Система контроля и анализа технических свойств интегральных элементов и устройств вычислительной техники по многоуровневой модели информативных параметров 05. 13. 05 Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Вид материала

Автореферат диссертации

Содержание Областью приложения Результаты диссертационной работы использовались Краткое содержание работы В первой главе Выбор = {{У Многоуровневая модель ИП Модель связи Екр с исходными дефектами ИЭУ Информативность Екр для устройств КМОП технологии F – входная частота; t Частотные характеристики Е Информативность Екр для устройств биполярной технологии Частотные характеристики Е Обобщенные частотные характеристики Методика выбора высоконадежных ИЭУ Второй пункт С помощью экспериментальных исследований проверено и подтверждено В приложениях Заключение по работе Основными научными и практическими результатами работы являются

Подобный материал:

• Разработка методов и алгоритмов функционирования устройств контроля и диагностирования, 217.37kb.
• Международная конференция «Microcad-2011», секция «Информатика и моделирование», 11.06kb.
• Пояснительная записка к курсовому проекту по специальности 230105 Программное обеспечение, 21.23kb.
• Программа дисциплины по кафедре Вычислительной техники периферийные устройства ЭВМ, 277.66kb.
• Рабочая программа для специальности: 220400 Программное обеспечение вычислительной, 133.96kb.
• Программа дисциплины по кафедре Вычислительной техники организация ЭВМ и систем, 403.61kb.
• «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», 75.83kb.
• Контрольная работа по предмету: Технические средства управления. Тема: Состав и значение, 1075.78kb.
• Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальностям 05. 13. 05 - "Элементы, 88.59kb.
• Задачи дисциплины: -изучение основ вычислительной техники; -изучение принципов построения, 37.44kb.

На правах рукописи

Номоконова Наталья Николаевна

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И АНАЛИЗА ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ПО МНОГОУРОВНЕВОЙ МОДЕЛИ

ИНФОРМАТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ


05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники

и систем управления


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук


Владивосток - 2010


Работа выполнена во Владивостокском государственном университете

экономики и сервиса


Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор

Замятин Николай Владимирович

(Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники)


доктор технических наук профессор

Сахаров Юрий Серафимович

(Московский государственный университет

приборостроения и информатики)


доктор технических наук доцент

Ким Валерий Львович

(Национальный исследовательский

Томский политехнический университет)


Ведущая организация — Институт автоматики и процессов управления

Дальневосточного отделения РАН

(г. Владивосток)


Защита состоится « _____ » апреля 2011 г. в _____час. _____мин. на заседании диссертационного совета Д 212.268.03 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники


Автореферат разослан «____» ____________ 2011 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета Р.В. Мещеряков

Работа посвящена актуальной проблеме создания электронных устройств повышенной надежности, решение которой привлекает внимание исследовательских организаций многих стран мира в течение долгого времени.

Одним из аспектов указанной проблемы является создание системы контроля качества полупроводниковых компонентов вычислительной техники и систем управления, представляющей отдельную научную и техническую задачу. Дело в том, что, несмотря на применение высоких технологий при изготовлении изделий электроники и разработку различных систем контроля качества, отказы отдельных устройств как отечественного, так и зарубежного производства продолжаются.

Важность решения данной задачи обоснована тем, что существующие системы контроля ориентированы в основном на проверку соответствия выпускаемых интегральных электронных устройств (ИЭУ) нормам технических условий (ТУ). Необходимо отметить, что указанные системы обеспечивают необходимый уровень надежности для большей части ИЭУ, поскольку последние эксплуатируются в нормальных условиях и допускают техническое обслуживание и восстановление в случае возникновения отказов. В то же время существует целый класс изделий, условия эксплуатации которых, либо не допускают технического обслуживания вообще, либо возникновение отказа в период между процедурами технического обслуживания может привести к весьма серьезным последствиям техногенного характера. В основном это изделия специального назначения. Термин "специальное назначение" говорит о том, что эти изделия предназначены решать нетипичные задачи. При этом часть таких изделий функционирует в специфических эксплуатационных условиях, что налагает на них повышенные требования по надежности.

Часто задачей указанных изделий, независимо от области их применения, программного и аппаратного обеспечения, является предоставление полной, достоверной и своевременной информации (например, в гидроакустических системах). Важным условием для оптимального выполнения данной задачи является построение изделия из ИЭУ (в том числе компонентов вычислительной техники) высокой функциональной надежности.

Многие способы обеспечения надежности еще на этапе производства основаны на индивидуальной оценке уровня дефектности ИЭУ по результатам измерений определенных параметров. Существует большое количество исследований, сосредоточенных на изучении различных параметров ИЭУ, не отраженных в нормах ТУ. Цель многих из этих исследований - определение ожидаемого ресурса ИЭУ на основе результатов процедуры индивидуального контроля и отбора высоконадежных устройств по значениям информативных параметров (ИП). Далее такой подход к контролю будем называть прогнозирующим контролем.

Революционные изменения в технологии изготовления ИЭУ, главными из которых являются повышение степени интеграции компонентов и уменьшение их до субмикронных размеров, потребовали разработки новых подходов к выбору ИП, а также применения нестандартных методов контроля.

К нестандартным методам контроля относятся, например электрофизические методы. Каждый из множества этих методов (контроль по m-характеристикам, шумовым параметрам и т.д.) позволяет выявить какой-либо один или совокупность дефектов ИЭУ, и некоторым образом спрогнозировать поведение устройства в условиях эксплуатации путем сопоставления значений измеренных ИП с эталонными значениями. Важнейшей задачей любого подобного метода является поиск ИП, совокупность которых необходимо формировать с учетом особенностей прогнозирующего контроля современных ИЭУ. Главная особенность состоит в том, что внезапные отказы в основном зависят от двух факторов: от количества дефектов, присутствующих изначально в материалах составляющих устройство и от сочетания эксплуатационных воздействий (электрических, механических, климатических, радиационных и др.).

Один из подходов к прогнозирующему контролю - построение модели, связывающей зависимость ИП от внешних воздействий, прилагаемых к объекту контроля (ОК), с характеристиками надежности. Дело в том, что по своему составу ИЭУ представляют собой сложную квазиустойчивую систему взаимодействующих твердых тел, изготовленных из различающихся по свойствам материалов. Очевидно, такую систему можно считать надежной только при условии устойчивости указанных свойств материалов к дозированным внешним воздействиям. Если подвергнуть ИЭУ динамическим воздействиям определенной (управляемой) амплитуды, то по результатам непрерывных измерений заранее найденного набора электрофизических параметров, можно будет оценить не только функциональные свойства устройства, но и устойчивость его внутреннего состояния (или устойчивость свойств совокупности материалов ИЭУ).

Разработка методов обнаружения воздействия скрытых дефектов на безотказность работы ИЭУ позволит отбраковать потенциально ненадежные устройства. Подобные методы, фактически направленные на оценку мгновенной характеристики (значений ИП), в ряде случаев составляют единственную альтернативу дорогостоящим, долговременным и, недостаточно достоверным методам определения безотказности устройства по интервальным характеристикам. Отметим также, что достоверное определение интервальных показателей для устройств современной электроники, характеризующейся большим ресурсом компонентов и быстрой сменой номенклатуры, практически затруднено.

В связи с этим индивидуальная оценка технического состояния ИЭУ, основанная на анализе мгновенных значений ИП, отражающих как наличие и концентрацию в ОК скрытых дефектов, так и чувствительность его к внешним воздействиям, представляется весьма актуальной и более обоснованной и достоверной, чем оценка по интервальным характеристикам.

Предметом исследований диссертационной работы явились электрофизические методы контроля ИЭУ. Анализ проблем контроля качества ИЭУ и предложенный подход к прогнозирующему контролю (на основе введенного определения идеального информативного параметра) позволили обосновать обобщенный принцип поиска ИП. В результате этих исследований была разработана многоуровневая модель ИП, которая явилась ядром при создании системы контроля качества ИЭУ. Способ контроля, в основу которого положен один из электрофизических методов – метод критических питающих напряжений, является неразрушающим ИЭУ способом, что крайне важно, т.к. выбранные высоконадежные устройства затем используются в изделиях специального назначения для выполнения, например, вычислительных действий и задач управления.

Разработанные теоретические положения и экспериментальные исследования направлены на решение важной научно-технической проблемы – обеспечение безотказного функционирования элементов и устройств вычислительной техники и систем управления в специфических эксплуатационных условиях.




Цель работы и задачи исследования – разработка и создание системы контроля и анализа технических свойств интегральных элементов и устройств вычислительной техники и систем управления с целью выбора из них высоконадежных для долговременного безотказного функционирования в системах специального назначения. Теоретической основой для создания указанной системы явилась разработанная многоуровневая модель информативных параметров. При разработке программно-аппаратных средств, для практического применения системы контроля ИЭУ, использовался метод критических питающих напряжений, один из косвенных и неразрушающих ОК методов. Данный метод опирается на результаты моделирования поведения ИЭУ в специфических условиях контроля с учетом наличия в ОК возможных скрытых дефектов. Практические исследования направлены на разработку методик индивидуального контроля технического состояния ИЭУ и сортировки их по классам качества (надежные и потенциально ненадежные).

Для достижения указанной цели в работе рассмотрены и решены следующие основные задачи:

1. Теоретически обоснована возможность использования мгновенных характеристик при прогнозирующем контроле и оценке надежности ИЭУ, с минимизацией потери достоверности относительно интервальных характеристик:

• обоснована возможность прогнозирования технического состояния для малой партии ИЭУ;
  
• введено определение идеального информативного параметра (ИИП).
  

2. Сформированы критерии оценки реальных параметров ИЭУ с целью построения оптимального вектора информативных параметров, близких по свойствам к ИИП.

3. Разработана методика сортировки ИЭУ по классам (надежные и потенциально ненадежные).

4. Построены модели функционирования ИЭУ для определения оптимальных режимов контроля.

5. Экспериментально подобраны специфические режимы контроля для обеспечения максимального проявления дефектов материалов ИЭУ в параметрах электрофизической природы.

Областью приложения разработанной системы контроля качества (СКК) являются аналоговые и цифровые полупроводниковые ИС и БИС разной степени интеграции и технологий изготовления.

Методы исследования базируются на основных положениях физики конденсированного состояния (физики твердого тела), теории надежности, теории вероятностей, нечеткой логики, теории множеств, законах термодинамики и математическом моделировании.

Научная новизна. Результаты работы создают методологическую и аппаратную базу, значительно расширяющую возможности проведения прогнозирующего контроля, чем обеспечивается оптимальность выбора высоконадежных ИЭУ для долговременного безотказного функционирования их в специфических эксплуатационных условиях:

• разработаны основные положения методологии косвенных способов оценки безотказности (по мгновенным значениям ИП), учитывающей специфику современных ИЭУ;
  
• представлены модели поведения цифровых и аналоговых объектов контроля при снижении напряжения питания;
  
• разработаны модели, связывающие характеристики надежности ИЭУ с величиной значений ИП цифровых и аналоговых ОК;
  
• разработана методика выбора высоконадежных ИЭУ различных технологий изготовления и степени интеграции.
  

Практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты составляют теоретическую и алгоритмическую основу построения методик и аппаратуры контроля, позволяющей реализовать выбор высоконадежных ИЭУ.

Для реализации полученных результатов созданы следующие модули и экспериментальные модели:

• аппаратно-программный интерфейс комплекса автоматизированного исследования технических свойств ИЭУ;
  
• программно-аппаратные средства управления процессом контроля и автоматизации анализа полученных данных;
  
• экспериментально проверена достоверность моделей, связывающих характеристики надежности ИЭУ с величиной значений ИП цифровых и аналоговых ОК.
  

На защиту выносятся следующие научные результаты:

1. Многоуровневая модель информативных параметров.

2. Метод контроля интегральных электронных устройств на основе использования в качестве информативных параметров первого уровня критических питающих напряжений.

3. Теоретическое обоснование информативности (относительно проявления скрытых дефектов) зависимостей критических питающих напряжений от режимов контроля.

4. Теоретическое обоснование информативности (по критерию безотказности) зависимости критических питающих напряжений от циклических внешних воздействий.

5. Теоретическое обоснование универсальности метода критических питающих напряжений для цифровых и аналоговых ИЭУ различных технологий изготовления.

6. Разработанная система контроля и анализа индивидуальных технических свойств ИЭУ, построенная на основе многоуровневой модели информативных параметров.

Реализация основных результатов диссертации.

Диссертация выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских работ Владивостокского государственного университета экономики и сервиса (ВГУЭС - 1996-2010г.г.):

1. "Информационно-измерительная система контроля и анализа индивидуальных технических свойств микроэлектронных устройств" (регистрационный номер ВНТИЦ 01.2.006 06538) по приоритетному направлению развития науки, технологий и техники РФ "Информационные и телекоммуникационные системы".

2."Информационно-измерительная система тестирования микроэлектронных устройств специального назначения".

Результаты диссертационной работы использовались:

1. В работах по договорам о сотрудничестве между кафедрой электроники ВГУЭС, инженерной фирмы ОАО "Нивелир и К" и КБ ОАО "Дальприбор" (Владивосток, 1996 -2008г.г.).

2. В работах по договорам с Институтом автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН:

• "Исследование и разработка принципов оценки надежности функциональных устройств оптоэлектроники".
  
• "Исследование надежностных характеристик системы полупроводниковый лазер – волноводный оптический микрорезонатор". Тема: 06-I-ОФН-120 "Исследование процессов взаимодействия когерентного излучения с объектами нанометровых размеров с использованием системы полупроводниковый лазер - волноводный оптический микрорезонатор".
  

3. В научно-исследовательской работе по государственному контракту № 02.445.11.7445 от "09" июня 2006 г. Тема: "Исследование взаимодействия электромагнитного излучения оптического диапазона с нанофазными структурами на основе широкозонных полупроводников и диэлектриков".

Федеральная целевая научно-техническая программа: "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы. "Развитие системы ведущих научных школ как среды генерации знаний и подготовки научно-педагогических кадров высшей квалификации. Выполнение научно-исследовательских работ по приоритетным направлениям Программы".

4. В работах по договорам с Дальневосточным государственным техническим университетом им. Куйбышева (ДВГТУ) 2006г.:

• "Исследование возможности создания функциональных устройств электроники на базе фоторефрактивных кристаллов".
  
• "Определение вероятностных оптических и надежностных параметров функциональных устройств электроники".
  

5. В аналитической ведомственной целевой программе: "Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)".

Проект: "Самодифракция и поляризационная самомодуляция нестационарных спекловых волн на отражательных динамических голограммах в фоторефрактивных гиротропных кристаллах".

6. В работе по государственному контракту № 02.552.12.7004 на выполнение научно-исследовательских работ от 19 июня 2008 г. Тема: "Развитие центра коллективного пользования научным оборудованием для обеспечения комплексных исследований особенностей процессов природной биоминерализации применительно к созданию нанокомпозитных материалов". Раздел: "Научно-методическое и приборное обеспечение научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ, проводимых ЦКП".

Федеральная целевая программа: "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы".

• Документы, подтверждающие внедрение результатов исследований и разработок приведены в приложении к диссертации.
  

• В 1994 году получен патент Российской Федерации № 2018148 "Способ контроля полупроводниковых интегральных схем" (в соавторстве).
  

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях и семинарах:

международных

• "The Integration of Purpose Specialists' Training Systems and Automation Technical Systems of Various Purpose". (Alushta, 1990-1991г.г.),
  
• "Наука в образовательном процессе ВУЗа". (Уссурийск, УГПИ,1997),
  
• Proceedings of International Seminar. "Noise and Degradation Processes In Semiconductor Devices (metrology, diagnostics, technology)". (Москва, МЭИ, 1996г., 1997г., 1999г.),
  
• Therd Asia-Pasific Conference. "Fundamental problems of opto-and microelectronics". (Vladivostok, 2003),
  
• Fifth Asia-Pasific Conference. "Fundamental problems of opto-and microelectronics". (Vladivostok, 2005),
  

• "Электронные средства и системы управления". (Томск, ТУСУР, межд. науч.-практич. конф., 2005);
  

всесоюзных

• "Пути развития электронных средств и задачи высшей школы в подготовке специалистов соответствующей квалификации" (Улья­новск, 1991г.),
  
• "Проблемы обеспечения высокой надежности микроэлектронной аппаратуры" (Запорожье, 1990г.),
  
• "Интер­активное проектирование технических устройств и автоматизированных систем на персональных ЭВМ" (Воронеж, ВПИ, 1991г.);
  

республиканских

• "Методы оценки и повышения надежности РЭС" (Пенза, 1991г.),
  
• 37-я Всероссийская межвуз. науч.-техн. конф. (Владивосток, ТОВВМУ, 1994г.),
  
• 4-я Всероссийская очно-заочная науч-практ. конф. "Информационные технологии в управлении и учебном процессе ВУЗА". (Владивосток, ВГУЭС, 2003),
  
• Всероссийская науч.-практ. конф. "Электронные средства и системы управления" (Томск, ТУСУР, 2003);
  

региональных

• "Моделирование, управление и прогнозирова­ние в технических системах" (Владивосток, ИАПУ, 1991г.),
  
• "Современные технологии и предпринимательство, региональные проблемы АТР" (Владивос­ток, ДВТИ, 1994г.),
  
• "Радиоэлектроника, электроавтоматика и электроэнергетика" (Владивосток, ДВТГУ, 1995г.),
  
• Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов. (Владивосток, ИАПУ. 1997);
  

заочных электронных

• Интеграция науки и образования (2005г., 2010г.), 
  
• Новые технологии, инновации, изобретения (2005г.),
  
• Современные телекоммуникационные и информационные технологии (2007г.), 
  
• Методология разработки систем качества и надежности (2004г.), 
  
• Современные наукоемкие технологии (2007г.), 
  
• Новые информационные технологии и системы (2007г.). 
  

Автором опубликована 61 работа по теме диссертации, в том числе две монографии, патент на изобретение РФ, 8 работ в рецензируемых изданиях рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, основной части (5 глав), заключения, списка литературы, содержащего 217 наименований, 4-х приложений. Объем работы 270 страниц, в том числе 217 страниц основного текста, включающего 5 таблиц и 48 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность развития теоретической базы по созданию новых подходов к выбору информативных параметров, пригодных для определения индивидуальных особенностей ИЭУ и экспериментальных методов проведения технического контроля, формулируются цель и задачи работы, рассматривается научная и практическая значимость полученных результатов.


В первой главе проанализировано современное состояние проблемы создания ИЭУ повышенной надежности, что позволило сформулировать особенности прогнозирующего контроля (качественной оценки безотказности) и предложен подход к такому контролю на основе введенного автором определения идеального информативного параметра. Обоснована возможность оценки индивидуальных технических свойств указанных устройств по мгновенным значениям информативных параметров без потери достоверности по сравнению с интервальными характеристиками. Проанализированы методы, подходы и системы, пригодные для прогнозирующего контроля.


Прогнозирование технического состояния ИЭУ связано с проведением ряда контрольных операций, в ходе которых исследуется реакция ОК на определенные тестовые воздействия. Ключевым вопросом при создании новых или использовании уже существующих методов контроля является вопрос выбора таких ИП, чтобы можно было с достаточной степенью достоверности дать качественную оценку безотказности готового устройства.

Как известно, в материалах ИЭУ про­хо­дят дег­ра­да­ци­он­ные про­цессы, но с чрез­вы­чай­но ма­лой ско­рос­тью, и ак­ти­ви­зи­ру­ют­ся они лишь при силь­ных внеш­них воз­дей­стви­ях (тем­пе­ра­тур­ных, ра­ди­а­ци­он­ных и пр.). Поэтому про­дук­тив­ным пред­став­ля­ет­ся под­ход к прог­но­зи­ру­ю­ще­му кон­тролю, рас­смат­ри­ва­ю­щий ка­тас­тро­фи­чес­кие от­ка­зы как ис­тин­но вне­зап­ные, т.е. про­ис­шед­шие вслед­ствие ак­ти­ви­за­ции оп­ре­де­лен­ных скры­тых де­фек­тов под воздей­стви­ем ком­плек­са дес­та­би­ли­зи­ру­ю­щих фак­то­ров. При та­ком под­хо­де по­ня­тия "ста­ре­ние", "ре­сурс" и т.д. те­ря­ют свой классический смысл. В данной работе предлагается ресурс определять как отрезок времени, в течение которого изделие может безотказно проработать с определенной доверительной вероятностью. Тогда интенсивность отказов , определяющая вероятность безотказной работы, зависит от уровня внешних воздействий (вектор В) и количества скрытых дефектов в изделии (вектор Д):

 = f(В, Д) (1)

Один из способов оценки характеристик надежности и проверки информативности параметров – применение ускоренных испытаний, при предложенном подходе также приобретает новый смысл. Для выявления изделий с повышенным количеством скрытых дефектов следует так подобрать компоненты вектора В, чтобы интенсивность отказов  повысилась до такой степени, чтобы за обозримый промежуток времени могли быть выявлены изделия с неблагоприятными сочетаниями компонентов вектора Д.

Под влиянием различных факторов свойства материалов имеют тенденцию к изменению в различной степени. Предсказать техническое состояние ИЭУ в предстоящий период эксплуатации можно, если указанные изменения своевременно выявляются путем измерения некоторого количества таких параметров, в значениях которых они однозначно отражаются. Т.е. измеряемые параметры должны быть информативны даже для малой партии ИЭУ.

Однако оказалось, что в большинстве случаев функциональные характеристики устройств (приведенные в ТУ) слабо информативны в смысле отражения скрытых дефектов материалов ИЭУ. Это объясняется их назначением – описание выполнения ИЭУ предписанных функций, а не особенностей поведения свойств материалов. Более того, теоретические исследования процессов формирования требуемых свойств материалов в период производства еще недостаточны для расчета результирующих значений их характеристик после завершения процесса изготовления устройства в целом. Поэтому так важно найти путь к прогнозирующим оценкам индивидуальных технических свойств ИЭУ. Задача эта сложная и комплексная, включающая кроме технических и технологических аспектов реального производства еще и фундаментальные теории строения вещества и взаимодействия ОК с окружающей средой.

Таким образом, чем точнее связь какого либо ИП со сроком службы (ресурсом), тем ближе этот параметр по свойствам к некоему идеалу (идеальному информативному параметру – ИИП). При классическом под­хо­де к контролю ИИП - это параметр, од­ноз­нач­но свя­зан­ный со вре­ме­нем на­ра­бот­ки на от­ка­з.

С учетом особенностей прогнозирующего контроля современных ИЭУ, в главе выбирается (предлагается) подход к контролю и разрабатывается другое определение ИИП. В основе предложенного подхода находится очевидное утверждение о том, что безотказность, формируемая физическими закономерностями и явлениями при создании ИЭУ (движение электронов в твердых телах, поляризация диэлектриков, диффузия и пр.), будет иметь нужные характеристики, если выполняется необходимое условие - свойства материалов и параметры внешних воздействий находятся в известных пределах. Во время эксплуатации выполнение этого требования не всегда выполнимо. При таком подходе прогнозирующий контроль - это контроль, по результатам которого, дается качественная оценка безотказного функционирования ОК в специфических эксплуатационных условиях.

Прежде всего, для решения поставленной в работе задачи целесообразно максимально упростить конечную цель контроля и получать его результат в бинарном виде: изделие либо надежно, либо потенциально ненадежно. В соответствии с этим и определение ИИП должно отражать бинарный результат контроля и предлагается в следующей формулировке: ИИП - па­ра­метр, при­ни­ма­ю­щий од­но значение (например, 0), если ОК потенциально ненадежен, и другое значение (например, 1), если ОК надежен (т.е. способен безотказно выполнять свои функции в специфических условиях эксплуатации в течение заданного периода).

Такое определение представ­ляется более уп­ро­щен­ным по сравнению с определением, формулируемым при классическом подходе к контролю, но бо­лее по­лез­ным для прак­ти­ки контроля. Использование предложенного определения ИИП позволит разработать простые и эффективные методики классификации ОК по группам качества, в том числе малой партии ИЭУ.

Основные характеристики классического и предложенного подходов к прогнозирующему контролю, позволяющие понять их основные особенности и различия, отражены на рисунке 1.





Рис. 1 Основные характеристики классического и предложенного подходов

к прогнозирующему контролю


Далее в главе проводится анализ основных дефектов и возникающих в связи с ними отказов ИЭУ, с учетом того, что устройство представляет собой единое целое двух взаимосвязанных частей: функциональной, т.е. непосредственно кристалла (полупроводник, окисные слои, межсоединения и контактные площадки) и конструкционной (корпус, выводы, подсоединения к контактным площадкам).

Проведенный анализ позволил заключить, что отказы конструкционной части в основном обнаруживаются при выходном контроле на предприятиях изготовителях. Более сложной и актуальной задачей представляется исследование глубинных проявлений дефектов функциональной части ИЭУ на физическом уровне. Далее проводится оценка влияния дефектов материалов на функциональные свойства ИЭУ, т.е. скрытых дефектов, имеющихся в толще полупроводниковой структуры, которые часто не могут быть обнаружены стандартными процедурами выходного контроля.

Прямые физические методы контроля и анализа свойств материалов обладают высокой достоверностью и эффективностью, однако их сложность и низкая производительность вызвали необходимость применения таких методов и средств обнаружения скрытых дефектов, которые соответствовали бы требуемому уровню достоверности результатов и ритмам современного производства.

Этим обусловлено применение нестандартных неразрушающих методов для контроля индивидуальных технических свойств ИЭУ. Последующий анализ подходов, методов и систем контроля качества ИЭУ позволил сделать вывод, что применение электрофизических методов (например, в качестве информативных параметров выступают вольтамперные характеристики) может привести к оптимальным результатам прогнозирующего контроля. В основу электрофизических методов положен принцип выявления у ОК набора параметров, косвенно характеризующих близость его технического состояния требуемому состоянию, путем сопоставления измеренных электрофизических характеристик с их эталонными значениями. Основная практическая ценность электрофизических методов заключается в возможности оперативного технологического контроля с целью выявления потенциально ненадежных ИЭУ на этапе их изготовления.