Исследование и разработка методов повышения эффективности контроля качества и надежности при производстве интегральных микросхем тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка методов повышения эффективности контроля качества и надежности при производстве интегральных микросхем"

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

ГОЛУБЕВ Владимир Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ГОВЫПЕНИЯ ЭМЕКТИВНОСТИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ 1ШКР0СХЕМ

08.СЮ.20 - Стандартизация и управление

диссертации на ооиокаше ученой степени кандидата технических наук

Для служебного пользования Экз.» На правах рукописи

качеством продукции

Автореферат

Москва - 1993

Работа выполнена в войсковой части 67947

Научный руководитель - доктор технических наук

■' НВРШШ Александр Николаевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

ГОРОХОВ Вадим Алексеевич

- кандидат физико-математических наук . МИЛЛЕР Юрий ГерСертовяч

Ведущая организация - РНШ "Электронстандарт",

г .Санкт-Петербург

Защита состоится " /У" ^^_ 199-*' г.

в /^ часов на заседании специализированного Совета К 053.15.16 при Московском государственном техническом университета мм.Н.Э.Баумана но адресу: 107005, г.Москва,-2-я Бауманская, д.5.

Ваш отзыв в I экз., заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу. •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЫГТУ им.Н.Э.Баумааа.

Желающие присутствовать яа защите должны заблаговременно известить Совет письмами заинтересованных организаций на имя председа. ;ля Совета. Телефон для справок: 263-65-14. Автореферат разослан " ^^ 1993 г.

УченыВ секретарь специализированного совета

д. Т.н. • Т.Г.САДОВСКАЯ

_ Подписано к печати.3.02.93... Объем I п.л.

Зак. А'5д Тир. 100 экз. Тидография МГТУ

0Б1ДАЯ ХАР А КТЕ РИС ТЛКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Совершенствование системы обеспечения а контроля качества и надежности изделий является одной из важнейших проблем, влияющих на сошально-экоиокичес-кий прогресс и. обороноспособность нашей страны. Особенно велико значение этой проблемы для производства интегральных микросхем (ИС), которые является основной элементной базой современной радиоэлектронной аппаратуры. Анализ эксплуатационной надежности аппаратуры показывает, что основной причиной ее отназов является скрытые дефекты в ИС, которые практически' не выявляются на входном контроле и при производстве аппаратуры. Относительно высокий уровень скрытых дефектов в Ж обусловлен недостаточной точностью, стабильностью и контролируемостью технологических процессов их изготовления, низкой оперативностью и информативностью испытаний ИС. • •

Большое число параметров режимов и условий проведения технологических операций (ТО) в производстве ИЗ, а такае видов дефектов п механизмов отназов ИС наряду с длительным циклом накопления данных об отказах приводит к высоким временным и экономическим затратам при решении задачи обоснования полноты (состава я объема) технологического контроля на основе сущест-вуодих статистических методов.

Ускоренные испытания, как средство повышения оперативности оценки надеяноога, для ИС практически не. используются. Это связано с тем, что вследствие высокой потенциальной надежности ИС для них неприемлема статистические методы оценки коэйя-циента ускорения, основанные на проведении натурных испытания, а физический подход вследствие многообразия механизмов отказов ИС и влияния на них скрытых дефектов является к настоящему времени недостаточно проработанным для Ж и требует также высоких временных и экономических затрат. Неизученными являются вопроси оперативной оценка надежности ИС на основе информация, получаемой в ходе их производственного контроля и технологических испытаний. Поэтому дальнейшее развитие методов контроля качества микросхем в процессе производства, п такие оперативных методов оценки их наде.хностд является актуальной проблемой, им еще а не только научное, но и больное практическое значение.

Целью данной работы является разработка комплекса методов по повышению эффективности контроля качества и надежности при производстве микросхем на основе изучения и использования накопленной но многим предприятиям и типам микросхем информации о спектре видов и механизмов отказов ИС со всех этапов их жизненного цикла, анализа взаимосвязи видов и механизмов отказов с параметрами технологических операций.

Для достижения цели работы проведена исследования по решению следующих задач:

I) но разработке метода определения вагоне йших параметров технологических операций и изготавливаемых физических структур микросхем, контроль которых позволит свести к минимуму уровень скрытых дефектов в выходной продукции и вероятность проявления в эксплуатации доминирующих видов и механизмов отказов при экономически приемлемых затратах на проведешь контроля; 2) по совершенствованию методов и критериев оценки качества технологических процессов изготовления мак-' росхем при их аттестации; 3) по разработке методов оптимизации наиболее энергоемких технологических отбраковочных испытаний микросхем (электротермогрешрогки); 4) по разработке .методов оперативного контроля надежности ИС (интенсивности отказов) на основе их технологического контроля в испытаний; Ь) по разработке методов ускоренных испытаний микросхем, учитывающих, различающиеся по скорости деградапионнкх процессов многообразные механизмы отказов ИС.

Научная новизна.

1. Разработан метод экспертно-статистического ранжирования параметров технологических операций (10) по степени их влияния на надежность ИС и эконошч. зеги их контроля, позволяющий в отличие от известных методов определять важнейшие параметры ТО оптимизировать объем их контроля на основе как статистической, так и экспертной информации о причинах отказов 1Ю.

2. Разработана модель ранних отказов ИС и обоснована воз-.•.¡а.шость ее использования для оптимизации продолжительности олектротермэтрзнлрояки (ЭТТ) и оперативного контроля надежности производственных паргп-Л Ж по доле отказов в процессе ЭТТ.

3. Предложено п обосновано использование данных о спектре :.!вхааиз-.ос отказов (относительно;! доли проявления разли«нах

зткззоз в оО.",е:.; потоке отказов) в различных ро::.п-

мах и феноменологических моделей ускорения механизмов отказов для оценки коэффициента ускорения испытаний на надежность KG. , ,4. Обоснована возможность и разработан метод оптимизации объема ускоренных испытаний, необходимого для подтверждения требований по долговечности и интенсивности отказов при испытании одной выборки.

Практическая значимость. Разработашшз методы составили методическую основу для установления: единых требований по контролю технологических процессов изготовления микросхем - в CCI II.20.9903-86 а ОСТ 11.20.9902-89; методики оптимизации ЭП - в ОСТ 11.073.01383; допустимого процента отказов ИС в процессе ЭТТ - в ОСТ 11.073. 012-87, ОСТ В II.0398-87; зависимости надежности микросхем сзрпи 564 от темпера туры-в ТУ; объема выборки и продолжительности ускоренных испытания на долговечность - в ОСТ В II.073.012, ОСТ В II. 0398-87. По результатам исследований разработан и внедрен РД II. 0755-90 "Микросхемы интегральные. Метода ускоренных испытаний на безотказность а долговечность".

На защиту выносится:

- метод и результаты ранжирования параметров технологических операций и изготавливаемых структур КС по степени их влияния на надежность ИС и метод оптимизации технологического контроля на основе результатов ранжирования;

- метод оптимизации продолжительности ЭТТ и оперативного контроля надежности партий ИС по доле отказов в процессе ЭТТ;

- метода и результаты оценки моделей ускорения отказов ИС для форсированных режимов испытаний на безотказность и долговочность;

- метод оптимизации объема ускоренных испытаний Ж на долговеч- ' н.осгь с подтверждением требований по интенсивности отказов.

Использование результатов работы. Внедрение на предприятиях МЭИ единых требований по контролю важнейших параметров технологических операций способствовало снижению процента рекламаций в среднем по KG в 3-5 раз в 1983-1990 гг. по сравнению с IS80-I985 гг. Разработанные методы и результаты опенки параметров моделей ускорения отказов ИС дсподьзозаш;- яра отработке и введении в ТУ реаамов и продолжительности ускорскшд испытания на безотказность и долговечноегь для 100 типов .адярэсхак на 7 предприяткях '¿дй. Внедрение разработанных методов дозволит получить экономический Э'М<?:<т ве менее' £00 тыс. руб. в год. Экономически а эЭДскг от вьадрения разработанных методов иа четырех предприятиях (ПО "Адрон"; НПО "Квазар"; ЕПШЭ, з-д "Микрон"; ШТТ, з-д "Ангстрем") составил 140 тыс. руб. в год.

НублПо результатам доссергагая опуйлякэьзно 14 кочягяг;

работ, сделано 6 докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа о ос- , тоит из введения, четырех: глав, заключения, описка литературы и приложения. Работа содержат 232 страницы, включая 126 страниц текста, II страниц рисунков, 25 страниц таблиц,' 53 страницы приложения и список литературы из 127 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы" цель и задачи исследования.

В первой главе'"Анализ эффективности действующей системы обеспечения и контроля качества интегральных микросхем и выбор направлений исследований" на основе анализа состояния и динамика изменения качества а надежности ИС, литературных данных обоснованы необходимость и основные направления исследований по решению поставленных задач:

- использование для определения важнейших параметров ТО и стандартизации требований по-их контролю априорной (накопленной по многим предприятиям) информации о причинно-следственных связях видов и механизмов отказов ИС с параметрами ТО с применением как методов качественного анализа, экспертных оценок,, так ц методов математической статистики;

- исследование моделей ранних отказов ИС и их использование для прогнозирования надежности КС по результатам проведения ЭТТ а оптимизации ее продоххительности;

- использование для сравнительной оценка надежности ИС феноменологического подхода, основанного на применении априорно определешцх моделей ускорения доминирующих механизмов отказов базовых элементов надежности 1С.

Вторая глава "Исследование путей повышения эффективности контроля к чесгва в процессе изготовления микросхем" посвящена разработке мзгода ранжирования параметров ТО, изготавливаемых структур по степени их влияния на наде^аюсть, по уровню объективности и экономичности методов контроля; отработке и стандар-тпаашш требований по контролю технологических процессов СТД) изготовления X по результатам реагирования; разработке и стандартизации методов и критериев оцаяки точности и' стабильности ТП при и,. аттестации.

На основе обобщения г. систематизации накопленных за 5 лег результатов анализа более IOOOO Отказов ;.:лярос.хем определены:

доминирующие группы видов дефектов и механизмов отказов о оценкой среднего значения коэффициента их весомости в общем потоке отказов - и значения вероятности взаимосвязи I -го

вида- дефекта (механизма отказа) с / -ым параметром ТО -

^/у,' , где N - общее количество проанализированных отказов, И1 - количество отказов из-за I -го вида дефекта, с/^-число отказов, анализ которых показал, что I -й вид дефекта связан с отклонением } -го параметра ТО от нормы.

Общее количество параметров режимов и условий проведеачя ТО и изготавливаемых структур микросхем, для которнх устанавливались причинно-следственные связи спадами, дефектов я механизмов отказов составило 218 параметров. Виды дефектов и механизмов отказов сгруппированы в 10 групп по признакам их принадлежности к основным структурам микросхем. Итого матрица взаимосвязи параметров ТО л структур ИС с видами дефектов и механизмов отказов составила 218x10, в узлах матрицы устанавливаются значения "¿у . Информации, содержащейся в актах анализа отказов,оказалось недостаточно для определения всех значений Чц , кроме того, сама эта информация носит экспертный характер, поэтому предложено вместо "Сдг использовать экспертные балльные оценки степени взаимосвязи параметров ТО с видами дефектов и механизмов отказов о(.|> (от О до 10 баллов). Введен коэффициент влияния параметров ТО на отказ ИС ,. который,аналогичен вероятности влияния пара-

метров ТО'на откс'З Р,' = 2. <}( ■ %ц . На основе значений Км.;, -ранжируются параметры ТО по степени их влияния на отказы и надежность ¡1С, при этом к важнейшим параметрам предложено относить параметры с значениями Нел.; , превышающих их среднесгатический разброс;

Ивл.}. ^ Кал. +" р ' '

где Ь^р - квантиль 1 - распределения Стьюдента, «э'Д- дисперсия совокупное'ш значений , /г - количество ранжируемых. параметров.

Для использования результатов рашхпровашш параметров ТО при оптимизации технологического контроля необходимо учишыть уровень дефектности, точностные и экономический аспекты коы-роля этих параметров, при этом условном оптагшльрэоти яъляза'сд ый'шг.тзаодя суп. .арных оштичеокшс затрат, сосю?:т из стш-моста потерь из-за отказов изделия а эксплуатация :•. зигзаг ¡ш

контроль при изготовлении изделий. Учитывая экспертный характер ранжирования aapai.ieTpoB.TQ, неоднозначность и. сложность оцешш. стоимостных затрат, предложено проводить сравнительную экспертную оценку этих затрат на основе коэффициента экономичности контроля:

- (Cj + V/ + f^ )/max { С j * Vj + fo } ■. »

где Cj - экспертная балльная оценка сравнительной стоимости контроля j -го параметра (с присвоением наибольших баллов при низкой стоимости); VJ - экспертная балльная оценка сравнительных затрат на обработку и контроль дефектных изделий, оставшихся в партии изделий после j- -го вида контроля (наибольшие баллы для сплошного контроля); - экспертная балльная оценка • сравни тельного уровня дефектности, связанного с отклонением /-го параметра от нормы (наибольшие баллы - при сравнительно большом проценте брака при контроле J -го параметра) ,

Проверка согласия экспертных оценок проводится по каждому коэффициенту С}, ty, fj, KB/.j на основе оценки коэффициента конкордации или критерия Фридмана после ранжировки параметров по значению этих коэ({4ацйенгов различными экспертами.

При указанных процедурах экспертной оценки и Kcj. наибольший экономический эффект будет получен при контроле тех параметров ТО, для которых будет иметь наибольшие значения коэффициент эффективности контроля Ks<p j — Им^ • Kcj •

Показано, что оптимальный состав контролируемых параметров, для которого достигается минимум функции сушартных затрат, могд-. но определить с помощью диаграммы Парето, которая представляет собой график накопленного значения К*р.м.к = 2 KVpj- ,

где =IOC/i-/J1 , '"к - порядковые

номера радированных параметров ТО; ш. - общее количество параметров. График строится начиная с наибольшего KU»a.Onrn-малышя состс.. контролируемых парат,ветров устанавливаются соот- . ьетстБующил составу до момента "выполачшвания" графика для Hit.«-* или до достижения. Кз^.нЦ. значения 90-95;.!. Бри этом для наиболее ва:ших параметров, для которпх К»ф.чк 4 75;J, целесообразно контролировать эти параметры для каздого изделия, процесса; параметры из зоны диаграммы Парето, в которой целесообразно контролировать выборочно от партии; для < Yi'ff.k.k & S5;.' - периодически; для < К»?.»** только при аттестации технологических процессов.

Результаты ранжирования параметров ТО, обобщения и систематизация типовых мероприятий по устранении причин отказов ИС использованы при отработке ОСТ 11.20.9903-86 в части установления единых требований по контролю технологических процессов изготовления микросхем (состава, критериев, планов и периодичности контроля параметров ТО и изготавливаемых структур ИС). Для выявленных важнейших параметров ТО, имеицих определяющее влияние на надежность ИС, необходимо в первую очередь обеспечить точность и стабильность их воспроизведения. Анализ литературных данных и НТД по методам оценки точности а стабильности ТО выявил наличие различных подходов и методов, которые подверглись критической проверке и доработке с целью отработки и введения в основополагающий стандарт по аттестации производства ПЭТ инженерной методики оценки точности и стабильности ТП, охватывающей различите, характерные для микросхем, случаи получения информации о результатах проведения технологических оаераций.

В третьей главе "Разработка методов оптимизации продолжительности технологической элентротермогренировки и оперативного контроля надежности микросхем по результатам проведения электротермо-треяировки" изучается возможность прогнозирования надежности микросхем по результатам их технологической электротермотренироЕки, разрабатывается метод оптимизации продолжительности ЭТТ и оперативного контроля надежности ИЗ по результатам проведения ЭТТ, приводятся результаты опробования разработанных методов.

Теоретически показано, что для установившегося производства и отработанного технологического процесса изготоачения микросхем, при наличии в процессе производства многократных 100/-ых проверок работоспособности ИС 'основными причинами отказов ЙС в процессе ЭТТ и в начальный период эксплуатации являются скрытые групповые мелкомасштабные дефекты, влияющие главным образом на снижение запаса прочности КС к эксплуатационным нагрузкам. Получено математическое выражение для вероятности безотказной работы в начальная период эксплуатации в зависимости от запаса прочности элементов ¡1С, поврежденных групповыми мелкомасштабными дефектами. На основе этого выражения, используя известнее модели для основных процессов деградации в элементах микросхем (диффузии, электромиграцип, пробоев), построены модели ранних отказов микросхем (распределения наработки на отказ в начальный период эксплуатации). Показано, что полученные распределения асимптотически эквивалентны распределения Ве?-булЛа-Гнеденко: F(i) - C-J-i**) , где «с - пара-

метр масштаба, р - параметр #ории распределения. Леи это'.; ot -

зависит как от уровня дефектности, так и от параметров физико-химической модели деградации параметров прочности микросхем, а J3-зависит только от параметров физико-химической модели деградации парамзтров прочности ИЗ, и следует ожидать, что значение р изменяется в небольших пределах для различных производственных партий микросхем определенного конструктивно-технологического исполнения. lia основе использования модели ранних отказов получено уравнение для определения оптимальной продолжительности ЭТТ ( -t») по критерию достижения тренируемой партией ИС заданных требований по надежности ( Á¿i«j в начальный период эксплуатации 4« ) по результатам короткой "пробной" ЭГТ в течение t« :

[tL - (i* W* ]-fii(t-= lí^j.-Kí,-^ -ií, (I)

где ty»' ~ Доля отказов в процессе "пробной" ЭТТ; И«э - коэффициент ускорения, учитывающий отличие режима и условие проведения ЭТТ от режимов и условий, для которнх задается требование к надежности ИС.

Параметр масштаба распределения «с зависит от уровня дефектности и может изменяться в широких пределах от партии к партии, соответственно надежность микросхем в начальный период эксплуатации также может изменяться в широких пределах для различных производственных партий ИС. Б этой связи представляется целесообразным обеспечить оперативный контроль надежности микросхем на основе контроля параметра масштаба распределения л. по проценту отказов в процессе ЭТТ. С этой целью для ранее установленной_оптимальной продолжительности ЭТТ (при известном р и заданной Я&1 a3.Gs) ) необходимо установить допустимый процент отказов в процессе ЭТТ, для расчета которого выведена следующая формула: ,

При превышении этого процента отказов партия ИС должна пройти доно,-читальную ЭТТ так, чтобы общая продолжительность ЭТТ была достаточна для достижения партией ИС требуемого уровня надежности. Эта продолжительность ( -ta»' ) определяется из уравнения (I), где t»i - продолжительность первичной ЭТТ. В ходе опробования разработанных методов на 7 типах ИС установлена достаточно высокая сходимость эмпирического распределения наработка на отказ к распределению Вейбулла-Гкедеяко, а также соответствие- прогнозируемого значения Л по результатам ЭТТ опытному значению, определенному по накопленным результатам приемочных испытаний на безотказность. ■

В

В четвертой главе "Разработка методов ускоренных испытания микросхем на надежность с учетом доминирующего спектра механизмов отказов на различных этапах жизненного цикла микросхем" рассмотрена методология ускоренных испытаний на безотказность и долговечность, разработаны методы учета влияния на отказ ИС отдельных механизмов отказов при оценке общего коэффициента ускорения отказов микросхем, приведены результаты опробования разработанных методов, рассмотрена возможность оптимизации объема ускоренных испытаний на долговечность с подтверждением требований по интенсивности отказов.

Показано, что для решения задач установления усредненных зависимостей показателей надежности от режимов и условий работы микросхем а соответственно расчета коэффициента ускорения при плакировании ускоренных испытаний на безотказность и долговечность, наиболее практически реализуем в настоящее время феноменологический подход, использующий закономерности детерминированного протекания физико-химических процессов в элементах микросхем - экспоненциальные или степенные априорные модели (модель Арпениуса, Эйрпнга, уравнение диффузии и др.). В рампах данного подхода ьнведена формулы да." расчета общего коэффициента ускорения отказов микросхем (Ка) на основе информации об относительно?? доле пропсу лшя отдельных механизмов отказов в общем потоке отказов в различных режимах:

К„- 2 К<*е О)

(5)

Ку ~ а* П Кур

где Ц-ц - относительная доая проявления механизма отказа / -го вида в элементе надежности I -го типа в нормальных условиях, а

_ в форсированных режимах; -.коэффициент ускорения

для * -го механизма отказа в I -ом элементе ИС при воздействии р -го ускоряющего фактора; К - число базовых элементов надежности ИС; 1\. - число механизмов отказов, приводящих к отказу I -го элемента.

Ери проведении расчетов Ну по формулам (3), (4), (5) через значения учитываются как ЕзапмодейсГЕлг отдельных механизмов отказов между собой, так к влияние дефектов яа развитая механизмов отказов. Пра этом значения параметров мэделгЗ ускорения отгзльких механизмов отказов момно принять практически постолнпь'ми гля базовых элементов макросхем единого конотруктпгаэ-техязлогдчзсзого исполнения.

На осяоЕе обобщения а анализа литературных, источников, результатов испытаний, проведенных в ходе опробования разработанного метода расчета Ии , определен диапазон значений параметров моделей ускорения доминирующих видов и механизмов отказов микросхем. Лдя практического использования рекомендованы "пессимистичные" оценки параметров моделей из определенного диапазона, при которых будут получены вшшие интервальные оценки коэффициента ускорения. Метод опробовался: в ходе проведенных сравнительных испытаний ШОП микросхем серии 564 в течение 5000 часов при температурах +65°С и +125°С; на основе обобщения накопленных результатов проведения испытаний на долговечность ври +25°С а безотказность при +70°С-н-125°С аналоговых микросхем (серий 140, 14Г7, 525), цифровых п.-канальных ШП микросхем (серий 580, 568, 1810). Результаты опробования и расчетов Кв по разработанному методу для наиболее универсального ускоряющего фактора - температуры позволили сделать вывод о том, что обобщенная (средняя) энергия активации отказов микросхем ( Еь ) при использовании ее в модели Аррениуса для оценки общего Ку изменяется в диапазоне температур - увеличивается о ростом температуры. Показано, что учет этого феномена для микросхем позволяет повысить точность оценки К« в широком диапазоне температур по сравнению с традиционным методом оценки коэффициента ускорения на основе использования априорно определенного постоянного значения средней энергии активации отказов микросхем. Рассчитанные в соответствии с разработанным методом значения Еа в шроком диапазоне температур для микросхем различного конструктивно-технологического исполнения приведены в таблице I.

Таблица I

Конструктивно- гох-нологичесгле груыш микросхем Значение средней энергии активации отказов при различных температурах кш'.сталла (пеоехода), зБ

^аГ йа2 йа4

25-70°С 71-Г50°С 151-200°С 201-250°С

Биполярные пжьровые ТТЛ, эся 0,3 0,4 0,5 - 0,6

«шолясиые игеоовке, ТТЛ-Е.* кя Р—МОП стоуктуг 0,3 загс . 0,5 0,6 . 0,7

На а-КУП структурах.ГОС 0.35 0.55 0,65 0,75

0,6 0.7 0,8

На КЛОП структурах, кре;^ ни?, на сап^арз, еналопи 0,45 «Ю 0,65 0,8 . 0,9

1С

По результатам экспериментальной оценки обобщенной (средней) энергии активации для КЛОП микросхем серии 564 построена и введена в технические условия типовая зависимость надежности этих микросхем от температуры.

. Для проведения уточнения значений параметров моделей ускорения отказов микросхем разработаны инженерные методы на основе испытаний тестовых структур, испытаний со ступенчато возрастающей нагрузкой, использования результатов электротермотренировки и данных об отказах микросхем-аналогов при испытаниях в различных режимах. Предложенные методы реализованы в РД II 0755-90. Например, для оценки значения энергии активации по результатам электротермотренирг ки со ступенчато возрастающей нагрузкой выведена формула:

где Т*, Р*. и Рг - продолжительность, температура

кристалла Ш, накопленная доля отказов соответственно на первой и ■ второй ступени ЭТТ; р - коэф£ицзенр формы пгспределения Вей-булла-Ггэденко. ,

Опробование данного метода оценки Б а прсвед:-4; в'ходе испытаний аналоговых микросхем серии 1БЗУД1 с продолжительностью первой ступени 744 часа при температуре кристалла +165°С а 744 часа пра температура кристалла +190°С на второй ступени испытаний. Построенная зависимость интенсивности отказов от времени в ходе испытаний показана на рас.1. Результаты статистической обработка экспериментальных данных показали, что с высоким уровнем значимости (Р > 0,99) распределение наработки до отказа на первой и второй ступенях иопытаний можно принять соответствующим распределению ВеЯбулла-Гнеденко, при это:.: параметр формы распределения не зависит от температуры. Получены близкие по значению оценки общего коэффициента ускорения а обобщенной (средней) энергии активации отказов,, расчитаннье по результатам испытаний разными методами - по методу, основанному на учете спектра выявленных механизмов отказов, и по методу, учитывающему вид распределения наработки, до отказа.

Испытания КС 153УД1 при температуре кристалла +190°С бш'д продол-гены до 26600 часов. Распределение наработка до отказа иа интервале от 8600 часов до 26600 часов с ваоокзи уроаим значимости (Р > 0,99) соответствует логарифмически нормальному распределению с значением стандартного отклонения о" =0,84 и логарифма медианы наработки на отказ р = 4,73 ( с = е;250ч).

Ркс.1. Зависимость интенсивности отказов микросхем типа 153Щ от гремени наработки в процессе высокотемпературных ускоренных испытаний

Рис.2.. Необходимая продолжительность испьтаяий до первого отказа для подтверждения требэпаний к интенсивности отказов{Л») в течение заданного времени минимальной наработки ( -Ь »).

Для случая логарифмически нормального распределения наработки до отказа проведены расчета необходимой продолжительности испытаний на надежность до первого отказа ( t* ) а объема испытываемой выборки N* при одновременном подтверждении требования я интенсивности отказов изделий. На рис.2 показано расчитанное семейство зависимостей ^t е F003 для различных <У , по которым для подтверждения заданных требований и продолжительности минимальной наработки . tHM. = I05 ч. и Л3 (i„,H.) = Ю-7 I/ч. молет быть оценено сочетание и М«= I/ F ( -fc* ). Характерной особенностью семейства данных зависимостей является наличие "области пересечений", в которой графики этих зависимостей пересекаются и имеет место минимальный разброс значений необходимой продолжительности испытаний при различных значениях & . Объем испытаний ( inc., Ыи.о), соответствующий "области пересечений", можно считать оптимальным. Условием оптимальности в данном случае является минимум ошибки в определении не обходимой для подтверждения i*.«. и Я. »(in«.) продолжительности испытаний прп неизвестных параметрах формы расаре-•деления <э .

Оптимизированный данным методом объем ускоренных, испытания на надежность (при температуре > 125°С) - »К.о.= 80 шт., W= 3000 час установлен в ОСТ В II.0398-8?.

'ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан метод экспертно-статистического ранжирования параметров технологических операций по стелена их влияния на надежность микросхем. Метод позволяет определять в&тпейвае параметры ТО и оптимизировать объем ах контроля на основе как статистической, так и экспертной информации.о причинах отказов ИС.

2. На основе накопленных за несколько лег по многим предприятиям данных о результатах анализа отказов ИС в соответствии с разработанным методом отработаны а внедрены в отраслевых стандартах (ОСТ 11.20.9903-86, ОСТ В II.073.012-87) единые требования по контролю технологических процессов изготовления микросхем. Это способствовало онияеяаю процента рекламаций в среднем по глмро-схемам военного назначения в 3-5 раз в 1988-90 гг. по сравнению

с 1980-86 гг.

3. На основе теоретического а экспер.т.:аитального обоснования вида и значений параметров модели рангах отказов микросхем разработан метод оптшшашл продолжительности элентротзрмотренировка и оперативного контроля надеглостл IÏÏ по результатам 2ГТ. Лспсль-

зованне метода позволяет повисать эффективность отбраковочных испытаний и снизить затрата на оценку надежности микросхем.

4. Показана необходимость и разработан метод учета взаимовлияния различных механизмов отказов при оценке коэффициента ускорения испытаний Кы в форсированных режимах с использованием феноменологических моделей ускорения отдельных механизмов отказов. Теоретически и экспериментально показано, что обобщенная (средняя) энергия активации отказов микросхем (в модели Аррениуса для общего

K« ) изменяется в диапазоне температур. Учет этого феномена позволяет повысить точность оценки Ку в широком диапазоне температур и уменьшить объем испытаний дчя его определения.

5. Разработаны расчетно-эксперишнтальные методы определения параметров модели ускорения отказов на основе испытаний тестовых структур, испытаний ИС со ступенчато возраставшей нагрузкой, использования результатов электротермотренировки и данных об испытаниях микросхем-аналогов.

5. Экспериментально и по накопленным.данным испытаний ИС в различных режимах определены значения параметров моделей ускорения до.-лийяруавдх механизмов отказов и микросхем в целом для отдельных типов аналоговых биполярных микросхем, цифровых п, -МОП и КЛОП микросхем.

7. Показана возможность и разработай метод оптимизации объема испытаний ПС на долговечность с подтверждением требований по интенсивности отказов для случая логарифмически нормального распределения наработки до отказа.

8. Результаты исследований реализованы в 6-тя отраслевых стандартах (ОСТ II.20.9303-85, ОСТ II.20.9902-80, ОСТ В Ц.0398-87,

ССТ В 11.073.012-87, ОСТ II.073.013-83, ОСТ В II.0398.1^9). По результатам работы разработан и внедрен отраслевой руководящий документ PÄ II 0755-90 "Кикросхелш интегральные. Методы ускоренных испытан:-::*: m безотказность а долговечноззь".

•Э. Введрс-вю разраСотанаях иетодоз позволит получить эконома- . чйска.*; о>гокг яэ каше 500 таз.рублей в год. Экономический эфЬект от зкещгэка р&зроботааяых катодов на 4-х предприятиях КГС1Г соста--'2.". 140 гыо. рублей в год.

С::-:. ор-:лн::о дассергадгл ¿(здахено в следу щах основных опублико-х&нвях i-Гзбэта'::

I. Вэсл-л Z.H., Голубев J..3., 1Гоюзв Б.Н. Ызтодологая ускорен-

г'.кч келгяаиай ¿зкресхем па нздгзвгл/л» на основа дааользвааь'ля :-о-' зклгшаяог. откгзсь // Олсктровяая техника. Сер.З. .'яр л.е с;:, ога-с^лизацы, мзтрелогия, испытав:;;;. -

■К

1986. - Вып.2. - С.44-48.

2. Пути совершенствования системы обеспечения и контроля качества (надежности) ЭРИ / В.Ы.Ломакин, В.В.Голубев, В.В.Шеба-ннн и др. // Сб. научных трудов в/ч 67947. - 1988. - Вып.35. -С,5-12.

3. Зависимость интенсивности отказов микросхем серии £64 от температуры и напряжения питания по результатам сравнительных испытания / В.В.Голубев, Я.К.Дорошевзч, В.И.Коломиец и др. // Сб. научных трудов в/ч 67947. - 1988. - Вып.35. - С.65-74.

4. Голубев В.В., Пехай А.П., Родд Т.Я. Иатанерный катод определения оптимальной продолсяитедьноста ЭТГ а контроля надежности партий ИЭТ на основе модели ранних отказов по результатам ЭТТ

// Электронная техника. Сер.8. Управленце качеством, стандартизация, метрология, испытания. - 1989. - Вып.4. - С.14-16.

5. Голубев В.В. Метод оптимизации продолжительности электро-термотренировки микросхем и оперативного контроля их надежности по результатам проведения еле я трот ери о тренировки // Сб. научных трудов в/ч 67947. - 1989. - Вып.36. - С.ЗЗ-ЗР

6. Голубев В.В. О выборе объема ускоренных испытаний микросхем на надежность // Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. - 1990. -Вып.2. - С.1ЫЗ.

7. Голубев В.В. Метод оптимизации технологического контроля изделий микроэлектроники на основе эксперхно-статистического анализа взаимосвязи видов и механизмов отказов с технологическими операциями // Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. - 19Э0. - Вып.4. - С.8-12.

А'