автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Методы обеспечения надежности изделий микроэлектроники на основе принципов теории управления качеством

На правах рукописи

Рубаник Юрий Тимофеевич

Методы обеспечения надежности изделий микроэлектроники на основе принципов теории управления качеством.

05.27.01 —Твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА—1996

Работа выполнена в Московском государственном институте электронной техники (Технический Университет)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В.Ф. Синкевич;

доктор технических наук, профессор М.А. Королев доктор технических наук Г.Я. Красников

Ведущая организация: Акционерное общество "Ангстрем "

Защита состоится "_"__1996г.

в_часов на заседании диссертационного совета

Д.053.02.02. при Московском государственном институте электронной

техники

по адресу 103498, Москва, К-498, МГИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института электронной техники

Автореферат разослан "_"__1996г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физико-математических наук

Орлов Б.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Цель и задачи исследования. Развитие рыночных отношений в экономике России, ее включение в мировую экономическую систему чрезвычайно обострило проблему обеспечения конкурентоспособности изделий микроэлектроники (ИМЭ) отечественного производства и достижения мировых стандартов в области потребительских показателей качества.

Одной из острых проблем отечественных производителей является обеспечение надежности ИМЭ. Традиционные методы обеспечения гарантий потребительских показателей качества и надежности приводят к существенному удорожанию производства, оказывают негативное влияние па конкурентоспособность отечественной продукции.

В новой ситуации отечественные предприятия вынуждены активно осваивать передовой мировой опыт в области создания эффективных систем обеспечения надежности и управления качеством. Сказанное обуславливает высокую степень актуальности исследований в области методов управления и обеспечения качества и надежности ИМЭ.

Ведущим направлением в мировой теории и практике управления в настоящее время является методология Всеобщего Управления Качеством (ВУК) (TQC - Total Quality Control, TQM - Total Quality Management) основанная на принципах системно - статистического подхода. Однако в отечественной практике управления принципы и методы теории ВУК освоены в незначительной степени.

Практика показывает, что обеспечение надежности ИМЭ в основном связано с решением проблем долговечности и безотказности элементов их физической структуры. Отечественной наукой был создан значительный научно - методический задел эффективных методов решения этих проблем на основе причинно - следственного ( физического ) подхода, но этот задел до сих пор был недостаточно востребован практикой.

Сказанное выше определило цель настоящей работы - разработка, обоснование и апробация методов повышения надежности элементов физической структуры ИМЭ на основе синтеза достижений теории ВУК и физического подхода. Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

—сформулировать и обосновать методологические принципы - стратегию управления и обеспечения надежности элементов физической структуры ИМЭ, основываясь на теоретических положениях и концепциях теории управления качеством и физического подхода;

—разработать и апробировать систему методов и алгоритмов, обеспечивающих практическую реализуемость указанной стратегии; —разработать и апробировать методы структуризации и обобщения данных и знаний, используемые в процессах управления надежностными свойствами ИМЭ, обеспечивающие эффективность предлагаемых методов и их совместимость с компьютеризованными системами разработки и производства ИМЭ.

Научная новизна. В диссертационной работе сделан вклад в развитие методологии и практики обеспечения надежностных свойств ИМЭ на основе использования принципов теории управления на основе качества, причинного (физического) подхода, методов информационной технологии. При этом были получены следующие новые научные результаты: —сформулированы принципы эффективной стратегии обеспечении надежностных свойств ИМЭ; —обоснована применимость величины предельной остаточной энтропии принятия решения в качестве критерия; оценки сложности и эффективности процессов управления надежностными свойствами; —разработаны алгоритмы надежностной аттестации конструкции и технологии ИМЭ, определены и обоснованы условия их эффективности и реализуемости;

—обоснована операциональноегь и эффективность построения системы показателей надежностных свойств на основе характеристик модели "нагрузка - прочность", в которой понятие "дефект" определено на основе критерия Шухарта; —предложен метод декомпозиции конструкции ИМЭ при проведении анализа надежностных свойств на основе понятия "конструктивно - функционального элемента" (КФЭ), обеспечивающий возможность исчерпывающего поэлементного рассмотрения и учета системных свойств; —разработаны модели классификации и структуризации основных типов знаний и данных, необходимых для реализации предлагаемых методов обеспечения надежностных свойств ИМЭ. Практическая значимость:

1. Разработанные в работе теоретические положения и методики использованы при разработке нормативных и руководящих материалов нового поколения стандартов, регламентирующих принципы управления и обес-лечеиия надежностных свойств ИМЭ и ИЭТ, в том числе в разрабатываемых стандартах Министерства обороны Российской Федерации: » "Микросхемы интегральные. Общие технические условия"; • "Микросхемы интегральные. Программа обеспечения качества. Типовая форма изложения и построения ";

• " Микросхемы интегральные. Требования к разработчику"; а также в проектах НТД:

• "Аттестация надежностных свойств приборно-технологического и конструктивно - технологического базиса изделий микроэлектроники";

• "Аттестация предприятия - изготовителя на соответствие требованиям генерального заказчика. Требования к организации статистического контроля производства".

2. Разработаны нормативно - технические документы, регламентирующие методы структуризации и обобщения информации о надежностных свойствах ИМЭ и ИЭТ, в том числе :

• РМ "Принципы структуризации и классификации данных об дефектных и отказавших изделиях";

• "Изделия электронной техники. Классификатор информации об отказавших и дефектных изделиях".

3. Разработанные методы надежностной аттестации изделий микроэлектроники апробированы при решении практических задач обеспечения качества элементов ряда ИМЭ;

4. Разработаны и апробированы компьютеризированные средства информационной поддержки алгоритмов и методов управления надежностными свойствами ИМЭ.

Публикации и апробация результатов работы.

По материалам диссертации было опубликовано 56 работ, из них 28 статей.

Результаты диссертации были доложены на конференциях и совещаниях, в том числе: на четвертом (1984 г.), пятом(1986г.), шестом (1988 г.) Координационных совещаниях МЭП "Развитие методов проектирования и изготовления интегральных электронных устройств"; на научно-технической конференции "Проблемы качества и надежности изделий электронной техники, радиоэлектронной аппаратуры и средств измерения" (Минск, 1988 г.); на семинарах "Причины, механизмы отказов РЭА и ЭРИ. Методы предотвращения", МО СССР, в/ч 67947 в 1989 и 1990 гг.; на Всесоюзной конференции по искусственному интеллекту (Переяславль-Залесский, 1988 г.); на научно-практической конференции "Повышение эффективности управления качеством производства на основе применения математического моделирования" (Винница, 1989 г.); на зональной конференции "Математические и программные методы проектирования информационных и управляющих систем" (Пенза, 1990 г.); на Первой межотраслевой конференции "Надежность и контроль качества ИЭТ" (Севастополь, 1990 г.); на научно-технической конференции "Инженерные АРМ в радиоэлектронике" (Алушта, 1990 г.); на международной конференции "Статистика - основа качества" (Калуга, 1993 г.); на первой международной конференции - вы-

ставке "Восток - Запад" "Информационные технологии в проектировании", (ИТП-94, 1994 г.); па семинаре для руководителей предприятий "Тотальное управление качеством - инструмент выхода из кризиса" (Тольятти, 1996 г.); а также на совещаниях по разработке комплекса стандартов "Климат-7" в ГКЦБ "Дейтон", ВНИИ "Электроистандарт", в/ч 67947 в 1989 -1993 гг. На защиту выносятся следующие результаты диссертации:

1. Общая концепция стратегии обеспечения и выработки гарантий надежностных свойств ИМЭ, основанная на надежностной аттестации кон-структшно-функщюпшьиъи. элементов на этапе разработки конструктивного и приборно- технологического базиса поколения изделий в сочетании с контролем и снижением уровня вариабельности критичных процессов технологии и свойств КФЭ на этапе производства.

2. Принципы обеспечения эффективности стратегии по критерию минимума затрат по совокупности этапов жизненного цикла поколения ИМЭ.

3. Метод декомпозиции конструкции ИМЭ на совокупность функциональных и конструктивно-функциональных элементов.

4. Метод оценки информационной сложности задачи надежностной аттестации элементов физической структуры ИМЭ.

5. Выводы о возможности и условиях реализуемости исчерпывающей, поэлементной надежностной аттестации конструкции ИМЭ.

6. Алгоритмы надежностной аттестации конструкции и производственного процесса ИМЭ по надежностным критериям.

7. Модели представления основных типов данных и знаний, используемых при реализации алгоритмов надежностной аттестации.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из оглавления, введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 217 наименований. Содержание диссертации изложено на 322 страницах и включает 224 страницы текста, 66 рисунков и 43 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации проведен анализ проблемы обеспечения качества и надежности изделий микроэлектроники. Анализ практики передовых мировых производителей позволил сделать вывод, что непосредственным результатом превращения качества в основной фактор конкурентоспособности стал отказ от методов контроля и отбраковки как средства обеспечения надежностных свойств и выработки гарантий качества для потребителей. Среди причин, ограничивающих возможность применения этих методов в современных условиях, можно указать:

A. Стоимостные ограитения. Обеспечение надежности компонентов за счет жестких методов тестирования и отбраковки многократно увеличивает их себестоимость, при этом рост стоимости обгоняет- повышение надежности.

Т>.Физические ограитения. Существуют физические пределы повышения надежности продукции за счет отбраковочных испытаний.

B.Организащопные ограничения. По мере роста степени интеграции, увеличения доли заказных и полузаказных изделий даителыюсть стандартизированных процедур аттестации качества электронных компонентов приходит в противоречие с короткими циклами разработки - производства и малыми объемами их выпуска.

Т.Недостаточный уровень гарантий качества. Отбраковочные воздействия, операции контроля и испытания не предотвращают колебаний уровня качества и не исключают проникновения дефектных изделий в поставляемую потребителям продукцию.

Невозможность эффективно разрешить указанные ограничения стимулировала переход к более совершенным системам, осноьанным на концепции предотвращения появления дефектов. В качестве методической основы работ, ведущихся в этом направлении в промышленно развитых странах, наиболее широко используется международная система стандартов 1БО 9000. В то же время потребности разработки новых или совершенствования существующих систем управления качеством требутот для своей реализации наличия адекватной научно - методологической базы. В качестве такой базы в практике ведущих предприятий США и Западной Европы в настоящее время все более широко используются отработанные японскими производителями подходы, объединенные термином "Всеобщее Управление Качеством". Эти подходы основаны на развитии идей У. Шухарта, У, Деминга, Дж. Джурана, Г. Тагути, А. Фейгенбаума и ряда других. Основополагающее значение в этом ряду занимают работы У. Шухарта и У.Э. Деминга, составившие теоретическую основу указанных подходов, — системно-статистическую концепцию теории управления. Ключевым элементом указанной концепции является системная оптимизация на основе снижения вариабельности процессов производства и управления. При этом вариабельность рассматривается как объективный и всеобщий фактор, в решающей степени предопределяющий свойства и эффективность социально - технических систем. При этом выделяются "общие" факторы вариабельности, определяемые структурой и характеристиками рассматриваемой системы, а также "особые" причины, обусловленные проявлением воздействий и факторов, "внешних" по отношению к управляемой системе. Общие причины вариабельности характеризуются свойством статистической устойчивости- предсказуемости в статистическом смысле. Особые

причины вариабельности - по определению носят "неслучайный" характер в том смысле, что они не обладают свойством статистической устойчивости. Применительно к проблемам обеспечения надежностных свойств ИМЭ из этой концепции вытекает неизбежность статистически устойчиво проявляющегося уровня вариабельности свойств, определяемого характеристиками используемых при их создании конструктивно - технологических принципов и способов производства. С другой стороны принципиальная возможность выработки гарантий качества и надежности ИМЭ может быть обеспечена только в том случае, если их свойства определяются проявлением общесистемной вариабельности и, в частности, статистически устойчивыми видами дефектов.

Фундаментальное значение для поиска экономически эффективных методов обеспечения качества имели предложенные Шухартом принципы оптимального управления системами с учетом характера факторов вариабельности. Реакция системы управления на отдельные проявления вариабельности (например, выяснение и устранение источника данного конкретного отклонения) признается экономически целесообразной только в том случае, когда эти проявления обусловлены особыми причинами вариабельности. Если же отклонение обусловлено проявлением общих причин вариабельности, тогда единственной эффективной стратегией управления будет являться изменение структуры и характеристик системы. Шухартом же был предложен простой инженерный инструментарий (контрольные карты ) для классификации факторов вариабельности и выбора оптимальной стратегии управления в конкретных ситуациях. При этом исходным в цикле управления является устранение особых причин вариабельности, что приводит к стабилизации свойств системы, снижению общего фона вариабельности и появлению возможности целенаправленного воздействия на общесистемные факторы вариабельности.

Необходимый элемент цикла управления вариабельностью — выявление причинно - следственных связей, обуславливающих проявление "особых" причин и системных факторов, формирующих "общие" причины вариабельности и требующих использования методов так называемого "физического" подхода, В создание и развитие методологии и инструментария "физического" подхода применительно к управлению качеством и надежностью изделий микроэлектроники значительный вклад внесли работы зарубежных и отечественных исследователей. Особое значение, с точки зрения понимания взаимодействия физических механизмов деградации и факторов вариабельности в формировании надежностных свойств, имели работы Хэви-ленда, исследования школ Б.С. Сотскова и И.Т. Алексаняна и ряда других исследователей. Однако в этих исследованиях неявно предполагалось выпол-

некие свойства статистической устойчивости, то есть доминирования общесистемных и предсказуемых факторов. Механизмы взаимодействия и проявления особых и общих причин вариабельности, наиболее существенные с практической точки зрения, в рамках этих работ не рассматривались.

Таким образом, решение задачи совершенствования систем управления и обеспечения показателей качества и надежности ИЭТ и ИМЭ требует проведения исследований принципов комплексного использования методов и инструментария теории ВУК, а также физического подхода.

Проведенное в работе рассмотрение традиционной отечественной практики управления надежностными свойствами ИМЭ и ее нормативной базы с точки зрения теории управления на основе качества и принципов физического подхода, позволило выделить следующие принципиальные проблемы:

—чрезмерную идеализированкость используемых предпосылок о свойствах производственного процесса и свойствах изделий - непоследовательность в учете объективной природы вариабельности и различных форм ее проявления; —локальную субоптимизированность различных элементов системы управления по противоречивым показателям - с ущербом для эффективности всей системы в целом. —неоперациональность используемых критериев и методов определения надежностных свойств, т.е. их техническая и экономическая неэффективность с точки зрения получения необходимых для управления данных, обладающих статистической устойчивостью.

В конечном итоге именно проявление указанных факторов обуславливает характерные проявления низкой эффективности практики управления надежностными свойствами ИМЭ, сложившейся в условиях диктата производителей: недостаточная надежность изделий, передаваемых в производство, высокий уровень дефектности, наличие "хронических" и спорадически проявляющихся надежностных проблем, низкий уровень гарантий качества и др.

В условиях конкуренции ведущие мировые производители ИЭТ и ИМЭ отработали принципиально иной тип стратегии обеспечения надежностных свойств. Характерными чертами такой стратегии являются:

• концентрация усилий по надежностной отработке конструкции и технологии изделия на этапе разработки и опытного производства;

• использование для анализа и принятия решений адекватных критериев и процедур надежностной аттестации;

• мониторинг процессов производства, обеспечивающий статистическую предсказуемость надежностных свойств и выработку на этой основе объективных гарантий качества для потребителя продукции.

Построение систем управления качеством и надежностью отечественными производителями не может быть осуществлено путем копирования приемов успешной практики. Решение этой задачи требует обобщения и развития имеющихся в данной области теоретических положений и методов с учетом специфики изделий микроэлектроники, систем их разработки и производства.

Во второй главе выделена и обоснована совокупность методологических принципов обеспечения эффективности управления и обеспечения надежности изделий микроэлектроники, предложены алгоритмы надежностной аттестации конструкции и технологии ИМЭ, проанализированы условия их реализуемости и эффективности. Общие принципы обеспечения эффективности управления надежностными свойствами ИМЭ

В качестве основополагающего в работе был сформулирован принцип специфичности надежностных свойств ИМЭ, обусловленный фактором относительной сложности ИМЭ как объекта диагностики. Он утверждает невозможность выработки индивидуального прогноза надежности ИМЭ существующими техническими средствами при допустимых экономических и временных затратах. Отсюда вытекает необходимость выделения и реализации в составе системы управления качеством ИМЭ специфичных функций управления их надежностными свойствами. Эти функции должны обеспечивать возможность принятия на различных этапах жизненного цикла ИМЭ трех основных типов решений (и их комбинаций):

1. О соответствии потенциального уровня надежности изделия предлагаемой конструкции в рамках базовой технологии установленным требованиям — "надежностная аттестация конструкции изделия ";

2. О соответствии потенциального уровня надежности изделия типовой конструкции изготавливаемых в рамках предлагаемой технологии производства изделий установленным требованиям — "надежностная аттестация технологии производства изделий"',

3. О соответствии характеристик надежности конкретной партии изделий установленным требованиям по долговечности и безотказности — "надежностная аттестация партии изделий".

В качестве критериев оценки эффективности возможных стратегий и* управления надежностными свойствами в работе использовались величина суммарных затрат С - на обеспечение надежностных свойств и выработку гарантий качества по совокупности всех этапов жизненного цикла ИМЭ и уровень достигаемого качества и надежности R. Эффективная стратегия должна обеспечивать минимизацию указанных затрат и максимизацию уровня качества и надежности: и*: min С(а*), шах R(u*), при п* с Uma, (1)

где Цд»а — множество допустимых стратегий.

Широко применяемая в отечественной практике стратегия управления, концентрирующая основные ресурсы по обеспечению надежностных свойств ИМЭ на натурных испытаниях, контроль и отбраковку готовых изделий, имеет своим следствием существенный рост затрат на этапах производства и потребления. В результате возникает конфликт между требованием надежности и экономичности производства, интересами производителей и потребителей ИМЭ и ставится экономический предел целесообразному росту показателей надежности:

R(u*) < Umax,

где R(u*) - "оптимальное" по критерию суммарных затрат значение уровня надежности, соответствующее минимуму суммарных затрат С;

Rmax - "технически достижимый" уровень надежностных свойств, который может быть обеспечен при использовании определенной "технологии" управления надежностными свойствами ИМЭ. Значения "экономически эффективного" и "технически достижимого" уровня надежности ИМЭ в рамках традиционных систем обеспечения качества могут отличаться на несколько порядков величин (диапазон изменения интенсивности отказов от 10до 1010 1/ час). При этом себестоимость изделий с "экономически эффективным" и "предельно достижимым" при этой системе уровнями надежности отличается в 10-20 раз. В условиях экономики, сориентированной преимущественно на обеспечение нужд оборонного сектора, указанный разрыв между "технически" и "экономически" эффективными уровнями надежности не имел существенного значения, т.к. он мог быть скомпенсирован дополнительными затратами. В условиях рыночной экономики данное обстоятельство становится решающим. Разрешение этого противоречия может быть достигнуто на основе базового в теории ВУК принципа оптимизации полного жизненного цикла ^разработка - производство"поколения ИМЭ. При этом ключевым моментом, обеспечивающим одновременную минимизацию суммарных затрат и повышение надежности, является реализация принципа скоординировштости надежностных исследований с этапами формирования функциональных свойств ИМЭ, что предполагает концентрацию усилий по обеспечению надежности элементов физической структуры ИМЭ на этапе разработки приборно-технологического и конструктивного базиса нового поколения ИМЭ.

Но расширение пространственно - временных масштабов оптимизируемой системы вступает в противоречие с возрастающей сложностью информационного обеспечения процессов управления. Разрешить это противоречие позволяет принцип использования единой информационной базы на всех этапах жизненного цикла поколения ИМЭ. При этом условии исключа-

ются дублирующие действия, предотвращаются потери информации, обеспечивается ее многократное комплексное использование.

Расширение границ оптимизируемой системы, давая очевидный экономический выигрыш в величине общих затрат на обеспечение надежности, не решает по сути проблему конфликта между характеристиками экономической эффективности производства и надежностными свойствами изделий. Основным направлением разрешения указанного противоречия является реализация принципа целенаправленного снижения вариабельности процессов формирования свойств ИМЭ. Используя концепцию обобщенных потерь Г. Тагуга, критерий оптимальности стратегии обеспечения надежностных свойств в этом случае может быть представлен в форме, отражающей взаимную обусловленность экономических затрат, надежностных свойств и характеристик вариабельности:

u*: min C{R(u*)} = min + (ps - ms)2], (2)

s

где ps- отклонения средних значений s-го параметра элементов физической

структуры, критичных с точки зрения надежностных свойств ИМЭ, от оптимальных; ms - случайные отклонения ( вариабельность) значений указанных параметров, вызванная несовершенством используемых технологических процессов.

Алгоритм и принципы надежностной аттестации элементов конструкции ИМЭ.

Традиционный подход к решению задачи надежностной аттестации ИМЭ основывается на использовании вероятностно- статистических показателей надежности, рассчитываемых на основе данных испытаний и статистики отказов. Однако эффективность такого подхода мала в силу его недостаточной чувствительности, низкой скорости и малой достоверности получаемой информации.

Для решения указанной проблемы в работе было предложено использовать принципы исчерпывающего поэлементного анализа и операциональных физических критериев. В рамках такого подхода решение о надежностных свойствах ИМЭ принимается на основе анализа величины и стабильности функциональных запасов всех без исключения элементов, участвующих в формировании функциональных свойств. Ключевым моментом в реализации этого подхода является выбор адекватного метода декомпозиции ИМЭ на совокупность аттестуемых элементов. Решение этой задачи потребовало введения новых в теории надежности понятий "функционального элемента" (ФЭ) и "конструктивно- функционального элемента" (КФЭ). ФЭ определяется как часть конструкции ИМЭ, характеризуемая уникальным набором

реализуемых функций. КФЭ определяется как простейший функциональный элемент, то есть такая часть конструкции, разделение которой на части не приводит к выделению элементов с набором свойств (функций), отличных от исходного. Соответственно, сложная задача аттестации надежностных свойств конструкции ИМЭ в целом сводится к совокупности более простых задач надежностной аттестации ФЭ н КФЭ.

Надежностные свойства функциональных элементов и изделия в целом могут быть описаны совокупностью функциональных параметров Р, требований к ним Ф и запасов Z. В силу проявления свойств вариабельности и нестабильности под действием нагрузок значения функциональных запасов в общем случае являются случайными функциями времени и могут быть охарактеризованы совокупностью характеристик: Zq> = (Pep - Ф) — средний запас прочности; Zmi» = (Pmm- Ф) — минимальный запас прочности ; dZcp/dt, dZmto/dt— стабильность среднего и минимального запаса во времени.

Для однозначности трактовки понятия минимального запаса Zmm в работе предложено использовать критерий Шухарта для отнесения случайного значения к общей (потенциально присущей системе) вариабельности:

Zmin ~ Zcp " 3cFz (3)

Такая трактовка минимального запаса позволила естественным образом определить понятия "дефектного" и "совершенного" элементов и изделия. Дефектными считаются изделия, у которых Z<Zmia. Соответственно, распределение функциональных параметров f(P) и функциональных запасов 1(Z), обеспечиваемых любым технологическим процессом может быть апроксимировано суперпозицией распределения "совершенных" и "дефектных" изделий (элементов):

f(Z) = c^Z) + Cdfd(Z),

СО + Cd = 1

где: f^, Ь - функции распределения, а се и Cd- доли совершенных и дефектных изделий в рассматриваемой совокупности продукции.

Использование такого укрупненного "бимодального" представления функции распределения значений запасов совершенных Z™ и дефектных Z»^ элементов дает возможность проведения качественной классификации уровня надежности КФЭ с учетом степени вариабельности их свойств. I. Низкоиадсжные элементы (категория L)

Недостаточен функциональный запас - отказы в пределах установленных требований к долговечности Тэгом возможны при нагрузках, соответствующих ТУ, даже в отсутствие дефектов физической структуры.

3t< Тэксяд t Z>min.ct«(t) 5s 0 (4.1)

2. Элементы средней надежности.(категория М)

В условиях нагрузок, соответствующих ТУ, отказы возможны за счет проявления статистически устойчивых (потенциально присущих данному типу изделий) дефектов.

VI Тэкш: 2П£О.соя (0>0; (4.2)

З^Тжсид: Хтш^кф (0 < О

3. Высоконадежные элементы (категория 8)

Отказы мог ут возникнуть только за счет проявления недопустимых по ТУ внешних воздействий или проявлений нехарактерных (статистически неустойчивых) видов дефектов.

VI < тж«: г™,.«, (1)> о, 2«»«^. (о> о (4.3)

Использование указанных принципов позволило предложить алгоритм надежностной аттестации конструкции ИМЭ в виде следующей последовательности шагов :

• Описание состояния объекта аттестации, включающее в себя определение собственно аттестуемого объекта путем указания либо основных элементов, входящих в аттестуемый объект, либо границ аттестуемого объекта в составе некоторой большей системы;

• структурно-функциональную декомпозицию структуры объекта путем указания множества ФЭ и КФЭ, входящих в его состав, каждый из которых характеризуется уникальным набором функций Г5;

• детализацию функционального описания каждого выделенного элемента структуры путем задания множества Р={ръ! операционально определяемых параметров, в совокупности характеризующих набор функций реализуемых элементом, и определение множества Ф = {Фв} требований к этим параметрам (критерии отказа);

• задание множества ЛУ допустимых состояний окружающей среды аттестуемого изделия (включая условия производства и применения);

• преобразование множества допустимых состояний окружающей среды в множество элементарных нагрузок на элементы

• определите множества N1 потенциально возможных аттестуемых запасов X, соответствующих комбинациям функциональных параметров и элементарных нагрузок:

К^^РвхЬв}, (5)

• Классификация состояния аттестуемых элементов с точки зрения надежностных свойств по категориям, определенным соотношениями 4.1 - 4.3:

• Определение способа обеспечения надежностных свойств аттестуемого элемента.

Для оценки информационной сложности и анализа эффективности рассматриваемых алгоритмов надежностной аттестации в работе использовался формализм, основанный на оценке предельной остаточной энтропии принятия решения :

sup Эосту = - log Pv (6)

где Pv = Д]у/ Iv - геометрическая вероятность попадания истинного значения v- го параметра в произвольный участок длиной Д1„ , характеризующий необходимую точность его определения в диапазоне возможных значений I. В случае принятия решения о выборе v-ой альтернативной гипотезы Pv = l/nv> где nv - количество рассматриваемых альтернативных гипотез.

В работе были рассчитаны оценки предельной остаточной энтропии для каждого шага алгоритма, соответствующие началу процесса надежностной аттестации, и были выделены значения неопределенности, соответствующие единичным, элементарным решениям и их "мультипликаторы", характеризующие количество таких элементарных решений. Как следует из результатов анализа - принятие решения о надежностной аттестации типовой конструкции ИМЭ эквивалентно в совокупности принятию порядка 105 элементарных решений относительно свойств КФЭ. При этом суммарная величина разрешаемой неопределенности превышает 7x10s бит . Указанные оценки являются объективной мерой, характеризующей качественный и количественный аспекты сложности научно обоснованного решения о надежностной аттестации конструкции ИМЭ.

Для всех элементарных решений, принимаемых в процессе надежностной аттестации по предлагаемому алгоритму, величина sup Эост i не превышает' предельный уровень сложности решений, эффективно разрешаемых человеком (sap Эостпор < 3 бит). Таким образом, принятие элементарных решений может осуществляться экспертами, использующими адекватные и, в том числе, качественные знания.

Однако, для оценки практической реализуемости предлагаемого подхода необходимо также оценить его суммарную трудоемкость. Для этого принимаемые в ходе надежностной аттестации элементарные решения были классифицированы по типам и степени общности получаемых результатов, а для каждого типа оценены характерные временные затраты. В предположении, что исходно у системы управления полностью отсутствует априорная информация, оценка трудоемкости процесса надежностной аттестации типового ИМЭ (СБИС) составила около 70 человеко-лет. Отсюда был сделан вывод, что реализация процесса надежностной аттестации возможна только при условии накопления априорной информации в процессе исследований последовательно сменяющих друг друга поколений изделий. В предположе-

нии накопления и повторного использования информации, полученной при исследовании надежностных свойств предшествующих поколений ИМЭ, оценки трудоемкости надежностной аттестации при разработке изделий на основе нового приборного и конструктивно- технологического базиса (КТБ-ПТБ) составили 15-20 человеко-лет.

Существенное снижение трудоемкости процесса аттестации может быть достигнуто при использовании информации о надежности изделий -аналогов, использующих аналогичные элементы КТБ - ПТБ. При условии использования такого рода информации оценка трудозатрат на реализацию надежностной аттестации авангардной разработки составляет 8-12 человеко-лет. С учетом того, что процесс надежностной аттестации осуществляется группой исследователей (5-10 человек), эффективное время его "коллективной" реализации может находиться в диапазоне допустимых на практике значений от нескольких месяцев до 2 лет. Алгоритм и принципы управления надежностными свойствами ИМЭ на этапе производства.

В процессе управления надежностными свойствами ИМЭ на этапах опытного и серийного производства ИМЭ должны решаться три основных группы задач;

а) получение данных и знаний, обеспечивающих информацией процесс надежностной аттестации конструкции;

б) принятие решения о "надежностной аттестации" технологического процесса.

в) выработка (подтверждение) гарантий уровня надежности выпускаемой продукции.

Решение задачи надежностной аттестации процесса производства и совокупностей выпускаемой продукции базируется как на совокупности принципов, введенных выше, так и на дополнительных, отражающих специфику этапа производства ИМЭ.

Необходимым условием принятия решения о возможности производственного процесса обеспечивать уровень надежностных свойств является выполнение принципа статистической устойчивости критичных функциональных характеристик КФЭ и выходных показателей качества, и в первую очередь выходного уровня дефектности. Его выполнении необходимо для обеспечения предсказуемости выхода процесса в статистическом смысле.

Контроль статистической устойчивости применительно к задаче управления и выработки гарантий надежностных свойств ИМЭ имеет существенную специфику, обусловленную преобладающим влиянием дефектов на эти свойства. В работе был проведен анализ условий обеспечения информационной эффективности контроля статистической устойчивости и показана

возможность оперативкой выработки гарантий надежностных свойств при реально наблюдаемой на практике частоте появления особых причин вариабельности (разрегулировок) в технологических процессах производства

имэ.

Наличие свойства статистической устойчивости уровня дефектов в общем случае не дает гарантии сохранения автомоделыюсти процессов формирования надежностных свойств. Для выработки гарантии надежностных свойств продукции необходимо также выполнение принципа сохранения качественного состава выходного уровня дефектности. В работе предложено вести оперативный контроль автомодельности процесса формирования и уровня надежностных свойств, используя причинно - следственные модели, связывающие частоту (вероятность) проникновения статистически устойчивых дефектов в годную продукцию 1)„их с вероятностями появления дефекта в технологическом процессе в, эффективностью операций ко 1 про ля Гс и отбраковки Г5:

{в, Г£ Г5} —>{Пви.«,}, я = 13л

Процесс построения и периодического подтверждения степени адекватности такого рода модели обеспечивает оценку степени понимания причинно -следственных моделей, формирующих выходной уровень качества и надежности и должен являться составным элементом системы выработки гарантий качества и надежности.

Кроме того, адекватное понимание причинно- следственных связей позволяет после устранения особых причин вариации целенаправленно воздействовать на системные факторы, дающие наибольший вклад в общесистемную вариабельность. Таким образом реализуется один из основных в теории управления на основе качества принцип непрерывного совершенствования.

Обобщенная структура алгоритма надежностной аттестации технологического процесса и продукции с учетом вышеуказашшх принципов может быть представлена в виде нижеследующей последовательности:

• Ранжирование функциональных запасов КФЭ по степени критичности.

В качестве критерия критичности предложено использовать значения индексов воспроизводимости Ср = (Р^ ф)/ар. Исходя из современных требований к уровпю надежности ИМЭ и общего числа КФЭ в составе типовой конструкции ИМЭ в работе было предложено при проведении надежностной аттестации технологических процессов считать критичными процессы со значениями СР< 3^-4.

• Оценка статистической устойчивости функциональных запасов.

• Построение и подтверждение адекватности модели прогноза выходного уровня качества ( надежности ) по данным оперативного контроля информативных параметров в технологическом процессе.

В качестве таких информативных параметров могут быть использованы три основные группы параметров:

- показатели степени однородности и воспроизводимости параметров Р., характеризующих функциональное назначение изделия;

- показатели, характеризующие величину, стабильность н статистическую устойчивость функциональных запасов 2* относительно технологических и эксплуатационных воздействий;

- показатели величины и статистической устойчивости уровня дефектов Бщ, на выходе производственного процесса, на входном контроле и в

производстве у потребителя.

Все три группы критериев объективно следуют из "физического" подхода к формированию надежностных свойств и совпадают с критериями, применяемыми ведущими зарубежными производителями ИМЭ.

• Принятие решений о надежностной аттестации технологического процесса и подтверждение гарантий качества совокупностей выпускаемой продукции на основе сопоставления выделенных выше критериев с установленными значениями.

Решение о надежностной аттестации технологического процесса принимается, если:

а) система управления демонстрирует способность вести мониторинг статистической устойчивости выделенных информативных параметров и оперативно ее восстанавливать;

б) достигнуты требуемые значения уровня настройки и воспроизводимости этих параметров. В частности, эти требования могут быть заданы в форме коэффициентов СР.

Решение о надежностной аттестации совокупности продукции (партии) принимается, если продукция произведена в надежностно аттестованном технологическом процессе, и за время выпуска данной совокупности продукции не нарушалось свойство статистической устойчивости ни по одному из контролируемых параметров.

В третьей главе проводится апробация методов реализации алгоритма надежностной аттестации элементов физической структуры ИМЭ на этапе разработки.

Структурно-функциональная декомпозиция аттестуемого ИМЭ

Для описания процесса структуризации - декомпозиции аттестуемого объекта в работе было предложено использовать концептуальную модель физической структуры ИМЭ в форме диаграмм Бахмана, представляющих

собой сетевую структуру, изображающую объекты и отношения между ними в рассматриваемой предметной области (рис. 1).

В конструктивных требованиях к элементам структуры ИМЭ учитывался тот факт, что они определяются как необходимостью формирования набора функциональных потребительских свойств изделия, так и необходимостью обеспечения устойчивости и стабильности этих свойств. Поскольку надежностные свойства элемента определяются как его собственными свойствами, так и его окружением, в концептуальной модели для каждого элемента вводится описание его "внутренней среды". Под внутренней средой понимается совокупность КФЭ, смежных с рассматриваемым элементом, а также линии и границы разделов между ними.

Тип ИМЭ

Тип

сборочного узла

Среда

Конструкторские требования

Тип детали

Среда

Конструкторские требования

Тип функционального элемента

Среда

Конструкторские требования

Тип КФЭ

Среда

Конструкторские требования

Тип КП (конструктивный подвид)

Среда

Конструкторские требования

Тип узла, детали, ФЭ, КФЭ

Элемент внут-ре|шей среды —> Локальные воздействия (нагрузки) на КФЭ

Тип узла, детали, ФЭ, КФЭ

Внешние Функции-

функция -требования требования

/

\ Физические параметры /

Рас. 1. Концептуальная модель структурно-функциональной декомпозиции ИМЭ

При декомпозиции ИМЭ на составляющие ее элементы изделие вначале разбивается на сборочные узлы и входящие в них детали в соответствии с КД. Затем каждая деталь представляется в виде системы ФЭ, КФЭ и их подвидов.

Уровень функциональных элементов в основном использовался для характеристики системных свойств (функций), являющихся результатом согласованного взаимодействия ряда элементов. Так например, такие требования к микросхеме как "герметичность", "жесткость" не могут быть полностью транслированы в требования к деталям корпуса, а требуют введения соответствующего функционального элемента "корпус". Другими характерными примерами введения данного дополнительного уровня декомпозиции ИМЭ в конструкцию ИС являются такие ФЭ как "транзистор'' (главная функция* управлять током), "конденсатор" (главная функция- хранение заряда).

Понятие подвида КФЭ было введено для того, чтобы в рамках одного вида КФЭ, характеризуемого одинаковым набором функций ( токоведущий проводник, затвор полевого транзистора, контакт металлизации и области полупроводника и т.п.), различать элементы конструкции, у которых значения конструктивных параметров или нагрузок различаются.

Предложенный в работе метод структурно - функциональной декомпозиции ИМЭ был апробирован в работе на примере БИС памяти, изготавливавшихся на основе стандартной а - канальной технологии. Большинство выделенных КФЭ соответствовали традиционно используемым при анализе конструктивным элементам. Однако выделение функционального признака в дополнение к конструктивному при декомпозиции БИС повлекло включение в состав надежностно аттестуемых элементов совокупность всех границ разделов, изолирующих и разделительных слоев. Были также определены и описаны конструктивные подвиды КФЭ.

Принципы декомпозиции, апробированные в работе, затем были положены в основу отраслевого классификатора дефектных и отказавших изделий. Определение спектра нагрузок на конструктивно-функциональные элементы конструкции

При проведении процесса надежностной аттестации нагрузки на б-й элемент трактуются как все виды химических, термических, механических, электромагнитных и других видов воздействий, которые могут быть приложены к изделию в процессе изготовления, транспортировки, хранения, применения и эксплуатации. Каждое требование технических условий по показателям качества и надежности \¥оту может быть сведено к совокупности требований к прочности и стабильности элементов конструкции относительно комплекса некоторых "элементарных" нагрузок 1«.

Множество I* есть объединения множества Ь", и 1Л, где 1Л - нагрузки, индуцируемые элементарными внешними воздействиями, 1А - локальные

воздействия (нагрузки) со стороны внутренней среды на анализируемый элемент. В качестве типовых элементов множества Ь» в работе рассматривались: воздействия повышенной (Т+) и пониженной (Т-) температуры, электрические нагрузки (Е,1), механические воздействия(М), химические факторы (X), врсмяф.

Определение конкретных значений нагрузок на элементы в общем случае требует сложных методов математического анализа. Однако в работе было показано, что для целей качественной классификации надежностных свойств адекватным оказывается использование простых, качественных моделей. Последнее обстоятельство существенно с точки зрения возможности реализации алгоритма надежностной аттестации в реальных условиях, характеризуемых преобладанием качественной и неполной информации.

Так например для типового КФЭ "тонкопленочная токоведущая металлизация" (ТТМ) было выделено девять различных типов нагрузок, возникающих при приложении к ИМЭ различных групп оговариваемых в ТУ внешних воздействий. Электрическая нагрузка Ы определяется током, протекающим по ТТМ, нагрузки 1.2 и Ь3 - тепловые, соответственно температура и температурный градиент в проводнике. Нагрузки Ь4,1>5, Ь6 - механические, определяемые напряжениями, возникающими в объеме проводника, а также на границах с окисными слоями. Нагрузки 1,7, Ь8, Ь9 - химические (электрохимические), возникающие вследствие возможности протекания реакций на всех границах раздела.

Аналогичный подход применим к определению тех нагрузок на элементы, которые возникают при проведении испытаний, оговариваемых в ТУ на изделие с комбинацией типов воздействующих факторов. В частности, диаграмма, представленная на рис. 2, дает пример, относящийся к трансляции требований ОТУ в части испытаний на безотказность в нагрузки на элементы металлизации. Выделение критичных элементов

Предлагаемый в работе подход к выделению критичных элементов базируется на применении принципа последовательного разрешения неопределенностей. А именно, для каждой выделенной комбинации нагрузка - параметр КФЭ последовательно осуществляется:

• оценка физической возможности значимого изменения значения параметра при приложении данной нагрузки и исключение го дальнейшего анализа тех элементов, в которых такие изменения невозможны;

• выделение среди оставшихся комбинаций критичных, то есть тех, для которых величина изменения параметра создает возможность возникновения отказа;

При реализации указанной процедуры на примере элемента тонкопленочной токоведущей металлизации всего было выделено 54 комбинации нагрузка -параметр (см. таблицу I). Из указанных 54 комбинаций на основе экспертных оценок были исключены из дальнейшего анализа 40 комбинаций, дли которых во всем диапазоне значений нагрузок невозможно значимое изменение параметров. Для дальнейшего анализа были оставлены только 14 комбинаций. На втором шаге указанные комбинации были отранжированы с привлечением так называемых "оценочных" моделей. Эти модели фиксируют знания о наиболее значимых факторах, определяющих возможность возникновения отказа в данном тине элемента. В работе были апробированы различные типы моделей для представления такого вида знаний применительно к характерным механизмам отказов в элементах ИМЭ: коррозионной деградации ИМЭ, деградации транзисторных

Требования ОТУ

Испытания на безотказность: Т=125 сСЛ =1000 ч

Е - ЕШ

Внешние элементарные нагрузки

Т | Т | Е | М I, X I I

КФЭ -ттм

Функциональные запасы

Ю, Н

сплошность

п

г

р-т

1.2

X

Т

т

I 1 I

и ■ -1-1

1.3

I

т.

м

м

12 1.3

1 I I I I

12 1.3 I

т

т

Рис. 2. Трансляция требований ОТУ в требования к структурным элементам (на

примере КФЭ - тонкопленочной токоведущей металлизации)

п - прочностной аспект, с - аспект временной стабильности.

Таблица 1.

Априорное ранжирование возможного влияния пагрузок на функциональные характеристики КТЭ (ТТМ)

№ нагру зки Фактор нагрузки (КТЗ) Запас по удельному сопротивлению Запас по геометрическим параметрам Запас по локальной сплошности

Прочн. Стаб. Прочн. Стаб. Прочн. Стаб.

И Ток электрический - - - - Ыу

1_2 Локальная температура - - - * у

1.3 Локальный градиент температуры - - -

и Внутренние механические напряжения - - - + +

1_5 Механические напряжения на границе с изолирующим окислом - - - У У*

16 Механические напряжения на границе с защитным окислом - - - у; 9 /

и Химическая реакция на границе с изолирующим окислом - - - - у;

1в Химическая реакция на границе с защитным окислом - - - - уг

19 Химическая реакция с годкорпусной атмосферой - - ■ - - у

Примечание:"-" означает, что при всех допустимых значениях внешних и внутренних нагрузок изменения параметров остаются в пределах допустимого. Знаки Т означают комбинации, для оценки актуальности которых информация отсутствовала.

структур по механизму "горячих электронов", электротермического и электромиграционного разрушения токоведущей тонкопленочной металлизации, электрического пробоя тонкого окисла.

В работе были проанализированы ситуации, возникающие в практике при отсутствии адекватных знаний для оценки степени критичности ряда потенциально опасных комбинаций. Было предложено использовать степень полноты оценки всех потенциально опасных комбинаций для получения оценки качества процесса надежностной аттестации. Такая оценка может осуществляться как самими разработчиками в ходе реализации процедур обзора проектных решений, так и заказчиком, контролирующим качество разработки. Принятие решения о возможности обеспечения надежностных: свойств КФЭ на основе сравнения с изделиями- аналогами

Для принятия решения о степени подобия надежностных свойств двух КФЭ необходимо сопоставить их характеристики, влияющие на величину функциональных запасов Ъ, их стабильность й&И, уровень статистически устойчивых дефектов Б относительно совокупности параметров Ра, характе-

ризуютцих указанные элементы. В сочетании с фактическими данными (статистика отказов, результаты испытаний и т.п.), характеризующими уровень надежностных свойств изделия - аналога, такое сопоставление дает набор ситуаций дня принятия решений о классификации надежностных свойств. Анализируемый элемент аттестуется положительно, если значение его надежностной характеристики не хуже, чем у элемента - аналога ( например 7т > ), и при этом имеющиеся данные свидетельствуют об удовлетворительном уровне надежности элемента- аналога.

В работе показано, что для решения задачи сопоставления надежностных характеристик КФЭ, как правило, оказывается достаточным качественное представление причинно-следственных закономерностей их формирования в ввде "концептуальных" моделей.

Возможности такого вида моделей и алгоритмов принятия решений были апробированы в работе на примере элементов тонкопленочной токо-ведущей металлизации и подзатворного диэлектрика для БИС 1515ХМ1 и 537РУ6.

Пример анализа свойств надежностного подобия применительно к процессу электротермического разрушения ТТМ для ИС 1515ХМ1, 537РУ6, а также их конструктивных аналогов ИС 565РУ7, 565РУ5 иллюстрирует Таблица 2. В данном случае анализ показал, что запас прочности для аттестуемой ИС 1515ХМ1 больше, чем у ее аналога, а в случае ИС 565РУ7 -меньше.

Принятие решения о возможности обеспечения надежностных свойств КФЭ при проведении надежностной аттестации новых и измененных элементов ИМЭ

Методы надежностной аттестации вновь разрабатываемых или суще-ствсшш измененных элементов ИМЭ. т.е. в случаях, когда отсутствует возможность использования информации о надежности изделий-аналогов, были рассмотрены в работе на примере элементов СБИС ЗУ на цилиндрических магнитных доменах, В интегральных схемах памяти сверхбольшой степени интеграции на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД БИС) помимо стандартного базиса твердотельной планарной технологии используется целый ряд новых, ранее не применявшихся в конструкции ИМЭ , функциональных, конструктивных и технологических элементов. Основным конструктивно-функциональным элементом, ограничивающим надежность этого класса приборов, являются тонкопленочные токоведущие управляющие структуры, которые используются в них не только для реализации стандартной функции коммутации, но также в качестве активных функциональных элементов. С их помощью создают локальные магнитные поля, обеспечивающие генерацию и передвижение магнитных доменов. В соответствии с введенным в работе опре-

деяением, такого рода элементы представляют собой новый тип КФЭ, который должен быть аттестован относительно всех реализуемых им функций.

Таблица 2.

Оценка подобия КФЭ "металлизированные проводники" ИС1515ХМ1,537РУ6 и 565РУ7,565РУ5

№ п/п Параметры концептуальной модели Характер изменения г при увеличении параметра Значение на аттестуемом изделии Значение на изделии- аналоге Диапазон возможного отклонения Результат сопоставления с аналогом

565РУ7 1515ХМ1 537РУВ 565РУ5 1515ХМ1 56ЕРУ7

1 Средняя толщина Н, мкм + 0.9 1 1 0.9 10-15 % = =

2 Минимальная ширина W, мш + 2 6 3 2.5 10-15% > =

3 Суммарная длина L в ВИС, мкм + 2202 1080 1000 2000 20-30 %

4 Состав материала (концентрация легирующей примеси) COMP одинаковы = =

5 Удельная теплопроводность проводника X одинаковы = =

6 Удельное сопротивление проводника р одинаковы = =

7 Температура среды (максимально допустимая) ДОЛ * - 85 85 85 85 < 10 = =

8 Перегрев кристалла относительно окружающей среды ДТ, °С 15 2 15 11 - > <

9 Тепловое сопротивление слоев, отделяющих металлизацию от объема кристалла "тлю град/Вт - 41.9 Тепловые структуры одинаковы 33.54 - = <

10 Максимальный ток в проводнике (ток потребления) I, тА - 65 0.4 0.5 50 5-10% > <

Общая схема процесса анализа и оптимизации элементов функциональной металлизации может быть укрупненно представлена в виде трех последовательных этапов.

Первый этап включал в себя экспериментально - расчетный анализ электротермических нагрузок, возникающих в процессе функционирования

ЦМД СБИС, поиск сочетаний конструктивных, технологических и режимных факторов, минимизирующих возникающие в элементах нагрузки. При этом диапазон возможных вариаций параметров и, следовательно, минимально достигаемые нагрузки в конечном итоге определялся возможностями сохранения функциональных свойств анализируемого элемента - способностью создавать магнитные поля требуемой конфигурации и напряженности.

Второй этап алгоритма связан с непосредственной экспериментальной оценкой величины функциональных запасов на тестовых структурах, имитирующих варианты конструкции с оптимизированными значениями конструктивно-технологических параметров.

Третий этап связан с использованием модели электромиграционных отказов для проведения машинных испытаний КФЭ в диапазоне возможных значений режимных параметров и нагрузок. На основе сопоставления результатов прогноза количественных показателей надежности с требованиями ТУ по надежности принимается решение о надежностной аттестации данного КФЭ и устанавливаются ограничения на допустимые значения режимов применения ИМЭ.

Решение задач всех указанных этапов потребовало создания комплекса соответствующих математических моделей, включающего в себя:

• модели д ля расчета электрических и тепловых нагрузок на элементы металлизации;

• модели функционирования элементов, то есть формирования магнитного поля;

• модели оценки и прогнозирования долговечности под воздействием факторов электрических и тепловых нагрузок.

Результаты экспериментального исследования и численного моделирования теплового режима работы металлизации ЦМД СБИС показали, что локальный перегрев на отдельных участках проводника может достигать Тощ* = 50-60 градусов. При этом в области проводника с высокой плотностью тока 1011 А/и2 возникают весьма значительные температурные гра диенты порядка 106 -Ю7 град/м. Сочетание указанных факторов является предпосылкой для проявления элекгромиграционной деградации.

Явление электромиграционной деградации достаточно хорошо исследовано и предложено несколько моделей, описывающих данный процесс. Однако условия протекания этого процесса в элем сетах ЦМД СБИС оказались весьма специфическими, что обусловлено аномально высокими значениями плотности тока, связанными с этим нестационарным тепловым режимом работы металлизации ЦМД СБИС и специфическими, ранее не исследовавшимися системами металлизации на основе меди (Сг-Си-Сг и сплава

А1+4%Си). Все это потребовало проведения дополнительных исследований и модификации модели электромиграционных отказов.

Расчет функциональных характеристик рассматриваемых элементов металлизации - характеристик генерируемого магнитного поля - осуществлялся численно - разностным методом. Все упомянутые выше модели в совокупности составляли единый, взаимосвязанный логически программный комплекс.

На рис. 3. представлены некоторые результаты, относящиеся к оптимизации топологии элемента управляющей металлизации. В приведенном случае исследовалось влияние геометрического параметра длины тешгоотводящей части генератора магнитных доменов на показатели качества функционирования и долговечности. Как следует из рисунка, последовательное увеличение длины теплоотводящей части приводит к существенному снижению локальных температурных перегревов и температурных градиентов. Соответственно наблюдается резкое (в 20 раз) повышение долговечности по сравнению с исходным вариантом. В то же время, чрезмерное (I > 5а) увеличение параметра I, практически не улучшая характеристик температурного режима и долговечности, приводит к существенному ухудшению характеристик генерируемого магнитного поля (площадь перемалшчиваемого объема кристалла приближается к минимально допустимому значению). Таким образом, относительно данного параметра оптимальным оказалось соотношение На = 4.

На заключительном, третьем этапе, используя модель электромиграционных отказов по схеме метода ''машинных испытаний" было рассчитано распределение времени до отказа исследуемых элементов с учетом вариабельности параметров модели. Расчет был выполнен для двух систем металлизации (Ст-Си-Сг и А1+4%Си), возможность применения которых рассматривалась на этапе разработки.

Исходя из требуемых в ТУ на изделие значений долговечности на этом этапе оказалось возможным установить требования на режимы и условия применения, обосновать выбор оптимальных критериев отбраковки и режимов технологических термоэлектротренировок.

В четвертой главе производилась апробация методов реализации алгоритма надежностной аттестации процессов производства ИМЭ. Мониторинг статистической устойчивости и прогнозирование надежностных свойств по данным об отказах в сфере применения н эксплуатации ИМЭ

Ключевым элементом предложенного в работе алгоритма надежностной аттестации технологического процесса является оценка уровня и степени статистической устойчивости выходного уровня качества и надежности

Сечение А ¡3,8 { Д,

53,5

г

26,1

Сечение 6

2 ЗА

а) 1/а = 1 б) 1/а = 6.25

а), б) - изменение топологии в процессе оптимизации а - ширина металлизации; А,Б - сечение металлизации

в) перегрев в сечениях А,Б 1/а = 1 г) градист- температуры в сечениях А,Б

йТ,граа гРад!И

70 50 ЬО 10

3 <1 5 6 Ф

д) среднее время до отказа в сечениях А,Б е) магнитное поле и площадь домена Рис. 3. Оптимизация тонолопш элемента управляющей металлизации. Изменение характеристик режима И надежности при изменении длины токоотводящей части I.

производимых изделий. Непосредственным источником информации о достигнутом уровне являются данные об отказавших и забракованных изделиях из сферы применения и эксплуатации. Но использование этих данных для оценки статистической устойчивости процесса формирования надежностных свойств затруднено из-за колебаний объемов выпуска изделий. Эти колебания пе позволяют сопоставлять данные о числе отказов, относящиеся к изделиям, произведенным в различные календарные периоды. В работе был предложен и апробирован подход к анализу свойства статистической устойчивости данных об отказах из сферы применения и эксплуатации в условиях нерегулярного изменения объема выпуска изделий. Для этого было предложено рассматривать динамику случайного процесса возникновения отказов не в обычном, временном аспекте, а в "пространстве" накопленного объема выпуска.

На рис. 4 представлены примеры применения предлагаемой методики при проведении ретроспективного анализа данных об отказах на двух типах МОП БИС, относящихся к периоду выпуска 1985 - 1988 годов. В целом динамика изменения выходного уровня качества демонстрирует характерные для отечественной практики черты процесса освоения нового изделия., выделенные нами ранее. Во-первых, наблюдались существенные различия уровня качества и надежности для различных типов изделий. Среднее значение уровня рекламаций на изделии 1 примерно в 3 раза превышал аналогичный показатель для изделия 2 (средний выходной уровень дефектности у потребителей 0,7 % и 0,24 % соответственно). Надежностные свойства на обоих изделиях не обладали свойством статистической устойчивости, поэтому невозможно было гарантировать потребителю вероятность нахождения выходного уровня качества в некотором определенном диапазоне значений. Характерно, что контрольная карга для параметра, характеризующего уровень потерь на технологических испытаниях (рис. 4, в) на всем периоде наблюдения, показывает, что технологический процесс в это время может рассматриваться как статистически устойчивый. Таким образом, имело место проявление специфической "надежностной" проблемы, которая не может быть диагностирована стандартными средствами контроля качества изделий.

Рассмотрение особенностей динамики уровня отказов позволило предположить, что по крайней мере частично, отсутствие статистической устойчивости могло быть связано с изменением среднего уровня надежностных свойств в ходе совершенствования технологического процесса изготовления и конструкции анализируемых БИС. Для проверки этой гипотезы данные об отказах в координатах накопленного выпуска были проанализированы также с помощью методики кумулятивных (ч-сумм) контрольных карт рис. 4 г. Анализ показал, что для изделия I характерны два периода: на первом из них среднее значение уровня дефектности было велико и примерно постоянно около года.

100 90

50 40 30 га ю

а) контрольные карты для исходных данных о числе рекламаций: иСЬ = 35.1; ЬСЬ = 7.5

_I

>_1_I_I * .

/ 2 3 4 5 6 7 6 3 10 » 12 15 14 15 16

/1/номер

К

ОГК

40

го го ю

Ж1 .с

ЛЫ.

1 2 3 4 5 6 1 & 9 -10 11 11 N¡11 0

/9 0,6 0,5 0,4 0,3

о,г 0,1

V-

12 2 1 5 6 7 8 3 10 11 12 13 15 15 Щ

Ф к0(гтр0лы1ыекар7ы для исходных данных о числе рекламаций: иСЬ = 22.4; ЬСЬ= 1.6

в) контрольная карта для уровня отхода в технологическом процессе: 1ХХ=0.579;

шь=о.в

г) ц -сумм карты для уровня рекламаций

1 2 3 4 5 6 7 <5 3 10 11 12 13 14 15 Л'/л^

Рис. 4. Динамика изменения среднего числа рекламаций в координатах накопленного объема выпуска: а), г) дли изделия 1, б), в) для изделия 2

1_1

I_I_1

Затем среднее значение уровня дефектности существенно уменьшилось и оставалось постоянным на протяжении всех последующих периодов выпуска. Таким образом, очевидно, данное изделие было передано в производство недостаточно отработанным. Меры, принятые в результате анализа данных об отказах, накопленных в течение опытного и начала серийного производства, оказались достаточно эффективны. Они привели к существенному (трехкратному) повышению уровня надежности. При этом также было достигнуто состояние статистической устойчивости и следовательно предсказуемости выходного уровня качества. Таким образом, были созданы необходимые предпосылки для надежностной аттестации процесса производства и предоставления объективных гарантий уровня качества и надежности для потребителей.

Существенным ограничением методики анализа и надежностной аттестации производственного процесса по данным об отказах, получаемым из сферы применения и эксплуатации, является запаздывание получаемой с его помощью информации. Для повышения уровня оперативности данного метода анализа в работе было предложено использовать контрольные карты для числа отказов, скорректированные с учетом функции лага - задержки во времени поступления информации об отказах. В этом случае полное ожидаемое число отказов Дп» от 1-й совокупности продукции к моменту контроля можно представить в виде:

Ал» = гц!к / Р ы, (7)

где №1к - количество рекламаций, полученное на момент контроля (к от ¡-й совокупности продукции; Ры - значение функции лага, численно равное доле рекламаций, приходящих за временной интервал 1 = & - й после выпуска изделий. При этом функция лага может бьгп» построена на основе усреднения ранее наблюдавшихся особенностей потока отказов.

Моделирование ситуации оперативного мониторинга среднего уровня рекламаций изделия 1 с учетом функции лага ( 7) показало, что в этом случае оказывается возможным предсказание повышения среднего уровня рекламаций почти за год до момента получения полного объема данных. Причинно - следственное моделирование формирования выходного уровня качества в процессе производства ИМЭ

Использование в контуре управления модели формирования выходного уровня качества и надежности позволяет оперативно прогнозировать выходной уровень качества и надежности и обеспечивать его причинную объяснимость, что является необходимым условием доя надежностной аттестации процесса производства и совокупностей выпускаемой продукции. В

работе был апробирован подход к построению и использованию такого рода модели на примере процесса производства МОП БИС.

В качестве основных выходных переменных в модели использовалась средняя вероятность появления дефектных изделий в готовой продукции, а также средний уровень рекламаций с различных этапов жизненного цикла изделий. Модель характеризует процесс формирования выходного уровня дефектности по мере продвижения изделий по стадиям производственного процесса. С этой целью используется система рекурентных соотношений, связывающих уровень дефектности на его входе и выходах смежных операций контроля или отбраковки:

Оц = Ои-1 (1-0,д)АК, (8)

Уу = Б;,и 8ц/(1-К|),

где: Бул - средний уровень дефектов 1-го вида, фиксируемый на входе 1-ой операции; бц-эффективность 1-ой контрольной или отбраковочной операции относительно ¡-го вида дефекта; Уц - средний уровень дефекта ¡-го вида в совокупности изделий, отбракованных на 1-ой операции; К] коэффициент выхода годных некоторой 1-ой операции относительно анализируемой ¡-ой группы дефектов. (Величина Бу рассматривается одновременно как выход 1-ой операции и как вход 1+1-ой).

Изменение уровня дефектности возможно также в результате технологических обработок, в ходе которых генерируются дополнительные дефекты. В этом случае, пренебрегая вероятностью одновременного нахождения на изделии более чем одного вида дефекта, для вероятности наблюдения 1-го вида дефекта в партии продукции после обработки на 1-ой технологической операции можно записать:

Бу = 0,,и + Сд, (9)

где Су - вероятность генерации 1-го вида дефекта на 1-ой операции; Бу-1 -вероятность нахождения такого дефекта в исходной партии.

Связь выходного уровня качества (дефектности) Эу, с уровнем надежности г; устанавливалась на основе использования коэффициентов корреляции тц между прогнозируемым уровнем дефектов на выходе системы и данными об отказах из сферы применения и эксплуатации.

га = т)11 -П1-1Чгод; (10)

Основная трудность моделирования процесса формирования выходного уровня качества связана с потенциально большим, влияющим на него числом операций, и большим количеством типов дефектов, то есть большой потенциальной размерностью задачи. Для преодоления указанной трудности в работе прежде всего было ограничено количество типов рассматри-

ваемых дефектов. На основе обобщения результатов анализа отказов за длительный период для моделирования были выделены четыре основных, устойчиво наблюдающихся вида дефектов, инициирующих возникновение отказов. Эти отказы классифицируются при анализе как "загрязнения кристалла", "механические повреждения металлизации", "растравы металлизации", "растравы охисных слоев". В совокупности указанные виды дефектов были ответственны за более чем 90% общего числа отказов, что обеспечивало требуемый уровень адекватности модели.

Для снижения размерности задачи применялось также агрегированное описание структуры системы, то есть выделение в ее составе таких подсистем, взаимодействием которых можно было бы со степенью точности, адекватной цели моделирования, описать поведение системы в целом. С учетом рассматриваемых в работе типов дефектов были выделены три основные подсистемы, качественно различающиеся по условиям возникновения, выявления и отбраковки дефектов. Первая подсистема — совокупность технологических и контрольных операций групповой обработки кристаллов БИС в составе пластины. На этой стадии происходит образование ряда дефектов.

Вторая подсистема включает в себя операции разделения пластин на кристаллы и сборку БИС. На данной стадии происходит возникновение и развитие некоторых из рассматриваемых видов дефектов, а также осуществляется их контроль и отбраковка.

Третья подсистема — совокупность технологических отбраковочных испытаний. В ходе этих испытаний имитируются воздействия на изделия факторов применения и эксплуатации с целью развития и проявления дефектов и осуществляется контроль для их устранения.

Определение параметров и входных переменных модели производилось путем непосредственного статистического изучения в ходе технологического процесса производства изделий МОП БИС. Очевидно, что определение параметров и использование модели ( 8 - 10) для прогнозирования надежностных свойств возможно только в случае статистической устойчивости процессов, влияющих на формирование уровня дефектности. Поэтому на всех этапах параметризации модели при помощи контрольных карт производилась проверка статистической устойчивости уровня всех рассматриваемых видов дефектов.

В таблице сведены результаты исследования процесса формирования выходного уровня качества и надежности относительно доминирующих видов дефектов в исследованном процессе производства МОП СБИС.

В первом столбце таблицы 2 приведены данные, суммирующие результаты статистического анализа всех четырех видов дефектов на выходе первой

подсистемы - совокупности операций групповой обработки кристаллов БИС. Изучение статистических характеристик дефектов на этих операциях осуществлялось выборочным методом. Контролю подвергались одна - две пластины от рада партий, проходивших обработку по указанным технологическим операциям в течение 2-3 месяцев. На каждой пластине визуально контролировались по 33 модуля при 480*-кратном увеличении. При этом для всех исследуемых видов дефектов проверка при помощи контрольных карт Шу-харта подтвердила высокую степень статистической устойчивости для числа (доли) кристаллов, содержащих дефекты на пластине.

Уровень дефектности на выходе подсистемы групповой обработки является входным для подсистемы индивидуальной обработки кристаллов. В процессе индивидуальной обработки БИС основным способом устранения указанных дефектов являлся визуальный контроль с увеличением от 36х до 56х крат. Экспериментальное изучение статистических характеристик изменения уровня дефектности на операциях индивидуальной обработки и контроля кристаллов осуществлялось путем взятия представительных выборок от ряда партий изделий 565РУ1, проходивших обработку на протяжении нескольких месяцев, и исследования их с помощью оптического микроскопа с увеличением 480*.

Анализ при помощи карт Шухарта показал, что анализируемый процесс может считаться статистически устойчивым (наблюдался лишь один случай выхода уровня дефектности за контрольные границы в начале исследования).

Полученные в результате анализа оценки параметров математической модели для уровня дефектности и эффективности отбраковки дефектов в Табл. 3. Приведенные в таблице данные свидетельствуют о весьма низкой эффективности обнаружения дефектов внешнего вида металлизации при помощи операций визуального контроля. Применяемый при контроле диапазон увеличений позволяет обнаруживать лишь очень грубые дефекты металлизации, составляющие незначительную часть в общем количестве опасных дефектов, подлежащих отбраковке.

Применительно к дефектам типа "растрав окисла", "механические повреждения кристалла", и его "загрязнения" выявилась значительно более высокая эффективность операции визуального контроля. В общем случае на нее влияли размер и контрастность дефектов. Но даже для наиболее крупных и отчетливых дефектов эффективность визуального контроля не превышала значения 0,9-0,93, что скорее всего определялось пределом психофизиологических возможностей операторов. Выявилось также, что именно сборочные операции являются основным источником механических повреждений кристаллов.

Таблица 3.

Результаты экспериментальных исследований и расчета параметров модели формирования выходного уровня дефектов для подсистемы индивидуальной обработки БИС

№ п/п Вид дефекта Исходный уровень, % Эффективность операции контроля эл. параметров Интенсивность генерации дефектов, % Эффективность визуального контроля кристалла Результирующий коэффициент отбраковки Уровень дефектов в годной продукции Доля отказавших изделий в % от годовой продукции Вероятность возникновения отказа

на резке на сборке РахЮ-2 % на входном контроле на этапе применения на входном контроле на этапе применения

1 Растравы А1, в т.ч.: -частичные - полные 2.7 2.7 0.68 0.92 - - - 0,26 2.3 4.6x10-3 4.6x10-3 2х10-з 2x10-3

2 Растравы окисных слоев 4.7 0.73 - - 0.36 (0.91) 0.29 2.2 1.5х10-3 2.бх10'3 0.7x10-3 1.2x10-3

3 Механические повреждения кристалла 0.4 0.83 3.48 2.65 0.93 0.43 1.7 3.3x10-3 1.4x10-3 1.9х10-з 0.8x10-3

4 Загрязнения кристаллов локальные (единичные) 0.4 0.72 - - 0.36 0.23 3.4 7,0х10-2 3.8х10-2 2.1х10"2 1.1x10-2

5 крупные (массовые) - - 3.68 1.27 0.93

1. Примечание: Значение в скобках - для наиболее крупных и ярких дефектов.

При изучении характеристик системы технологических испытаний нами была применена схема организации эксперимента, основанная на испытаниях специально сформированных партий БИС, содержащих дефекты одного определенного типа. Изделия, содержащие изучаемые виды дефектов, были отобраны при проведении операции контроля внешнего вида непосредственно перед их герметизацией. Для обеспечения корректности эксперимента в каждую партию помимо дефектных изделий было включено равное количество бездефектных БИС, отобранных из тех же рабочих партий. В седьмой графе Табл. 3 представлены оценки, характеризующие эффективность подсистемы технологических отбраковочных испытаний относительно моделируемых видов дефектов.

В качестве критерия эффективности в данном случае использовалось отношение условной вероятности выявления данного вида дефекта (Вц) к среднему коэффициенту выхода годных системы или операции:

Рц = 8у/Кц,

если указанное отношение меньше единицы, то происходит уменьшение доли данного ьго вида дефектов в продукции.

Как следует из Табл. 3, из всех рассмотренных дефектов наиболее эффективно осуществляется выбраковка БИС, содержащих механические повреждения. В то же время, в среднем отбраковочный эффект относительно рассматриваемых видов дефектов весьма мал. По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что система технологических (отбраковочных) испытаний уменьшает долю изделий в годной продукции, содержащих надежностные дефекты, на 20-30%. Но происходящее при этом среднее уменьшение не может считаться достаточным, что подтверждается большим уровнем отказов в процессе применения и эксплуатации.

В последних столбцах Табл. 3 приведены данные, характеризующие средний годовой уровень рекламаций по анализируемым в данной работе видам дефектов в процентах от общего объема поставки, а также рассчитанные по соотношению (10) коэффициенты ц, связывающие уровень дефектности на выходе системы отбраковочных испытаний со средним годовым уровнем рекламаций. Как видно из таблицы, наблюдается преимущественное развитие отказов изделий, содержащих загрязнения кристалла. Численное значение этого коэффициента для изделий, содержащих загрязнения, соответствует отказу каждых двух из сотни загрязненных изделий, прошедших в годную продукцию. Аналогичные коэффициенты для других рассматриваемых видов дефектов соответствуют нескольким отказам из каждой тысячи изделий, содержащих эти дефекты.

Это приводит к изменению долей дефектов различного типа в наблюдаемых отказах. Действительно, если прогнозируемый уровень всех рассматриваемых в данной работе видов дефектов примерно одинаков на выходе системы технологических испытаний (от 1,7% до 3,4%), то в изделиях, забракованных на различных этапах применения, отказы, связанные с загрязнением, доминируют (90%).

Результаты такого вида моделирования дают адекватное представление о причинно - следственных связях, определяющих выходной уровень качества и надежности, что обеспечивает принятие обоснованного решения о потенциальной возможности производственного процесса обеспечить установленные требования по надежности изделий. С другой стороны наличие такого рода модели позволяет выделить операции и обосновать выбор информативных, с точки зрения надежностных свойств, параметров производственного процесса, подлежащих контролю. Наконец, наличие модели позволяет концентрировать ресурсы на тех элементах производственного процесса, совершенствование которых будет наиболее эффективным в части повышения результирующего уровня качества и надежности.

В частности, рассмотренная в работе модель была использована для оценки и сопоставления эффективности различных вариантов системы обеспечения выходного уровня качества и надежности МОП БИС. Было показано, что возможности повышения уровня качества и надежности за счет повышения эффективности контрольно - отбраковочных операций ограничены значительным возрастанием уровня затрат на та реализацию. Основные резервы экономически эффективного повышения качества связаны со снижением уровня вариабельности в рассматриваемой системе - уменьшением среднего значения и разброса уровня доминирующих видов дефектов.

В пятой главе работы рассматриваются вопросы, связашше с применением методов информационной технологии для реализации рассмотренных в работе методов и алгоритмов.

Полученные в работе результаты показывают, что использование предлагаемых методов управления и обеспечения качества, позволяя существенно повысить потенциально достижимый уровень качества и надежности, сопровождается существенным усложнением алгоритмов управления, ростом объемов и разнообразия используемых данных и знаний. Это позволило сделать вывод, что переход к эффективной стратегии обеспечения надежностных свойств ИМЭ предполагает изменение самой "технологии" реализации специфических надежностных функций управления. Она должна основываться на использовании средств современной информационной технологии.

Исходным моментом в использовании средств информационных технологий является обобщения и структуризация данных и знаний, используемых при реализации функций управления надежностными свойствами ИМЭ.

Проведенный в работе анализ функций системы управления показателями качества и надежности ИМЭ основывался на выделении трех основных этапов жизненного цикла:

• этап разработки элементов приборной и конструктивно-технологической базы нового поколения изделий;

• этап разработки конкретного изделия;

• этап производства и применения изделий.

Для детализация функций управления для каждого из выделенных выше этапов в работе были построены укрупненные функциональные модели. Использование указанных моделей позволило выделить следующие основные типы информации, используемой и создаваемой при реализации процессов управления и обеспечения надежностных свойств:

• сгруюуризованная физическая информация о закономерностях формирования надежностных свойств ИМЭ и составляющих их элементов ПТБ-КТБ;

• структуризованная информация о свойствах и статистических характеристиках технологического процесса, определяющих надежностные свойства ИМЭ;

• фактологическая информация об уровне качества и надежности изделия и его элементов.

В работе рассмотрены принципы структуризованного представления основных компонентов базы знаний и данных, относящихся к формированию надежностных свойств ИМЭ и показаны возможности их практического применения при создании автоматизированных систем информационной поддержки специалистов, осуществляющих надежностную аттестацию ИМЭ. Указанная информация была структуризована в ваде базы знаний и данных (БЗ), включающей в себя совокупность четырех "библиотек":

« библиотеки конструктивно-функциональных элементов (КФЭ) ИМЭ;

• библиотеки нагрузок и функциональных требований к КФЭ ИМЭ;

• библиотеки типов конструктивно-технологических запасов (КТЗ), моделей их ранжирования и деградации;

• библиотеки типов и причинных факторов дефектов физической структуры КФЭ.

В работе предложены методы представления указанной информации, которые были апробированы на примерах типовых конструктивно-функциональных элементов ИМЭ: "токоаедущий металлизированный проводник", "подзатворный диэлектрик", "пассивирующее покрытие", "транзисторная структура", "сварное соединение гибкий вывод-металлизация". Эти методы были

использованы при разработке ряда нормативно - технических документов, а также при создании прототипов ряда компьютеризованных систем информационной поддержки, в том числе:

• прототипная информациошю - справочная система для обеспечения процедур надежностной аттестации конструкции ИМЭ;

• система автоматизированных рабочих мест специалистов, решающих задачи обеспечения показателей качества и надежности на этапе производства ИМЭ;

• автоматизированная экспертная система дня диагностики причин отказов и брака в производстве ИМЭ.

На основе рассмотренных в работе принципов классификации и структуризации информации были сформулированы принципы создания единой межотраслевой системы терминов и предложена основанная на них система классификации данных об отказавших изделиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1. Проведенный в данной работе анализ практики и действующей отечественной НТД, регламентирующей функционирование систем управления и обеспечения качества ИМЭ, позволил выявить наличие системных факторов, обуславливающих их существенно более низкую технико - экономическую эффективность по сравнению с методами, используемыми передовыми мировыми производителями.

2. Преодоление ограничений существующих систем, переход к экономически и технически эффективным стратегиям управления связаны с необходимостью освоения методологии и инструментария теории управления на основе качества, физического направления в теории надежности ИМЭ.

3. Реализация эффективной стратегии управления надежностными свойствами предполагает реализацию следующих методологических принципов:

• принцип выделения и реализации специфических функций управления и обеспечения надежностных свойств в составе общего комплекса задач управления качеством;

• принцип целостной оптимизации системы по критерию минимума затрат на всей протяженности жизненного цикла ИМЭ, что предполагает: —оптимальную скоординированностъ специфических функций управления надежностными свойствами с этапами формирования функциональных свойств на протяжении жизненного цикла поколений ИМЭ -концентрацию усилий по обеспечению надежности на этапе разработки, использование единой системы формирования и использования базы данных и знаний ;

—перенос центра тяжести усилий по обеспечению надежности с контроля и отбраковки на систему предотвращения появления дефектов.

• принцип снижения вариабельности как основной способ достижения экономически эффективного роста качества и надежности;

4. Необходимость обеспечения требования операциональносги требует отказа от использования статистических испытаний как основного источника информации для обоснования решений при аттестации надежностных свойств ИМЭ. Для этих целей предлагается использовать развитые в работе алгоритмы надежностной аттестации конструкции ИМЭ и надежностной аттестации технологического процесса.

5. Эффективная реализация процесса надежностной аттестации конструкции по предлагаемому алгоритму предполагает использование:

• логической схемы "обзора проектного решения", декомпозирующей процесс принятия решения на совокупность более простых задач оценки/классификации надежностных свойств элементов;

• принципа исчерпывающего поэлементного подхода;

• декомпозиции конструкции на совокупность "конструктивно - функциональных элементов", операционально определенных критериев физической модели "нагрузка - прочность" и основанных на них качественных критериев классификации надежностных свойств.

6. Эффективная реализация алгоритма надежностной аттестации технологического процесса предполагает использование:

• совокупности операциональных критериев состояния технологического процесса с точки зрения надежностных свойств ИМЭ, основанных на использовании концепции запаса и стабильности функциональных свойств критичных элементов с учетом их вариабельности;

• логики принципа "непрерывного совершенствования", основанного на последовательном выявлении и устранении "особых" и снижении "общих" причин вариабельности функциональных запасов критических элементов конструкции;

• принципа обеспечения статистической устойчивости качественного состава выходного уровня дефектности и причинной реализуемости закономерностей его формирования;

• предоставление потребителям результатов контроля коэффициентов воспроизводимости и статистической устойчивости операционально определенных критериев как свидетельства гарантий качества и надежности выпускаемых совокупностей продукции.

7. Реализуемость предлагаемых в работе алгоритмов управления и обеспечения надежностных свойств ИМЭ может быть обеспечена при условии применения эффективных систем накопления данных и знаний о закономерностях

формирования и проявления надежностных свойств, использующих методы информационной технологии.

8. Опыт практической апробации основных элементов предлагаемых в работе методологических принципов, алгоритмов и конкретных методов их реализации позволяет сделать вывод- они могут быть успешно использованы отечественными производителям при создании систем управления, обеспечивающих высокий уровень технике - экономической эффективности и гарантии качества и надежности ИМЭ для потребителей.

По теме диссертации опубликовано 56 работ, отражающих ее основные научные результаты. Наиболее существенные результаты представлены в следующих работах:

1. Рубаник Ю.Т. Выбор и обоснование критериев эффективности системы управления надежностью изделий микроэлектроники. В кн. Сборник научных трудов "Активируемые процессы технологии микроэлектроники". М. :МГИЭТ,-1994-, С. 196-198.

2. Рубаник Ю.Т. Информационный анализ и обоснование логической структуры алгоритма надежностной аттестации надежностных свойств ИМЭ. В кн. Сборник научных трудов "Активируемые процессы технологии микроэлектроники". М.:МГИЭТ. -1994-. С.176- 195.

3. Рубаник Ю.Т. О принципах тдежноегтш-ориентированной разработки ИС. М.:Электронная техника. Сер. 8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. -1991-.Вып. 3(145). С.5-8.

4. Рубаник Ю.Т. 14 Пунктов Деминга - программа действий для выживания производителей России? Стандарты и качество.№7.-1995.-с.39-41

5. Рубаник Ю.Т., Клейменов ГА., Пискунов А.И., Чистякова C.B. Информационное обеспечение процесса аттестации проектных решений. В кн.: Сборник научных трудов "Физико-химические процессы микроэлектронной технологии". М.: МГИЭТ.-1993.-С. 125-130.

6. Астраханский Ю.Л., Рубаник Ю. Т., Чистякова C.B. Методы оценки качества проектных решений ИЭТ основанных m знаниях о физике отказов. М.¡Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. -1991-. Вып. 3(145). С.17-20.

7. Рубаник Ю.Т., Смирнов А,С. Надежностная аттестация и оптимизация новых элементов конструктивно - технологического базиса СБИС в процессе разработки. М.:Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. -1991-Вып. 3(145). С.13 -16.

8. Рубаник Ю.Т., Чистякова C.B. Структура базы знаний по физике отказов для решения задач верификации проектных решений ИЭТ. М. ¡Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. -1991-. Вып. 3(145). С.8-13.

9. Астраханский ЮЛ., Бережной В.П., Демочко ЮА, Корнеев В.В., Лапина Е.И., Новиков C.B., Рубаник Ю.Т. Принципы структурирования и классификации информации об отказавших и дефектных изделиях. M. .'Электронная техника. Сср.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. -1991-. Вып. 3(145). С.27 - 28.

10Астраханский ЮЛ., Демочко ЮА., Рубаник Ю.Т. Исследование физики отказов для увеличения надежности И ЭТ. М.:Электронная промышленность. №6.-1990-, С.30 - 32.

11 .Рубаник Ю.Т., Щекотов А.П. Применение метода контрольных карт в задаче мониторинга показателей выходного уровня качества и надежности ИЭТ. В сборнике тезисов докладов научно- практической конференции " Повышение эффективности управления качеством производства на основе применения системы информационно - математического моделирования", Винница.: -1989-.С. 44 - 45.

12.Морозов Е.А., Рубаник Ю.Т., Титов В.И,,Уросов В.Н. Программное обеспечение АРМ технолога участка тестового контроля СБИС. Электронная промышленность. №9. -1988.- С.37-39.

13.Вернер В Д., Морозов Е.А., Рубаник Ю.Т. Средства математического обеспечения АРМ технолога участка контроля тестовых структур СБИС. Электронная промышленность. №9.-1988.-С.39-44.

И.Крутов В .А., ОдяевичВ.А., Рубаник Ю.Т. А втоматизированное рабочее место технолога цеха отбраковочных испытаний. Электронная промыш-ленностъ-№9.-1988-.С.45-47.

15.Григорашвили Ю.Е., Рубаник Ю.Т., Смирнов A.C. Моделирование электромиграционных отказов элементов металлизации БИС im цилиндрических магнитных доменах. Электронная техника. Сер.З. Микроэлектроника. -1987.-Вып. 1(121).С.96-101

16.Григорашвшш Ю.Е., Рубаник Ю.Т., Смирнов A.C. Автоматизация процедур синтеза и оптимизации элементов металлизации БИС на ЦМД. Электронная техлика. Сер.З. Микроэлектроника. Вып.4(120). -1986.-С78-82.

17. Рубаник Ю.Т., Морозов Е,А. Моделирование тестовых структур для контроля повреждений физической структуры БИС. В кн. Сб. научных трудов МИЭТ. "Технология, проектирование и надежность интегральных полупроводниковых схем."-1986.-С.78-89.

18 Абрамов В-Д., Пискунов А.И., Рубаник Ю.Т. Модификация многошаговой процедуры принятия решений Беллмана-Заде в размытых условиях для систем микроэлектроники. Техническая кибернетика.№4.-1985.-С.41 -48.

19.Алексапян И.Т., Бабетсо E.H., Рубаник Ю.Т. Изучение надежности БИС методам машинных испытаний. Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. Вып.4(109).-1984.-С.32-37.

20.Рубаник Ю.Т.,Пискунов А.И., Абрамов В .Л. Процедуры оптимизации системы контроля и испытаний микроэлектронных элементов на основе нечетких моделей. Надежность и контроль качества. №10,-1983.-С.50-56

21.Писхунов А.И., Рубаник Ю.Т., Абрамов ВА. Использование нечетких множеств для прогнозирования надежности микроэлектронных систем. Надежность и контроль качества. J&9.-1982.-C.30-37.

22. Рубаник Ю.Т., Пискунов А.И. Абрамов В.А. Исследование нечетких моделей для оценки уровня надежности изделий микроэлектроники. Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. Вып.4(90).-1981 .-С. 58-61.

23.Астраханский Ю.Л., Рубаник Ю.Т. Влияние зарядовой нестабильности т надежность биполярных интегральных схем. Электроннная техника.Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. Вып. 4(90). -1981.-С.45-48.

24.Астраханский ЮЛ., Волков С.И., Рубаник Ю.Т. Имитационное моделирование процессов переноса в элементах интегральных схем. Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. Вып.4(90).-1981 .-С.40-44

25.Алексанян И.Т., Рубаник Ю.Т., Вернер В.Д. Интенсивность электромиграционных отказов алюминиевой металлизации интегральных схем. Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. Вып.З(65).-1978.-С.217-222.

26.Алексанян И.Т., Васенков A.A., Рубаник Ю.Т. Прогшзирование надежности элементов ИСпо эффективности контрольных операций. Электроннная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология , испытания. Вып. 1(61).-1976-С.57-61

27Алексанян И.Т., Кривошапко В.М., Рубаник Ю.Т. Моделирование элек-тромиграциотых отказов элементов И С на ЭВМ. Электронная техника . Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. Вып. 6(48).-1976.-С.39-47.

Заказ № Тираж 100 Обьем 2.2 уч. изд. л Бесплатно

Отпечатано в типографии МГИЭТ