resist selectivity of 5:1
and a polysilicon-to-oxide selectivity of 60:1. How much resist and exposed oxide will be consumed
in etching 3500 A of polysilicon? What would the polysilicon-to-oxide selectivity have to be in
order to reduce the loss to only 40 A of exposed oxide?
Trả lời:
Tỉ lệ khắc axit của lớp bảo vệ (resist) là 1/5 so với silic đa tinh thể. Do đó, khắc 3500 ˚A silic
đa tinh thể sẽ cho kết quả (3500).(1/5) = 700 ˚A lớp bảo vệ được khắc. Tương tự, khoảng oxit lộ ra ngoài
được khắc sẽ là (3500).(1/60) = 58.3 ˚A. Vậy để loại bỏ 40˚A lớp oxit lộ ra ngoài, tỷ lệ polysilicon-tooxide chọn lọc sẽ bằng (3500)/(40) = 88:1


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×