Глава 14

Обеспечение качества и надежности полупроводниковых

Приборов

14.1. Качество и надежность приборов электронной техники

Под качеством изделий понимается совокупность свойств изделия, обусловливающих его пригодность удовлетворять оп­ределенным требованиям в соответствии с назначением. Для изготовителя ИЭТ это понятие связано с соответствием выпус­каемых изделий требованиям документации по электрическим параметрам и внешнему виду, принятием техническим контро­лем партии изделий с первого или второго предъявления, от­сутствием или величиной претензий потребителей к данному типу изделий по результатам входного контроля или результа­там использования в электронных блоках РЭА (см. рис. 14.1).

Понятие о качестве составляется из точек зрения предприя­тия-изготовителя и потребителя на основании понятий, бытую­щих в общественном мнении, представлений о перспективах развития и использования изделий. Оно может содержать и ис­тинные, и ложные, и эмоциональные, и рациональные составля­ющие. Оценка качества определенного изделия связывает это понятие с некоторыми принципиальными и индивидуальными характеристиками изделия. Качество может быть признано впол­не соответствующим назначению изделия, приемлемым или не­приемлемым, изделия надежными для использования в предназ­наченных целях, либо недостаточно надежными, либо нена­дежными.

С позиций общественного мнения качество - это обеспече­ние потребностей, пожеланий потребителей. Изделие лучшего качества должно лучше удовлетворять потребности потребите­лей, больше нравиться им, несколько превосходить пожелания потребителей. «Высшее качество», «качество на повышенном уровне» — это показатели такого качества, нередко не столько

оцениваемые количественными критериями, сколько эмоциональ­ными, неколичественными.

С другой стороны, предприятиями-изготовителями изделий под качеством часто понимается точное следование техническо­му заданию. Если изделием выполняются в полной мере все требования технического задания, значит, конструктор качествен­но разработал изделие, оно полностью удовлетворяет требовани­ям по качеству. Если во время производства приходится вы­полнять много коррекций электрической схемы, конструкции, значит, изделие разработано некачественно.

При производстве хорошо разработанное изделие может быть некачественно, некорректно изготовлено либо изготовлено из некачественных материалов, некачественным инструментом. Некачественное изделие может быть обнаружено производствен­ной системой контроля качества, либо не обнаружено или об­наружено, но пропущено ею.

Как видим, понятие «качество» в достаточной степени: не­определенно, оно может рассматриваться с разных позиций, с учетом различных перспектив. С некоторых точек зрения каче­ство всегда будет недостаточным, всегда могут быть сделаны замечания о необходимости его совершенствования. Если каче­ство не определено четкими, точными критериями, если оно оп­ределяется эмоциональным восприятием человеком отдельных характеристик изделий, то оценка качества всегда будет при­ближенной. Критерии качества должны определяться количе­ственно. Они должны исходить из предельных, но реальных возможностей производства, исходных материалов, конструк­ций. Только при таких критериях возможно сопоставление ка­чества и установление перспектив его повышения.

В производстве и при проведении работ по повышению каче­ства пластин с кристаллами ИМС могут рассматриваться раз­личные показатели качества: количество годных кристаллов на пластине по результатам контроля их на функционирование и по электрическим статическим параметрам, распределение по пластине (медиана, размах, среднее арифметическое и др.) ста­тического параметра, по которому идет значительная доля бра­кованных кристаллов, и ряд других показателей. В то же время

совокупность контролируемых параметров, значения которых измеряются на кристаллах пластины после технологических операций, по-разному связаны с вариациями каждого из показа­телей качества.

Рис. 14 .1. Основные показатели, определяющие качество изделий электронной техники

Требования к качеству ИМС постоянно повышаются в связи с непрерывным ростом их степени интеграции и функциональ­ной сложности, а также с расширением их производства. На этапе разработки качество конструкции ИМС определяется ее технологичностью. Показатели качества по технологичности обычно связывают с процентом выхода годных ИМС. Основную сложность при этом составляет то, что процент выхода годных изделий является интегральной характеристикой качества, определяющей этапы и разработки, и производства. Применяя процент выхода годных изделий непосредственно для оценки технологичности конструкции, можно существенно ошибиться, так как на его величину непосредственно влияет множество фак­торов, связанных с производством.

В рамках работ по повышению качества большинство изго­товителей изделий интегральной электроники (ИИЭ) во всем мире с начала 1982 г. для измерения уровня качества продук­ции стали использовать такой показатель качества, как коли­чество дефектных изделий на 1 млн., оцениваемых статисти­чески из всего количества изготовляемых изделий данного типа.

При оценке изделий используются понятия, характеризую­щие запасы по тому или иному электрическому параметру, по отношению к нормам технических условий. Запасы пара­метрам определяются конструктивными медными и особеннос­тями технологии производства, поэтому, используют понятие конструктивно-технологического запаса.

Оценивать запасы по электрическим параметрам в виде раз­мерных величин неудобно, так как в этом случае сравнение запасов по различным параметрам становится весьма затруд­нительным. Поэтому конструктивно-технологический запас К определяют как безразмерную величину. При отсутствии инфор­мации о законе распределения параметров предельные значения Х_н, Х_в (нижнее и верхнее значения норм параметров) можно определять экспериментально на основе большой выборки. Вы­ражения для коэффициента запаса для верхнего и нижнего зна-чений норм будут иметь вид:

Очевидно, что величина абсолютного значения производствен­ного запаса по параметрам (Х_в,ту - Х_в) или (Х_н - Х_н,ту) должна быть не менее одной наибольшей погрешности измерений (кон­троля). При выполнении этого условия поставляемые ИМС даже при наличии вышеупомянутых погрешностей контроля, будут иметь значения параметров не хуже норм, установленных в тех-

491

нических условиях. Если производственный запас будет мень­ше погрешности измерений, то в этом случае могут браковаться даже ИМС, имеющие параметры, соответствующие требованиям технических условий.

Требования к качеству могут быть выполнены, перевыполне­ны либо недовыполнены. Недовыполнение требований к каче­ству ведет к потерям, к понижению удовлетворенности потреби­телей продукции, оно должно быть предупреждено, его нельзя допускать. Вместе с тем, если перевыполнение требований по качеству ведет к избыточным затратам в производстве, его так­же не следует допускать, во всяком случае в тех случаях, когда это ведет к избыточным потерям. Данные о качестве являются важнейшим исходным материалом для конструкторов и тех­нологов. Анализируя эти данные, они могут совершенствовать конструкцию, технологический процесс и повышать качество изделий.

Надежность - это свойство изделия сохранять свою рабо­тоспособность в установленных нормах на параметры в зависи­мости от условий и длительности применения. Если практичес­ки качество ИИЭ оценивается данными по входному и выходно­му контролю на соответствие их требованиям технических ус­ловий (ТУ) по электрическим параметрам и внешнему виду, то надежность ИИЭ связана с временным сохранением своих па­раметров в условиях эксплуатации, включая и длительное хра­нение.

Используя указанные определения качества и надежности, можно измерять качество и надежность ИМС отдельно и неза­висимо. Одно измерение - качество характеризует эффектив­ность производственного процесса, другое - надежность являет­ся характеристикой свойств ИМС во времени при эксплуата­ции. Можно принимать, что оба эти свойства зависимы, т.е. качество определяет надежность или надежность является след­ствием качества, но оба эти свойства, их оценки независимы.

Отказы ИИЭ могут быть катастрофическими (чаще всего это случайные отказы) и постепенными, связанными с деградацией параметров при внешнем воздействии, поэтому они иногда на­зываются деградационными. Статистический материал по эксп-