ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Способ очистки поверхности радиоэлектронных изделий и устройство для его осуществления.

Рекомендуемая область пременения

-производство электронных и радиотехнических изделий

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – повышение эксплуатационной надежности работы радиоэлектронного оборудования за счет эффективной и быстрой очистки радиоэлектронных изделий перед герметизацией.

В радиоэлектронной промышленности существует проблема сверхтонкой очистки поверхностей миниатюрных деталей от окислов и механических загрязнений. Для решения этой проблемы предложены способы и устройства для очистки деталей от жироподобных веществ с помощью органических растворителей. Однако, как показывает практика, эти способы и устройства не в полной мере обеспечивают очистку поверхностей изделий сложной конфигурации.

Целью проекта является разработка эффективного, сравнительно простого в исполнении, способа и устройства для очистки поверхности радиоэлектронных изделий с помощью сжиженных и сжатых газов.

Задачей проекта является осуществление в металле устройства для очистки поверхности радиоэлектронных изделий от химических и механических загрязнений.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В известном способе очистки поверхностей радиоэлектронных изделий, включающем обработку изделий жидким растворителем, удаление растворителя с поверхности изделий повышением температуры, слив растворителя, отделение загрязнителя от растворителя отстаиванием и испарением последнего повышением температуры, конденсацию растворителя и его возврат в цикл. изменяются эксплуатационные характеристики некоторых элементов радиоэлектронных изделий из-за температурного воздействия и возврат легколетучих фракций загрязнителя в цикл при испарении и конденсации вместе с растворителем из-за близости физических характеристик.

Наиболее близким кпредлагаемому  устройствуявляется устройство для очистки поверхностей радиоэлектронных изделий, содержащее последовательно соединенные магистралями в замкнутый контур емкость для обработки изделий, испаритель-сепаратор со средствами удаления загрязнителя и конденсатор, а также средства подпитки растворителя, соединенные с емкостью для обработки изделий.

Необходимость монтажа последовательно установленного устройства для удаления растворителя с поверхности изделий в известном устройстве усложняет его конструкцию, кроме того, сам способ очистки поверхностей радиоэлектронных изделий сохраняет все вышеописанные недостатки.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

В предлагаемом способе очистки поверхностей радиоэлектронных изделий, включающем обработку изделий жидким растворителем, удаление растворителя с поверхности изделий, слив растворителя, отделение загрязнителя от растворителя испарением последнего, конденсацию растворителя и его возврат в цикл, согласно предполагаемому изобретению обработку изделий осуществляют при давлении выше атмосферного, в качестве растворителя используют сжиженный газ, удаление растворителя с поверхности изделий осуществляют снижением давления, а испарение растворителя осуществляют повышением температуры и/или снижением давления.

Это позволяет сохранить качество и эксплуатационные характеристики радиоэлектронных изделий после обработки за счет исключения температурного воздействия на них и исключить возврат в цикл легколетучих фракций загрязнителя, остающихся в жидком состоянии при использовании в качестве растворителя сжиженного газа.

В предпочтительном варианте испарение растворителя осуществляют повышением температуры, а конденсацию растворителя, по меньшей мере, частично осуществляют барботированием через жидкую фазу в зоне обработки изделий.

Это позволяет генерировать в зоне обработки изделий гидродинамические колебания давления акустических частот, способствующие повышению качества очистки поверхностей обрабатываемых изделий.

В этом случае желательно подвергать пары растворителя при барботировании

адиабатному расширению.

Это позволяет снизить энергоёмкость процесса конденсации раствори теля и повысить энергоёмкость генерируемых колебаний, что облегчит очистку изделий от труднорастворимого и нерастворимого загрязнителя.

В другом предпочтительном варианте обработку изделий осуществляют путем чередующихся залива и слива растворителя.

Это позволяет интенсифицировать массообменные процессы при очистке изделий за счет механического перемешивания растворителя и облегчить отделение нерастворимого загрязнителя за счет механического снятия при стенании и заливке растворителя.

В этом случае возможно осуществление сброса давления до атмосферного в зоне обработки изделий в интервале между сливом и заливом растворителя.

Это позволяет после пропитки нерастворимого загрязнителя растворителем при вскипании последнего при сбросе давления осуществлять дробление нерастворимого загрязнителя и его отрыв от поверхностей обрабатываемых изделий, что облегчает их очистку.

При этом желательно сливать растворитель перед сбросом давления в герметичную ёмкость, а возврат растворителя осуществлять после сброса давления в зоне обработки изделий и её герметизации за счёт перепада давления в емкости и зоне обработки изделий, создаваемого путём разгерметизации их соединения. Это позволяет снизить энергоёмкость процесса за счет исключения энергозатрат на перекачку растворители и снизить его потери в атмосферу за счет исключения утечек в перекачивающих устройствах.Проект поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - барботер емкости для обработки изделий; на фиг. 3- разрез А-А на фиг. 2; на фиг .4 - вид Б фиг. 2; на фиг. 5 показан ультразвуковой распылитель испарителя-сепаратора.

Устройство для осуществления способа очистки поверхностей радиоэлектронных изделий содержит емкость 1 для обработки изделий, испаритель-сепаратор 2 и конденсатор 3,соединенные магистралями 4, 5 и 6 с запорными элементами 7, 8 и 9 в замкнутый контур, и емкость 10 для подпитки растворителя, соединенную с емкостью 1 магистралью11 с запорным элементом 12. Емкость 1 для обработки изделий снабжена выхлопным патрубком 13 с запорным элементом 14, барботером 15, соединенным магистралью 16 с запорным элементом 17 по газовой фазе с испарителем-сепаратором 2, и соединена по жидкой фазе магистралью 18 с запорным элементом 19 с ресиверной емкостью 20, снабженной выхлопным патрубком 21 с запорным элементом 22. В испарителе-сепараторе 2 на входе установлен распылитель 23 и смонтирован шлюзовой питатель 24, сообщенный с емкостью 25 для сбора загрязнителя.

Рисунки 1-5, поясняющие принцип устройств для очистки поверхности радиоэлектронных изделий ( расшифровка позиций в тексте).

Барботер 15 выполнен с выходными отверстиями в виде сопел 26, которые расположены по окружности с наклоном ? относительно ее центральной оси. Распылитель 23 при выполнении ультразвуковым (фиг. рис5) содержит сопло 27,сообщенное с магистралью 5, и размещенный в сопле 27 с образованием зазора 28 концентратор 29 колебаний, соединенный с источником 30 ультразвука.

При реализации способа в его наиболее простом варианте растворитель, например жидкую двуокись углерода, из емкости 10 по магистрали 11 при открытом элементе 12 и закрытых запорных элементах 7, 14 и 8 подают в емкость 1 с загруженными в нее изделиями. После завершения их обработки открывают элементы 8 и 9, осуществляя слив растворителя из емкости 1 и его распыление через распылитель 23 в виде форсунки или ультразвуковой распылитель в испаритель-сепаратор 2, в котором при использовании форсунки понижением давления и повышением температуры или при использовании ультразвукового распылителя повышением температуры осуществляют испарение растворителя, который в газовой фазе удаляется по магистрали 6 в конденсатор 3, где конденсируется и накапливается, и отделение загрязнителя, который по мере накопления удаляют из испарителя-сепаратора 2 шлюзовым питателем 24 в емкость 25. После завершения слива растворителя при закрытых элементах 12 и 8 открывают элемент 14 и осуществляют удаление растворителя с поверхности изделий при снижении давления без температурного воздействия за счет вскипания остатков растворителя и их удаления из емкости I через выхлопной патрубок 13. После этого в емкость 1 загружают для обработки следующую партию изделий, элемент 14 закрывают, открывают элемент 7 и по магистрали 4 заливают сконденсированный растворитель из конденсатора 3 в емкость 1, а затем восполняют его потери подачей из емкости 10 по магистрали 11 при открытии элемента 12.Далее цикл повторяется.

Возможно осуществление обработки изделий в непрерывном потоке растворителя при открытых элементах 6, 7, 8.

При обработке сильно загрязненных изделий или при наличии в составе загрязнителя нерастворимых ингредиентов, например различного вида окислов, в процессе обработки изделий при закрытых элементах 12, 14 и 19 / возможно 7 и 9 / и открытых элементах 8 и 17 часть растворителя в процессе обработки отводят в испаритель-сепаратор 2. В этом случае возможно использование только ультразвукового распылителя, в котором подаваемый по магистрали 5 растворитель поступает в зазор 28, образованный концентратором 29 в сопле 27. Попавший в зазор 28 растворитель за счет эжекции в сопле 27 и разрежения, создаваемого у торцовой поверхности концентратора 29 при его продольном коле

бании от источника 30 ультразвука, перемещается по боковой поверхности концентратора

29 и распыляется с его торцовой поверхности без потери давления до частиц с размером до 0,1 мкм, в которых растворитель легко испаряется при развитой поверхности теплообмена. Испарение растворителя приводит к повышению давления и выходу газовой фазы растворителя по магистрали 14 в барботер 16. При выходе из сопел 26 барботера газовая фаза растворителя подвергается адиабатному расширению при увеличении скорости истечения и падении температуры, что приводит к интенсивной конденсации газовой фазы растворителя в ёмкости 1. Конденсация каждого пузырька газовой фазы растворителя приводит к схлопыванию кавитационной полости и образованию ударной волны в жидкой фазе растворителя, причем ударная волна периодически перекрывает выходное сечение сопел 26 барботера 16, прерывая подачу газовой фазы, которая затем восстанавливается. Расстояние от центров конденсации пузырьков газовой фазы до выходных срезов сопел 26 определяет частоту генерируемых в жидкой фазе гидродинамических колебаний. Это расстояние зависит от количества сопел 26, их наклона ?, скорости вдува газовой фазы, ее температуры и температуры жидкой фазы. Генерируемые колебания позволяют отделить от поверхности изделий нерастворимый загрязнитель и ускорить массообменные процессы при снятии растворимого загрязнителя. После завершения очистки цикл идёт аналогично описанному выше.

При очистке изделий с преобладанием нерастворимого загрязнителя, кроме перечисленных операций, целесообразно периодически в процессе обработки изделий при закрытых элементах 7, 12, 18, 17, 22 осуществлять периодический слив растворителя по магистрали 18 в емкость 20. Затем элемент 19 закрывают и открывают элемент 14,осуществляя сброс давления в емкости 1 до атмосферного при вскипании остатков растворителя и его отводе через выхлопной патрубок 13 в атмосферу. Это приводит к дроблению нерастворимого загрязнителя и отрыву его частиц от поверхностей изделий при взрывном расширении испаряющегося растворителя, пропитавшего нерастворимый загрязнитель. Затем элемент 14 закрывают, открывают элемент 19 и осуществляют повторное заполнение емкости 1 растворителем без помощи перекачивающих устройств за счет перепада давления в емкостях 1 и 20.После заполнения емкости 1 элемент 19 закрывают. При необходимости повторного слива растворителя из емкости 1 в емкость 20 в ней осуществляют по меньшей мере частичный сброс давления при отводе газовой фазы по выхлопному патрубку 21 путем кратковременного открытия элемента 22. Далее цикл осуществляется аналогично описанному выше.

Рисунок-Установка для очистки поверхности радиоэлектронных изделий.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Главным преимуществом применения новой технологии и оборудования для очистки радиоэлектронных изделий от следов жира и загрязнений с использованием сжиженных газов является малая продолжительность обработки и достижение практической стерильности обрабатываемого материала. Если при традиционных способах очистки радиоэлектронных изделий затраты на очистку 1 кг маломерных полуфабрикатов составляет 560 руб/кг, то предлагаемый в проекте способ обходится в 230 руб/кг. Реализация проекта обеспечивает ввод в эксплуатацию установки для очистки радиоэлектронных изделий производительностью до 1 тонны в год, что составляет около 30% общей потребности России в таких технологических операциях.

Анализ рыночной ситуации показывает наличие значительного спроса на высокоэффективные  установки для экологически чистой обработки полупроводниковых изделий.

Спрос на обезжиренную микро и макроэлектронику и возможность установления (ввиду низкой себестоимости обработки) привлекательной цены на этот продукт, широко применяемый в радиоэлектронной промышленностях, позволяет предположить полное отсутст­вие проблемы сбыта продукции даже при наличии  нескольких аналогичных установок.

Данное производство в сравнении с зарубежными обладает серьезными преимуще­ствами, так как себестоимость газожидкостной обработки радиодеталей, в предлагаемом технологическом исполнении, значительно  ниже идентичного показателя (на 20-25%) для других способов обработки подобных изделий.

Рассматриваемый процесс газожидкостной обработки осуществляется в мягких, щадящих режимах и является экологически чистым. Отсутствие в технологическом процессе органических растворителей,  минеральных кислот и щелочей исключает необходимость иметь очистные сооружения.

        Прибыль от реализации продукции по одной установке составляет   330 тыс.р. в год.

       Срок окупаемости вложений 1,2 года с момента пуска установки в эксплуатацию.

Расчет потребности и стоимости топлива и электроэнергии на технологические цели сведен в таблицу 1.

Таблица 1

Расчет капитальных вложений

Организация очистки деталей предполагается в сборно-каркасном модуле ЛМК (легкая металлическая конструкция) с использованием панелей «сэндвич». Размер здания 6х12 м. Стоимость монтажа  - 150 тыс.р.

Стоимость оборудования

а) комплект оборудования

Газожидкостный модуль    – 50 тыс.р.

 Расчет рентабельности продукции и окупаемости проекта

Основные показатели экономической эффективности реализации проекта позволяют обоснованно сделать вывод, что данный проект коммерциализуем и экономически целесообразен.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

При полномасштабном внедрении проекта повышается производительность труда в 2.3 раза, экономится электроэнергия в 1,6 раза за счет низкой энергоемкости нового оборудования. Достигается увеличение выхода очищенного изделия, улучшение его качества, упрощение и ускорение производственного цикла.

Новые потребительские свойства продукции

–снижение металлоемкости;
– компактность установки;
-высокая эффективность технологических решений.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам

Стадия и уровень разработки

Новый способ и оборудование для очистки радиоэлектронных изделий прошли этап экспериментальной апробации на Краснодарском ОАО “ИМПУЛЬС”. Коммерческий анализ выполненных работ свидетельствует о высокой эффективности новой технологии. Изготовлен опытно-промышленный образец оборудования.

Предлагаемые инвестиции

12 млн. руб.

Рынки сбыта

Предлагаемая технология и устройство для очистки поверхности радиоэлектронных изделий достаточно опробован и внедрен на предприятиях России / Краснодарский ОАО «ИМПУЛЬС», Краснодарский МНПЦ «ЭКСТРАКТ-ПРОДУКТ», Московский НПО «МОЛНИЯ»/ .
Эффективная и быстрая очистка радиоэлектронных изделий перед герметизацией с достижением практической стерильности обрабатываемого материала, повышающая эксплуатационную надежность работы радиоэлектронного оборудования при упрощении производственного цикла, экономии электроэнергии и значительном повышении производительности труда, при использовании предлагаемого проекта, не имеющего аналогов в мировой практике, позволяют его внедрять - на всей территории России и во всех странах мира в неограниченном объеме.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предложенная новая технология и оборудование не имеет аналогов в мировой практике.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

13.08.2007