第8章 典型产品的制造系统

1、1第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统第第8章提要章提要为了说明先进制造系统、模式与技术的应用，体为了说明先进制造系统、模式与技术的应用，体现先进制造系统现先进制造系统“大范围、全过程和高技术大范围、全过程和高技术”的的特点，本章针对汽车、集成电路和计算机这三种特点，本章针对汽车、集成电路和计算机这三种典型产品，概括介绍了它们的设计与制造原理、典型产品，概括介绍了它们的设计与制造原理、制造系统的功能构成和过程构成，并尽可能通过制造系统的功能构成和过程构成，并尽可能通过案例加以说明。案例加以说明。对于工业工程专业的学生来说，由于就业面很广，对于工业工程专业的

2、学生来说，由于就业面很广，“系统系统”与与“模式模式”的内容固然重要，而有关产的内容固然重要，而有关产品技术的基本知识也是必不可少的。因此，面向品技术的基本知识也是必不可少的。因此，面向不同的行业，建议在学习过程中选用相关内容。不同的行业，建议在学习过程中选用相关内容。 2第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统第第8 8章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统8.1 汽车制造系统汽车制造系统8.2 集成电路制造系统集成电路制造系统8.3 计算机制造系统计算机制造系统3第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1 8.1

3、汽车制造系统汽车制造系统8.1.1 汽车的构造汽车的构造8.1.2 汽车的设计汽车的设计8.1.3 汽车的生产准备汽车的生产准备8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产8.1.5 汽车的总装配汽车的总装配4第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.1 8.1.1 汽车的构造汽车的构造1. 1. 汽车的分类汽车的分类 根据国标根据国标GB 3730.1-88规定，汽车分为：规定，汽车分为： 载货汽车载货汽车: :简称货车，指用于装载货物的汽车。简称货车，指用于装载货物的汽车。 越野汽车。越野汽车。 自卸汽车自卸汽车: :以运送货物为主且具有可倾卸货箱的

4、汽车。以运送货物为主且具有可倾卸货箱的汽车。 牵引汽车牵引汽车: :主要用作牵引挂车的汽车。主要用作牵引挂车的汽车。 专用汽车专用汽车: :具有专门设备且有专项用途的汽车。具有专门设备且有专项用途的汽车。 客车：主要用于载送人员及其随身行李物品，乘坐人数含客车：主要用于载送人员及其随身行李物品，乘坐人数含驾驶员在内驾驶员在内9 9人以上的汽车。人以上的汽车。 轿车：乘坐人数含驾驶员在内轿车：乘坐人数含驾驶员在内9 9人以下的小型载客汽车。人以下的小型载客汽车。 5第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统四大组成部分四大组成部分发动机发动机底盘底盘车身车身电气设

5、备电气设备8.1.1 汽车的构造汽车的构造 6第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 (发动机发动机 汽车的动力装置，汽车的动力装置，其作用是使供入发动其作用是使供入发动机的燃料经过燃烧而机的燃料经过燃烧而变成热能，并转化为变成热能，并转化为动能，通过底盘的传动能，通过底盘的传动系驱动汽车行驶。动系驱动汽车行驶。 8.1.1 汽车的构造汽车的构造7第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 是汽车构成的基础，其作用是支承、安装发动机、车身等部件及总成，形成汽车的总体造型，接受发动机输出的动力，使汽车产生运动且保证汽车正常行驶。

6、 (2(2）底盘）底盘1后桥 2制动器 3后轮 4减振器 5后悬挂 6消声器 7传动轴 8变速器 9前车轮10前悬挂 11前桥 12车身 13散热器 14发动机 15转向器 16转向盘 17座椅 18燃油箱8.1.1 汽车的构造汽车的构造8第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.2 8.1.2 汽车的设计汽车的设计 进行可行性分析进行可行性分析 拟定汽车的初步方案拟定汽车的初步方案 编写设计任务书编写设计任务书9第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.2 8.1.2 汽车的设计汽车的设计 汽车总布置设计汽车总布

7、置设计 将汽车各个总成及其所装载的将汽车各个总成及其所装载的人员或货物安排在恰当的位置，以保证各总成运转相互人员或货物安排在恰当的位置，以保证各总成运转相互协调、乘坐舒适和装卸方便。绘制汽车的总布置图；零协调、乘坐舒适和装卸方便。绘制汽车的总布置图；零部件的运动范围校核。部件的运动范围校核。 设计效果图设计效果图 效果图是表现汽车造型效果的图画。效果图是表现汽车造型效果的图画。 制作缩小比例模型制作缩小比例模型 缩小比例模型是在构架上涂缩小比例模型是在构架上涂敷造型泥雕塑而成。敷造型泥雕塑而成。 进行方案论证进行方案论证 目的是从若干个造型方案中选择出目的是从若干个造型方案中选择出一个合适的车

8、型方案，以便作为技术设计的依据。一个合适的车型方案，以便作为技术设计的依据。10第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.2 8.1.2 汽车的设计汽车的设计 1）确定汽车造型确定汽车造型 绘制绘制1111整车外形效果图。整车外形效果图。 制作制作1111外部模型。外部模型。 制作制作1111内部模型，用以审视汽内部模型，用以审视汽车内部造型效果和检验汽车内部尺车内部造型效果和检验汽车内部尺寸。寸。 交付主管部门和有关领导审批，交付主管部门和有关领导审批，使汽车最终定型。使汽车最终定型。 11第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统

9、先进制造系统8.1.2 8.1.2 汽车的设计汽车的设计 2）确定汽车结构确定汽车结构 这一阶段的主要任务是绘制尺寸控制图，目的是： 准确地确定各部件总成的所在位置和支承连接方式。准确地确定各部件总成的所在位置和支承连接方式。 确定各部件总成的控制尺寸和控制质量。确定各部件总成的控制尺寸和控制质量。 确定各操纵机构的位置及其活动范围。确定各操纵机构的位置及其活动范围。 对各相对运动的零部件进行运动校核，确定运动空间，对各相对运动的零部件进行运动校核，确定运动空间，以防止运动干涉。以防止运动干涉。 确定驾驶室内部的布置。确定驾驶室内部的布置。 确定各部件的质心位置。确定各部件的质心位置。 确定汽

10、车外形尺寸和汽车总布置的各项参数。确定汽车外形尺寸和汽车总布置的各项参数。 对各部件总成提出具体的设计要求。对各部件总成提出具体的设计要求。 12第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.2 8.1.2 汽车的设计汽车的设计 汽车总装配图的绘制是在各总成的设计工作全部汽车总装配图的绘制是在各总成的设计工作全部完成后并经过设计和工艺审查后进行的。其目的是进完成后并经过设计和工艺审查后进行的。其目的是进行图面装配，对各个部件的特性参数、特性尺寸以及行图面装配，对各个部件的特性参数、特性尺寸以及尺寸链进行全面仔细的校核，最后核准各项参数。尺寸链进行全面仔细的校

11、核，最后核准各项参数。 13第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.2 8.1.2 汽车的设计汽车的设计 通过试制，应该了解整车和部件的结构工艺性，通过试制，应该了解整车和部件的结构工艺性，了解整车在装配中发生的问题，并及时协调解决，了解整车在装配中发生的问题，并及时协调解决，为了检查样车是否符合设计要求，必须进行试验。为了检查样车是否符合设计要求，必须进行试验。 试验项目包括尺寸参数和质量参数的测定，整试验项目包括尺寸参数和质量参数的测定，整车性能试验，可靠性行驶试验以及耐久性行驶试验。车性能试验，可靠性行驶试验以及耐久性行驶试验。对暴露出的问题进行

12、分析和改进，修改图样，为下对暴露出的问题进行分析和改进，修改图样，为下一轮试制作好技术准备。从新产品设计到定型投产一轮试制作好技术准备。从新产品设计到定型投产一般需要经过几轮试制，试验及修改图样的过程，一般需要经过几轮试制，试验及修改图样的过程，直至产品定型。直至产品定型。14第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.3 8.1.3 汽车的生产准备汽车的生产准备 实施汽车的批量生产，生产部实施汽车的批量生产，生产部门要按规划内容制定进行批量生产门要按规划内容制定进行批量生产的实施计划，并且还要具备批量生的实施计划，并且还要具备批量生产的相应设备，主要有铸

13、造、锻造、产的相应设备，主要有铸造、锻造、压力成型、树脂成型、机械加工、压力成型、树脂成型、机械加工、喷涂、装配、输送、检查等设备。喷涂、装配、输送、检查等设备。 15第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.3 8.1.3 汽车的生产准备汽车的生产准备 目的是检查生产设备的运转状况，检查生产设备所制造的汽车的质量和性能。这些试验也是在开发部门进行的。批量生产试制所用中等程度的模具的更换一般可进行两次： 第一次是对批量生产的初始品的安第一次是对批量生产的初始品的安装配合进行认可。装配合进行认可。 第二次是对第一次不合格部分作第二次是对第一次不合格部分作改

14、进后的进一步确认与对其综合品质改进后的进一步确认与对其综合品质的鉴定，并进行细小方面的修整。的鉴定，并进行细小方面的修整。16第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.4 8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 动力总成包括发动机、传动轴与车轴等驱动系统的动力总成包括发动机、传动轴与车轴等驱动系统的组件，它是构成汽车的心脏的重要部件。组件，它是构成汽车的心脏的重要部件。 1）铸造）铸造工艺要求是： 设法减轻铸件的重量。设法减轻铸件的重量。 优化铸造技术。优化铸造技术。 17第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统

15、2 2）锻造）锻造工艺要求是： 热锻的自动化、高速化和高精度化，如对汽车热锻的自动化、高速化和高精度化，如对汽车零件已较普遍采用了专机热锻加工法。零件已较普遍采用了专机热锻加工法。 热压成型的自动化，如对滚动轴承滚道、齿轮热压成型的自动化，如对滚动轴承滚道、齿轮毛坯进行裁断、预成型、成型和拔孔的自动化生毛坯进行裁断、预成型、成型和拔孔的自动化生产工艺。产工艺。 8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 18第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 3 3）辊）辊压压工艺要求是： 。 4 4）冷锻冷锻工艺要求是 实现实现8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件

16、的生产 19第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 1 1）机械加工）机械加工 一般地，月产数万台左右的大量生产规模下的发一般地，月产数万台左右的大量生产规模下的发动机机械加工，如气缸套和气缸盖，大多采用以组合动机机械加工，如气缸套和气缸盖，大多采用以组合机床为中心的大规模设备。其工艺要求有三点机床为中心的大规模设备。其工艺要求有三点 ： 保持高质量加工保持高质量加工 进行多品种加工进行多品种加工 实现高效率加工实现高效率加工8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 20第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 2）装配

17、及试验装配及试验 发 动 机 装 配作业，现已开始自动化。而装配的质量，一般也是由装配线来保证。装配完成后，发动机的性能试验，也可用微机自动检测系统进行检测。8.1.4 汽车零部件的生产 21第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统（3 3）变速箱加工装配）变速箱加工装配 1 1）箱体加工箱体加工 变速箱主要由箱体、轴和齿轮所构成。 在箱体加工工艺中，一般是使用组合机床，在箱体加工工艺中，一般是使用组合机床，其工作形式可分为自动线上工件直接传送形式和其工作形式可分为自动线上工件直接传送形式和传输线上托盘传送形式。传输线上托盘传送形式。8.1.4 8.1.4 汽

18、车零部件的生产汽车零部件的生产 22第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 2 2）齿轮加工齿轮加工 在齿轮加工工艺中要求做到：在齿轮加工工艺中要求做到： 齿轮的啮合精度好；齿轮的啮合精度好； 热处理时变形小且稳定；热处理时变形小且稳定； 齿面光洁度好；齿面光洁度好； 减少齿型、导程、齿轮振摆等误差。减少齿型、导程、齿轮振摆等误差。 8.1.4 8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 23第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 典型的变速箱总成装配过程为：箱体打号装换档联接轴装球头摇臂、差速器总成，倒档杠杆装轴齿及换

19、档轴组件装倒档惰轮装换挡锁紧机构左箱体涂胶拧紧箱体联接螺栓中间轴左轴承外环压装左油封压装装轴承压板装导向盒及换挡杆组件装五档齿轮备用工位左箱体后盖结合面涂胶并安装拧紧倒档轴定位螺栓及后盖螺栓预紧后盖联接螺栓拧紧拧紧进/排油口螺塞总成装配质量检查变速器总成转线总成密封性能试验润滑油加注总成综合性能试验终检合格品放油入库，不合格品送返修区。 3 3）装配装配8.1.4 8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 24第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 车身主要用钢板冲压件经焊接、粘接或螺纹连接而成，其制造工艺大致顺序为：冲压焊装涂装内饰装配。 用于生产车身

20、的原材料为薄钢板卷料，先进行矫直，用于生产车身的原材料为薄钢板卷料，先进行矫直，再进行剪切下料成为冲压坯料。再进行剪切下料成为冲压坯料。冲压工序一般为：冲压工序一般为：拉深拉深冲压切边冲压切边成形成形弯曲弯曲翻边翻边整形等。整形等。 8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 25第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统1磁力分层装置 2翻转传送装置 3穿梭传送装置 4皮带运输机5下料机器人 6压力机 7下料机器人 6 6 6 1 2 4 3 7 5 7 5 7 5 8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 26第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的

21、制造系统先进制造系统先进制造系统 汽车车身是将多种冲压件分别组焊成许多大总成后，再焊装成车身。焊装生产中应用最多的焊接方法是点焊。每一台轿车车身约有3000个焊点，其中多数是2层焊接，出于结构上的原因，也可适用34层搭焊。 8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 27第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 涂装的目的是保护汽车，防止生锈，并对汽车起装饰作用。不同级别的汽车其涂装工艺也不相同。对于轿车车身，典型的涂装工艺包括：前处理工艺、底漆工艺、密封及车底防护工艺、中涂工艺和面漆工艺几个部分。 8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 28第第8

22、章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 1）涂装前处理工艺涂装前处理工艺 是在车身金属基体表面上形是在车身金属基体表面上形成磷化膜，以提高其防锈能力以及与底漆的结合能力，成磷化膜，以提高其防锈能力以及与底漆的结合能力，包括脱脂、磷化、清洗等内容。包括脱脂、磷化、清洗等内容。 2 2）底漆工艺底漆工艺 采用的是采用的是电泳涂装电泳涂装。电泳涂装是将具。电泳涂装是将具有导电性的被涂物浸渍在装满水稀释的、固体成分比较有导电性的被涂物浸渍在装满水稀释的、固体成分比较低的电泳槽作为阳极（或阴极），在槽中另设置与其相低的电泳槽作为阳极（或阴极），在槽中另设置与其相对应的阴极（或

23、阳极），在两极间通直流电，在被涂物对应的阴极（或阳极），在两极间通直流电，在被涂物上析出均匀、水不溶的涂膜的一种涂装方法。上析出均匀、水不溶的涂膜的一种涂装方法。8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 29第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 （3）涂装 3 3）密封及车底防护工艺密封及车底防护工艺 的主要部位是汽车车身冲压件的组合焊缝部位。的主要部位是汽车车身冲压件的组合焊缝部位。 的目的主要是抵御路面沙石的冲击，延长的目的主要是抵御路面沙石的冲击，延长车体使用寿命，阻止噪声振动的传递，降低车内噪声。车体使用寿命，阻止噪声振动的传递，降低车内噪声。

24、具体来说，应在车身底部、翼子板内涂布抗石击、隔热具体来说，应在车身底部、翼子板内涂布抗石击、隔热阻尼材料，在驾驶室底板、前围、轮罩、行李箱内、顶阻尼材料，在驾驶室底板、前围、轮罩、行李箱内、顶盖、车门外板内侧等部位放置隔热阻尼胶板。盖、车门外板内侧等部位放置隔热阻尼胶板。8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 30第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 5）面漆工艺面漆工艺 面漆是汽车车身多层涂装中最后一道涂层、面漆是汽车车身多层涂装中最后一道涂层、它对车体起保护和装饰双重作用。一般多采用空气喷涂，也它对车体起保护和装饰双重作用。一般多采用空气喷涂，也

25、有采用静电喷涂以及自动化喷涂。有采用静电喷涂以及自动化喷涂。 8.1.4 汽车零部件的生产汽车零部件的生产 4）中涂工艺中涂工艺 中涂层中涂层介于底漆与面漆之间，主介于底漆与面漆之间，主要作用是改善被除物表面要作用是改善被除物表面和底漆涂层的平整度，为和底漆涂层的平整度，为面漆层创造良好的基底，面漆层创造良好的基底，以提高整个涂层的装饰性以提高整个涂层的装饰性和抗石击性。和抗石击性。31第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.5 8.1.5 汽车的总装配汽车的总装配 汽车总装配也称汽车总装，是指以车架为汽车总装配也称汽车总装，是指以车架为基础件将检验合

26、格的各类总成、零件及连接基础件将检验合格的各类总成、零件及连接件按规定的精度标准和技术要求组合为整车，件按规定的精度标准和技术要求组合为整车，并进行检测以确定其合格与否的工艺过程。并进行检测以确定其合格与否的工艺过程。总装配主要内容包括：整车装配、饰件装配、总装配主要内容包括：整车装配、饰件装配、检验调整、性能试验及试车等。检验调整、性能试验及试车等。 32第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.5 8.1.5 汽车的总装配汽车的总装配 图图8-6 8-6 轿车总装配线轿车总装配线33第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制

27、造系统8.1.5 8.1.5 汽车的总装配汽车的总装配 根据汽车的结构特点和批量大小的不同，总装的组织形式一般可分为: 1）固定式装配固定式装配 是将汽车各总成或部件的全部装配是将汽车各总成或部件的全部装配工作安排在一个固定的工作地点进行装配，装配过程中工作安排在一个固定的工作地点进行装配，装配过程中基础件位置不变，装配所需要的零部件全部汇集在工作基础件位置不变，装配所需要的零部件全部汇集在工作地点附近，由一组工人去完成。地点附近，由一组工人去完成。 2）移动式装配移动式装配 是将汽车总成或部件置于装配线上、是将汽车总成或部件置于装配线上、通过连续或间歇的移动使其顺次经过各装配工作地点，通过连

28、续或间歇的移动使其顺次经过各装配工作地点，以完成全部装配工作。以完成全部装配工作。34第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.5 8.1.5 汽车的总装配汽车的总装配 总装线一般是由以下几个部分组成的： 内饰装配线内饰装配线 底盘装配线底盘装配线 外饰装配线外饰装配线 车辆行驶性能检测线车辆行驶性能检测线35第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.5 8.1.5 汽车的总装配汽车的总装配 由于在汽车的总装配阶段所需各种零部件都由于在汽车的总装配阶段所需各种零部件都要运到总装配线上进行装配，因此物流量相当大。要运

29、到总装配线上进行装配，因此物流量相当大。用于用于总装配线的物流装配总装配线的物流装配主要有以下三类：主要有以下三类： 卸货设备卸货设备 搬运移动设备搬运移动设备 输送设备输送设备36第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.5 8.1.5 汽车的总装配汽车的总装配 汽车制造系统是各类制造系统中的典型代表，几乎所有的先进制造模式和技术都在汽车制造过程中得到了应用。 （1）工业机器人）工业机器人 a）b） 37第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.5 8.1.5 汽车的总装配汽车的总装配 （ 2）自动导向车（自动导

30、向车（AGV） 在汽车总装线应用在汽车总装线应用AGVAGV可实现动态装配，提高可实现动态装配，提高装配线的自动化水平。装配线的自动化水平。AGVAGV系统的中心控制台可系统的中心控制台可进行多车系统集中调度、监视、管理。通过网络进行多车系统集中调度、监视、管理。通过网络通信，采用激光导航技术，保证了通信，采用激光导航技术，保证了AGVAGV快速运行，快速运行，精确定位，实现了工作区域内全方位自由行走，精确定位，实现了工作区域内全方位自由行走，自动安全避让等功能。自动安全避让等功能。 38第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.5 8.1.5 汽车的总

31、装配汽车的总装配 （2）自动导向车（自动导向车（AGV） 图图8-8 正在运送轿车后桥的正在运送轿车后桥的AGV39第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.5 8.1.5 汽车的总装配汽车的总装配 （3）电动多轴拧紧机电动多轴拧紧机 图图8-9 8-9 用电动多轴拧紧机装配车轮用电动多轴拧紧机装配车轮 电动拧紧机多轴是一种目电动拧紧机多轴是一种目前比较先进的螺栓拧紧设备，前比较先进的螺栓拧紧设备，能够实现对拧紧扭矩和角度能够实现对拧紧扭矩和角度的精确控制。它使用了高精的精确控制。它使用了高精度的传感器，通过工控机控度的传感器，通过工控机控制拧紧力矩的大

32、小，使螺钉、制拧紧力矩的大小，使螺钉、螺母的拧紧扭矩完全达到工螺母的拧紧扭矩完全达到工艺要求范围，保证了产品的艺要求范围，保证了产品的装配质量。装配质量。 40第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.1.5 汽车的总装配 （4）总装车间物流配送系统总装车间物流配送系统 图图8-10 8-10 轿车总装线的物流系统方案轿车总装线的物流系统方案指令指令拆散中心拆散中心集装箱集装箱分篮中心分篮中心拖车拖车生产线生产线货筐车货筐车零件零件零件零件零件零件零件零件前一辆车前一辆车后一辆车后一辆车41第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制

33、造系统第第8章复习思考题章复习思考题 (8.1)1 1 汽车的总体构造包括哪四大组成部分汽车的总体构造包括哪四大组成部分? ?2 2 汽车的底盘由哪几部分组成汽车的底盘由哪几部分组成? ?3 3 简述汽车的设计过程。简述汽车的设计过程。4 4 汽车的汽车的动力总成包括哪些组件？动力总成包括哪些组件？ 其零件的制造一般涉及到哪些生产工艺？其零件的制造一般涉及到哪些生产工艺？5 5 汽车汽车发动机发动机的的机械加工有何主要工艺要求？机械加工有何主要工艺要求？6 6 汽车的汽车的车身制造自动化技术水平体现在哪些作业中？车身制造自动化技术水平体现在哪些作业中？7 7 汽车总装配的主要内容是什么？汽车总

34、装配的主要内容是什么？ 各应用了何种先进制造技术？各应用了何种先进制造技术？8 你对在汽车制造系统中采用先进制造模式有何认识？你对在汽车制造系统中采用先进制造模式有何认识？ 42第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2 8.2 集成电路制造系统集成电路制造系统 8.2.1 半导体与晶体管半导体与晶体管8.2.2 芯片的制造芯片的制造 8.2.3 集成电路的设计集成电路的设计8.2.4 半导体制造技术半导体制造技术43第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.1 8.2.1 半导体与晶体管半导体与晶体管 1947年，

35、世界上第一只晶体管在美国贝尔实验室诞生，使半导体产业经历了集中的增长。作为集成电路的基本电子组件，晶体管的大小40多年来一直在缩减，如何制造更小尺寸的晶体管是半导体行业研发精英正在努力的方向。现在，不断创新的工艺和新的材料推动了先进晶体管技术的发展。 44第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.1 8.2.1 半导体与晶体管半导体与晶体管 19591959年，美国仙童公司和德州仪器同时发明了年，美国仙童公司和德州仪器同时发明了全新概念的集成电路全新概念的集成电路通过一种特殊的平面处理通过一种特殊的平面处理技术让硅晶体管大批量集中在同一块芯片上，由此技术

36、让硅晶体管大批量集中在同一块芯片上，由此诞生了集成电路和半导体芯片的概念。半导体的工诞生了集成电路和半导体芯片的概念。半导体的工艺进步主要体现在线长的不断缩短上。线长是指芯艺进步主要体现在线长的不断缩短上。线长是指芯片内各个硅晶体管连接导线的宽度。线长缩短带来片内各个硅晶体管连接导线的宽度。线长缩短带来以下三个方面好处：以下三个方面好处： 更高的芯片集成度 更低的成本 更低的功耗与更高的工作频率 45第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.1 8.2.1 半导体与晶体管半导体与晶体管1964年，仙童公司创始年，仙童公司创始人之一的摩尔人之一的摩尔（Go

37、rdon Moore）博士在作统计博士在作统计图表中发现一个奇特的图表中发现一个奇特的规律规律集成电路上能集成电路上能被集成的晶体管数目被集成的晶体管数目，在过去一直在过去一直以每以每18个月个月翻一番的速度稳定增长翻一番的速度稳定增长。这被称为摩尔定律这被称为摩尔定律（Moones low）（图（图8-11）。）。IT专家预言摩尔专家预言摩尔定律定律“将在接下来的将在接下来的1520年继续有效年继续有效”。图图8-11 8-11 处理器晶体管规模和摩尔定律预测之比较处理器晶体管规模和摩尔定律预测之比较101010910810710610510410319701980199020002010M

38、ontectio集成电路上能被集成的晶体管数目46第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.1 8.2.1 半导体与晶体管半导体与晶体管 从2001年的0.13m、2003年的90nm（0.09m），到2005年将要引入的65nm（0.065m）制造工艺，半导体技术进入了纳米时代。同样，晶体管的尺寸也受到了挑战，在90nm工艺中，晶体管的长度已经缩减到不足40nm。 a） b）图图8-12 65nm工艺制造的工艺制造的SRAM芯片芯片a）容量为70Mbit的芯片面积只有110mm2 b）芯片的基本存储单元（白虚线区域的面积只有0.57m2）47第第8 章

39、章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.2 8.2.2 芯片的制造芯片的制造 图图8-13 8-13 硅芯片的器件和层硅芯片的器件和层1凹进导电层 2绝缘层 3金属层4顶部保护层 5导电层 6硅衬底43215 6 制造电子器件的基本半导体材料为圆形单晶片薄片，称为硅片硅片。由硅片生产的半导体产品被称为芯芯片片，也称为管芯，而硅圆片通常被称为衬底衬底。 在一片硅片上可同时制作几十甚至上百个特定的芯片。在一片硅片上芯片数的不同取决于产品的类型和每个芯片的尺寸，而芯片尺寸的改变取决于在一个芯片上集成的水平。48第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造

40、系统先进制造系统8.2.2 8.2.2 芯片的制造芯片的制造 电路集成电路集成半导体产业周期半导体产业周期每个芯片元件数每个芯片元件数没有集成（分离元件）没有集成（分离元件）小规模集成电路（小规模集成电路（SSISSI）中规模集成电路（中规模集成电路（MSIMSI）大规模集成电路（大规模集成电路（LSILSI）超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSIVLSI）甚大规模集成电路（甚大规模集成电路（ULSIULSI）19601960年之前年之前2020世纪世纪6060年代前期年代前期2020世纪世纪6060年代到年代到7070年代前期年代前期2020世纪世纪7070年代前期到年代前期到7070

41、年代后期年代后期2020世纪世纪7070年代后期到年代后期到8080年代后期年代后期2020世纪世纪9090年代后期至今年代后期至今1 12 2至至50502020至至5000500050005000至至100000100000100000100000至至10000001000000大于大于10000001000000表8-1 芯片集成元件数的发展49第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.2 8.2.2 芯片的制造芯片的制造 芯片制造流程分为芯片制造流程分为5 5个阶段，这些阶段是独立的个阶段，这些阶段是独立的 。图图8- 14 集成电路制造的阶段集

42、成电路制造的阶段a）硅片制备）硅片制备 b）硅片制造）硅片制造 c）硅片测试）硅片测试/拣选拣选 d）装配与封装）装配与封装e）终测）终测a）b）c）e）d）单晶硅单晶硅缺缺陷陷芯芯片片划片线划片线单个芯片单个芯片装配装配封装封装50第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统 在第一阶段，将硅从沙中提炼并纯化。经过在第一阶段，将硅从沙中提炼并纯化。经过特殊工艺产生适当直径的硅锭，然后将硅锭切割特殊工艺产生适当直径的硅锭，然后将硅锭切割成用于制造微芯片的薄硅片。按照专用的参数规成用于制造微芯片的薄硅片。按照专用的参数规范制备硅片。范制备硅片。 8.2.2 芯片的制

43、造芯片的制造 2. 2. 芯片的制造流程芯片的制造流程 51第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统2. 2. 芯片的制造流程芯片的制造流程 自硅片开始的微芯片制作是第二阶段，被称为硅片自硅片开始的微芯片制作是第二阶段，被称为硅片制造。裸露的硅片到达硅片制造厂，然后经过各种清洗、制造。裸露的硅片到达硅片制造厂，然后经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤。加工完的硅片具有永久成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤。加工完的硅片具有永久刻蚀在硅片上的一整套集成电路。刻蚀在硅片上的一整套集成电路。 8.2.2 芯片的制造芯片的制造 52第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品

44、的制造系统先进制造系统先进制造系统 硅片制造完成后，硅片被送到测试硅片制造完成后，硅片被送到测试/ /拣选区，在那里拣选区，在那里进行单个芯片的探测和电学测试。然后选出可接受和不进行单个芯片的探测和电学测试。然后选出可接受和不可接受的芯片，并为有缺陷的芯片做标记，通过硅片测可接受的芯片，并为有缺陷的芯片做标记，通过硅片测试的芯片将继续进行以后的工艺。试的芯片将继续进行以后的工艺。 8.2.2 芯片的制造芯片的制造 53第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统2. 2. 芯片的制造流程芯片的制造流程 测试测试/ /拣选后，硅片进入装配和封装步骤，以便把单拣选后，

45、硅片进入装配和封装步骤，以便把单个芯片包装在一个保护管壳内。硅片的背面需要进行研磨个芯片包装在一个保护管壳内。硅片的背面需要进行研磨以减少衬底的厚度。一片厚的塑料膜被贴在每个硅片的背以减少衬底的厚度。一片厚的塑料膜被贴在每个硅片的背面，以保持硅片不脱落，然后，在正面沿着划片线用带金面，以保持硅片不脱落，然后，在正面沿着划片线用带金刚石尖的锯刃将每个硅片的芯片分开。在装配厂，好的芯刚石尖的锯刃将每个硅片的芯片分开。在装配厂，好的芯片被压焊或抽空形成装配包。稍后，将芯片密封在塑料或片被压焊或抽空形成装配包。稍后，将芯片密封在塑料或陶瓷壳内。最终的实际封装形式随芯片类型及其应用场合陶瓷壳内。最终的实

46、际封装形式随芯片类型及其应用场合而定。而定。8.2.2 芯片的制造芯片的制造 54第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统2. 2. 芯片的制造流程芯片的制造流程 为确保芯片的功能，要对每一个被封装的集成电为确保芯片的功能，要对每一个被封装的集成电路进行测试，以满足制造商的电学和环境的特性参数路进行测试，以满足制造商的电学和环境的特性参数要求。终测后，芯片被发送给客户以便装配到专用场要求。终测后，芯片被发送给客户以便装配到专用场合；例如，将存储器元件安装在个人电脑的电路板上。合；例如，将存储器元件安装在个人电脑的电路板上。8.2.2 芯片的制造芯片的制造 55

47、第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.3 8.2.3 集成电路的设计集成电路的设计 集成电路（集成电路（ICIC）按功能可分为：）按功能可分为： 56第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.3 8.2.3 集成电路的设计集成电路的设计 2. 2. 集成电路设计流程集成电路设计流程 IC IC设计是将系统、逻设计是将系统、逻辑与性能的设计要求转化辑与性能的设计要求转化为具体的物理版图的过程。为具体的物理版图的过程。一个好的一个好的ICIC产品需要设计、产品需要设计、工艺、测试、封装等一整工艺、测试、封装等一整套

48、工序的密切配合。套工序的密切配合。ICIC设设计是研究和开发计是研究和开发ICIC的第一的第一步，也是最重要的一步。步，也是最重要的一步。图图8-15 8-15 集成电路的设计流程集成电路的设计流程 57第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.3 8.2.3 集成电路的设计集成电路的设计 3. IC设计与软件开发的比较设计与软件开发的比较 以以ICIC设计与软件开发的相同之处来说明设计与软件开发的相同之处来说明ICIC设计的一些特点。设计的一些特点。(1 (1）使用的工具）使用的工具。ICIC设计领域中，设计领域中，电子设计自动化电子设计自动化(EDA

49、)(EDA)软件软件已居于主导地位。用运行于计算机上的硬件描述语言（已居于主导地位。用运行于计算机上的硬件描述语言（HDLHDL）来进行来进行ICIC设计，现有的设计，现有的HDLHDL语言如语言如VHDLVHDL、Verilog HDLVerilog HDL等均与等均与PCPC软件开发工具软件开发工具C C语言类似。语言类似。(2 (2）开发过程）开发过程。目前。目前ICIC的设计多采用的设计多采用“自顶向下自顶向下”的设计方法，的设计方法，逐步细化功能和模块，直至设计环境能够提供的各类单元库。逐步细化功能和模块，直至设计环境能够提供的各类单元库。整个过程与软件开发相同。整个过程与软件开发相

50、同。(3 (3）最终产品）最终产品。与软件一样，。与软件一样，ICIC设计最终的产品将以一种载体设计最终的产品将以一种载体体现，对于软件来说是磁盘中的二进制可执行代码，对于体现，对于软件来说是磁盘中的二进制可执行代码，对于ICIC来来说就是满足用户说就是满足用户“速度功耗积速度功耗积”（衡量（衡量ICIC设计水平的重要标志）设计水平的重要标志）的芯片。软件是通过硬件来体现的，硬件是软件的载体。的芯片。软件是通过硬件来体现的，硬件是软件的载体。 58第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.3 8.2.3 集成电路的设计集成电路的设计 4. EDA4. E

51、DA软件设计软件设计ICIC的一个案例的一个案例 下面是一段用下面是一段用HDLHDL语言编制的一段程序语言编制的一段程序：/verilog HDL for bym4，beh10_behavioralmodule beh10（r）；）； /程序模块，模块名称程序模块，模块名称beh10output r， /定义输出引脚定义输出引脚rreg r； /定义一位的寄存器定义一位的寄存器r reg 2；0i； /定义三位的寄存器定义三位的寄存器iinitial /初始化初始化begin /开始开始r=0； /低电平低电平for （i=0，i=5，i=i+1） /循环循环6次次r=#（i*10）i0；e

52、nd endmodule59第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.3 8.2.3 集成电路的设计集成电路的设计 4. EDA4. EDA软件设计软件设计ICIC的一个案例的一个案例程序说明程序说明：i=0i=05 5，共，共6 6次循环。每次循环中，先延次循环。每次循环中，先延时时(i(i* *10)ns10)ns，再按照当前寄存器，再按照当前寄存器i i的第的第0 0位状态，相应位状态，相应输出输出r r。如：。如：i=0,i=0,则则i i的第的第0 0位是位是0 0，r r输出低电平；输出低电平；i=1i=1，则则i i的第的第0 0位是位是1

53、 1，r r输出高电平；输出高电平；i i每次增加每次增加1 1，第，第0 0位位依次变化为依次变化为0,1,0,10,1,0,1，即输出，即输出r r的电平分别为低、高、的电平分别为低、高、低 、 高 ， 而 每 个 延 时 间 隔 的 宽 度 分 别 为低 、 高 ， 而 每 个 延 时 间 隔 的 宽 度 分 别 为0,10ns,20ns,30ns,40ns,50ns0,10ns,20ns,30ns,40ns,50ns。60第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.3 8.2.3 集成电路的设计集成电路的设计 4. EDA4. EDA软件设计软件设

54、计ICIC的一个案例的一个案例 这段用硬件描述语言编制的源程序模块经编译后，通过这段用硬件描述语言编制的源程序模块经编译后，通过EDAEDA软件，完成的逻辑级描述和电路级描述，最后形成软件，完成的逻辑级描述和电路级描述，最后形成版图文件，根据版图文件制作掩膜版，在特定的工艺条版图文件，根据版图文件制作掩膜版，在特定的工艺条件下加工制造，封装测试后的成品芯片具有以下功能：件下加工制造，封装测试后的成品芯片具有以下功能：若从芯片的某个特定引脚输入周期为若从芯片的某个特定引脚输入周期为1010的脉冲方波的脉冲方波r r，则，则从芯片的另一个特定引脚能输出如图从芯片的另一个特定引脚能输出如图8-168

55、-16所示的波形：所示的波形： 图图8-16 8-16 引脚输出波形引脚输出波形61第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.4 8.2.4 半导体制造技术半导体制造技术 1. 1. 半导体的制造工艺过程半导体的制造工艺过程 化学品化学品导线架导线架设计设计光罩光罩制造制造封装和装配封装和装配测试测试圆晶圆晶氧化氧化扩散扩散金属溅镀金属溅镀离子注入离子注入刻蚀刻蚀显影显影上光阻上光阻62第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.4 8.2.4 半导体制造技术半导体制造技术 （1） 硅基集成电路制造技术的基础硅基集成

56、电路制造技术的基础之一是在硅片表面来热生长一层氧化膜的能力，之一是在硅片表面来热生长一层氧化膜的能力，是硅片进入制造过程的第一步。根据作为氧化气是硅片进入制造过程的第一步。根据作为氧化气体的氧是否带有水蒸气，热氧化生长分为干氧氧体的氧是否带有水蒸气，热氧化生长分为干氧氧化和湿氧氧化两种方式。化和湿氧氧化两种方式。湿氧氧化的一种热工湿氧氧化的一种热工艺设备。艺设备。63第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.4 8.2.4 半导体制造技术半导体制造技术 图图8-18 8-18 立式炉系统示意图立式炉系统示意图尾气微控制器微控制器硅片传送控制器温度控制器气

57、流控制器舟装载器尾气控制器压力控制器石英工艺腔加热器1加热器2加热器3三温区加热器气体仪表板石英舟工艺气体刚瓶舟电机驱动系统硅片装载/卸载系统64第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.4 8.2.4 半导体制造技术半导体制造技术 （2）扩散）扩散 扩散的主要设备是高温扩散炉和湿法清洗设备。前者可在近1200的高温下工作，并能完成氧化、扩散、沉淀、退火以及合金等多种工艺流程。后者是扩散区终的辅助工具。硅片在放入高温炉之前必须进行彻底地清洗，以除去硅片表面的沾污和自然氧化层。 65第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统

58、8.2.4 8.2.4 半导体制造技术半导体制造技术 （3）光刻）光刻 目的是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶目的是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上。光刻胶是一种光敏的化学物质，它通过深紫外线曝光来印制掩膜板上。光刻胶是一种光敏的化学物质，它通过深紫外线曝光来印制掩膜板的图象。光刻胶只对特定波长的光线敏感，例如深紫外线和白光，而对的图象。光刻胶只对特定波长的光线敏感，例如深紫外线和白光，而对黄光不敏感。光刻工艺图示如下：黄光不敏感。光刻工艺图示如下：装片台气相成底膜光刻胶涂布湿影清洗去边传送台硅片步进光刻机（对准/曝光系统）软烘 冷板 冷板 坚膜片架硅片传送系统光刻工艺模块示意图

59、光刻工艺模块示意图66第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.4 8.2.4 半导体制造技术半导体制造技术 （4）刻蚀）刻蚀 是在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。刻蚀最常见的工具是等离子体刻蚀机、等离子体去胶机和湿法清洗设备。 图图8-19 干法等离子体刻蚀机示意图干法等离子体刻蚀机示意图1腔壁 2离子鞘 3自由电子 4电磁场 5阳极 6气体分布隔板 7刻蚀气体进口 8高频能量 9RF同轴电缆 10光子 11辉光放电（等离子体） 12真空表 13硅片 14阴极 15副产品和工艺气体气流 16抽空至真空泵 17真空管线 18基本化学药品 19正

60、离子67第第8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统先进制造系统先进制造系统8.2.4 8.2.4 半导体制造技术半导体制造技术 （5）离子注入）离子注入 是一种向硅衬底是一种向硅衬底中引入可控制数中引入可控制数量的杂质，以改量的杂质，以改变其电学性能的变其电学性能的方法。这是一个方法。这是一个物理过程，不发物理过程，不发生化学反应。生化学反应。 图图8-20 离子注入机示意图离子注入机示意图1石墨 2重离子 3气柜 4离子源 5灯丝 6等离子体 7吸极组件 8分析磁铁9离子束 10较轻离子 11质量分辨狭缝 12加速管路 13束线管 14工艺腔 15扫描盘68第第8 章章 典型产品的制