Рациональный состав дополнительных отбраковочных испытаний ЭКБ

Дата публикации: 20.04.2015

Федосов В.В., Орлов В.И. ОАО «Испытательный технический центр - НПО ПМ», Железногорск, Красноярский край, Россия

Тел. 8(3919)764284, Факс 8(3919)749745, e-mail itcnpopm@atomlink.ru

 

 

 

Рациональный состав дополнительных отбраковочных испытаний ЭКБ для космического применения

 

Главное требование к электронной компонентной базе (ЭКБ) космического применения – это длительная безотказная работоспособность.

Одним из факторов обеспечения длительной работоспособности являются дополнительные отбраковочные испытания (ДОИ). ДОИ проводятся на заводах – изготовителях ЭКБ и в испытательных технических центрах (ИТЦ).

ЭКБ, используемая в космических аппаратах, изготавливается в соответствии комплексом стандартов «Климат 7», в котором обозначена категория качества «ОСД» (длительного функционирования), но до настоящего времени не реализованная.

Если ДОИ на заводе-изготовителе проведены на 100 процентах образцов, то технически бессмысленно и экономически неоправданно повторять их в ИТЦ.

В ИТЦ необходимо проводить такие ДОИ, которые не проводятся на заводе – изготовителе.

Основными предпосылками разработки программ ДОИ ЭКБ для космического применения являются:

- выявление номенклатуры потенциальных дефектов, генерируемых технологическим процессом;

- установление эксплуатационных факторов, стимулирующих развитие этих дефектов;

- обеспечение требуемого уровня безотказности после проведения ДОИ.

Необходимый уровень надежности ЭКБ для аппаратуры определяется на этапе оценки вероятности безотказной работы аппаратуры и может быть использован для целей разработки программ дополнительных отбраковочных испытаний (ДОИ) [1].

Совокупность методов контроля основана на контроле информативных параметров. При этом предполагается, что отказы обусловливаются деградационными физико-химическими процессами, влияющими на измеряемые параметры.

Применение отбраковочных испытаний основано на следующих основных предпосылках:

- форсированная нагрузка не должна приводить к появлению новых механизмов отказов, т. е. должно выполняться условие автомодельности механизмов отказов;

- каждый из видов отбраковочных испытаний направлен на активацию лишь определенных типов деградационных процессов.

Физический подход к выбору ускоряющих факторов предполагает знание закономерностей возникновения и развития отказов и определение влияния различных факторов на скорость развития деградационного процесса. Поэтому при определении условий форсированных испытаний необходимо выбирать виды и значение факторов, характерных для условий эксплуатации.

Минимально необходимый объем ДОИ, по нашему мнению, должен включать:

- измерение электрических параметров с классификацией по ужесточенным нормам;

- электротермотренировку с классификацией по дрейфу параметров;

- испытания на наличие посторонних частиц в подкорпусном объеме;

- диагностические виды испытаний (контроль побитовых токов, токов потребления по шине питания в момент переключения, m, n – характеристик и др.);

- выборочный разрушающий физический анализ (РФА).

Необходимо отметить, что применение в составе ДОИ выборочного РФА у потребителя ЭРИ, позволяет существенно ограничить отбраковочные испытания для выявления отказов, связанных с дефектами кристаллов ИС, со сборкой кристалла в корпусе.

К видам испытаний, которые проводятся на этапе заводских отбраковочных испытаний на 100 процентах ЭРИ, относятся проверка герметичности и испытание на воздействие изменения температуры среды. При этом необходимо не забывать, что контроль герметичности в процессе изготовления проводят после операции герметизации до нанесения на корпус защитных покрытий [2]. Погружение же, например, в уайт-спирит при проверке на большие течи у потребителя ЭРИ и последующая промывка может оказать негативное воздействие на защитные покрытия корпуса и маркировку готовых изделий. Контроль герметичности на малые течи масс-спектрометрическим методом может приводить к ложному забракованию ЭРИ из-за растворения гелия в защитном покрытии корпуса.

Известно [3], что испытание на воздействие изменения температуры среды проводят для выявления дефектов корпуса. А при проведении приемосдаточных испытаний на заводе-изготовителе проводят испытания на воздействие изменения температуры среды на выборке, которая не подлежит поставке потребителю [4]. Учитывая, что данный вид испытаний относится к разрушающим, опасно не только повредить элемент и отбраковать его, но, что намного опаснее, - внести дефекты, которые могут проявиться при последующей эксплуатации.

Необходимо отметить, что для оценки достаточности принятых мероприятий на этапе ДОИ очень важна информация о надежности ЭРИ. Оперативность получения такой информации из сферы эксплуатации чрезвычайно низка. В этой связи все более актуальным становится разработка и применение специальных методов прогнозирования надежности ЭРИ. Дополнительные испытания у потребителя ЭРИ ([1, 5, 6]), «повышают» качество применяемых партий ЭРИ, идущих на комплектацию БА, снижают интенсивность отказов выборки ЭРИ за счет исключения ЭРИ со скрытыми дефектами и позволяют применять понижающий коэффициент , уточняющий значения базовой интенсивности отказов , приводимую в справочниках по надежности [7]. Причем наиболее эффективным испытанием является электротермотренировка (ЭТТ) с обязательной оценкой дрейфа параметров и классификацией по данному признаку [1].

Определившись с видами ДОИ, необходимо определится с их режимами, не забывая об условии автомодельности механизмов отказов. Только ЭТТ требует выбора температурного режима испытаний и его продолжительности. Причем ЭТТ, в зависимости от технологии изготовления и типов изделий микроэлектроники, может быть динамической, статической, с обратным смещением p-n переходов и др.

При выборе температуры ЭТТ следует принимать во внимание коэффициенты ускорения деградационных явлений для различных энергий активации дефектов и то, что пока нет достаточно точных количественных оценок коэффициентов ускорения развития потенциальных дефектов. Это связано с недостаточным знанием закономерностей дефектообразования в реальных элементах, а также сложностью и высокой стоимостью экспериментального получения таких оценок [8].

В системе ДОИ наиважнейшую роль играют критерии классификации ЭРИ по каждому виду испытаний, которые определяют равнопрочность (в смысле надежности) ЭРИ различных испытательных центров, установленных в аппаратуру КА. В настоящее время нет единых критериев, по которым элементы относят к «ПН», у каждого испытательного центра свой поход, исходя из собственной философии и опыта работы.

Для некоторых проектов вводится понятие допустимого процента отказов (ДПО) для видов ДОИ (причем бессистемно):

- ДПО ≤ 5% от проверяемой партии при контроле электрических параметров по ТУ в нормальных условиях;

- ДПО ≤ 10% по результатам ДОИ;

- ДПО ≤ 15% по результатам диагностического неразрушающего контроля (ДНК);

- ДПО = 0% при испытаниях на безотказность на выборке из 5 штук;

- ДПО = 0% по результатам РФА.

Приведенный подход применим, возможно, для изготовителя изделий микроэлектроники, так согласно общим техническим условиям [3], приемо-сдаточные испытания ИС категорий качества «ВП» и «ОС», проводят на выборке от партии. И при превышении определенного процента дефектных ЭРИ, партия переводится в более низкую категорию качества. К потребителю же ЭРИ поступают после проведения всех процедур в соответствие с комплексом стандартов «Климат 7».

Учитывая, что ДОИ подвергаются все элементы закупленного объема из заводской партии (100%), и дефектные ЭРИ удаляются из выборки, то ДПО - это игра в цифры, которая не имеет физического смысла (не отражает качества изготовления заводской партии) и зависит только от объема закупленной партии ЭРИ.

Говорить же о ДПО для ДОИ и ДНК вообще бессмысленно, так как не существует никаких объективных физических критериев по отнесению элементов в разряд потенциально-ненадежных. В технических условиях на ЭРИ такие критерии отсутствуют. Количество «ПН» элементов в проверяемой партии характеризует только степень жесткости отбора и ничего более.

Введение ДПО для ДОИ и ДНК приведет к неминуемому уменьшению жесткости отбраковки, к расширению границ классификации из-за необходимости обеспечения сроков комплектации и, в конечном счете, к снижению параметрической надежности аппаратуры. Любое требование, изложенное на бумаге, неминуемо ведет к физическим действиям, и результаты их необходимо предвидеть. Иллюстрация данных рассуждений приведена на рисунке.

Реализация ДОИ ЭРИ при создании КА «SESAT» [9], (без введения понятия ДПО) первого отечественного КА с гарантируемым сроком активного существования 10 лет и фактическим на сегодня более 12 лет, явилась одним из основных направлений обеспечения надежности функционирования аппаратуры и КА в целом и говорит о достаточности принятых критериев.

Поскольку в России не изготавливаются ЭРИ космического уровня качества в ОАО «ИТЦ-НПО ПМ» провозглашена и реализована идея создания спецпартий ЭРИ по совместным решениям с заводами - изготовителями. Спецпартии, в первую очередь, - это уверенность в том, что к окончанию цикла изготовления получим ЭРИ необходимого уровня качества (временной фактор). Спецпартии – это совместный продукт завода – изготовителя и ОАО «ИТЦ – НПО ПМ», оценку, например, дрейфа параметров, не проводит не один завод в России ввиду отсутствия требований в «Климате 7» (технический фактор). Имеются случаи, когда вторые поставщики проводят поставки ЭРИ как «А-ля спецпартии» без проведения той части работы, которую должен провести испытательный технический центр, а это лукавство.

ОАО «ИТЦ – НПО ПМ» на сегодня подписано совместно с заводами – изготовителями 25 решений. При этом надо обратить внимание на то, что идея комплектации КА только ЭРИ, изготовленными как спецпартии, так же технически неоправданна. Элементы могут быть любыми, лишь бы они удовлетворяли предъявленным требованиям.

В составе ДОИ присутствует операция «маркировка» ЭРИ, прошедших ДОИ с положительным результатом, но на сегодня более 40% ЭРИ не маркируются ввиду малого размера корпуса. Операция "маркировка" - трудоёмкий, длительный процесс, в зависимости от количества ЭРИ в партии занимает от 10 часов и более. При этом плохая адгезия маркировочной краски, например, к корпусам покрытых никелем доставляет массу неудобств. А технологическая вибропромывка плат после монтажа приводит к отмывке и маркировочных точек. Приемлемой технологии маркировки на сегодня не существует. И логично исключить проведение маркировки ЭРИ после проведения ДОИ. А комплектование проводить по документации, как и для упомянутых остальных 40% ЭРИ со строгим выполнением и контролем системы прослеживаемости ЭРИ до установки в аппаратуру.

Таким образом, рациональный объем и обоснование критериев классификации ЭРИ на «годные» и «потенциально ненадежные» на всех видах ДОИ имеет существенное значение как временной, технический и стоимостной фактор.

 

 

 

Подпись: Кол-возамеров

 


Рисунок - Гистограмма распределения сопротивления открытого ключа Rотк.



[1] Федосов В.В, Патраев В.Е. Повышение надежности радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов при применении электрорадиоизделий, прошедших дополнительные отбраковочные испытания в специализированных испытательных технических центрах. Авиакосмическое приборостроение, 2006 г. № 10, с.50-55.

[2] ОСТ В 11 0219. Приборы полупроводниковые. Методы технологических (отбраковочных) испытаний. 1985.-79 с.

[3] Горлов М.И., Королев С.Ю. Физические основы надежности интегральных схем: Учебное пособие.- Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1995.-200с.

[4] ОСТ В 11 0998. Микросхемы интегральные. Общие технические условия. 1999.- 139 с.

[5] Анализ технического состояния и оценка уровня фактической надежности и готовности к целевому использованию космических аппаратов народнохозяйственного назначения по результатам изготовления и эксплуатации в 2005 году. Анализ динамики изменения показателей надежности за период с 1994 по 2005 год., ОТ №510-5608-05, НПО ПМ, Железногорск, 2005 –176с., ил

[6] Данилин Н.С. Информационные технологии и сертификация элементной базы новых российских телекоммуникаций: Уч.-метод. пособие.–М.:2000.–47с.

[7] Справочники «Надежность ЭРИ».– М.:Изд.22 ЦНИИИ МО,1992, 2000, 2002, 2006

[8] Ю.М. Урличич, Н.С. Данилин Управление качеством космической радиоэлектронной аппаратуры в условиях глобальной открытой экономики. ФГУП «РНИИКП» М. Макс Пресс, 2003.- 2004с.

[9] Космический аппарат "Sesat" со сроком активного существования 10 лет. Принципы, методы и результаты комплектации аппаратуры электрорадиоизделиями: Технический отчет / Козлов А.Г., Исляев Ш.Н., Федосов В.В., Коновалов В.И., Белов С.А., Куклин В.И., Орлов В.И., НПО прикладной механики, Красноярск 26, 1999.- 408с.

Назад