Обеспечение и гарантирование качества современных СБИС Проблемы – отложенные и новые. С.И. Волков, С.Б.Подъяпольский, Е.С. Темников НИИСИ РАН 1

2 Проблемы нормативной базы, доставшиеся в наследство из XX века Испытания годной продукции – высокие затраты ресурсов при минимальной информационной отдаче : Несоразмерность объемов испытаний их информативности Несоразмерность затрат на испытания затратам на изготовление Гарантирование радиационной стойкости - отсутствие внятной стратегии за пределами квалификационных испытаний Отсутствие гибкой системы гарантирования радиационной стойкости, в том числе гарантирования технологическим процессом изготовления «Выпадение» испытаний по подгруппе E из контекста ГОСТ РВ Несовершенство нормативной базы микросборок и многокристальных модулей

НИИСИ РАН 3 Новый «вызов»: разделение функций внутри единой «цепочки поставки» - «разбегание» участников по ее узким участкам (проектирование, изготовление фотошаблонов, обработка пластин, сборка, испытания) Отсутствие стратегии гарантирования качества при аутсорсинге – проведении части производственного процесса на сторонних предприятиях, включая зарубежные нормирования взаимоотношений дизайн-центров и кремниевых фабрик нормирования режима fabless / foundry Отсутствие стратегии обеспечения потребителей в условиях морального износа изделий создания и поддержки страховых запасов пластин /кристаллов (die banks) создания и поддержки страховых запасов микросхем в пластмассовых корпусах, в том числе, контроля их качества

НИИСИ РАН 4 Пути оптимизации объемов контрольных испытаний Введение новых признаков конструктивно-технологического подобия, опирающихся на понятие «базовый технологический процесс», как неразрывное единство четырех элементов: единый маршрут изготовления и одинаковые режимы технологических операций (комплект технологических документов на базовый процесс) единые методы, средства и критерии контроля технологического процесса (универсальный параметрический монитор) единые правила проектирования (конструктивно-технологические ограничения) для конкретных применений подконтрольный (стабильный) технологический процесс

НИИСИ РАН 5 Пути оптимизации объемов контрольных испытаний (продолжение) формирования Принципы формирования конструктивно-технологических групп Конструктивно-технологические группы для подгрупп испытаний, предназначенных для провоцирования развития дефектов, характерных для особенностей изготовления кристаллов По ОСТ В : совокупность типов интегральных микросхем, обладающих конструктивной, электрической и, при необходимости, информационной и программной совместимостью и предназначенных для совместного применения (группа типов) Новое правило: изготовление в одном базовом технологическом процессе + одно количество активных элементов на кристалле + один уровень стойкости к воздействию статического электричества Конструктивно-технологические группы для подгрупп испытаний, предназначенных для провоцирования развития дефектов, характерных для особенностей сборки По ОСТ В : один тип корпуса, одинаковое количество выводов, одинаковый способ монтажа кристалла и герметизации Новое правило: то же + один шаг между выводами + одни конструкционные материалы корпуса и материал покрытия + один изготовитель корпуса + один технологический процесс сборочных операций

НИИСИ РАН 6 Основы стратегии гарантирования радиационной стойкости при серийном производстве Введение в нормативную документацию двух направлений обеспечения радиационной стойкости микросхем: Изготовление микросхем в технологическом процессе с гарантированным уровнем радиационной стойкости – процессе, обеспечивающем получение характеристик физической структуры кристаллов микросхем, нечувствительных к воздействию радиационных факторов Применение в проекте микросхемы конструктивных решений, обеспечивающих требуемый уровень радиационной стойкости – схемотехнических и топологических решений, обеспечивающих неизменность функциональных и эксплуатационных характеристик микросхем в условиях деградации параметров физической структуры кристалла под влиянием радиационных воздействий.

НИИСИ РАН 7 Основы стратегии гарантирования радиационной стойкости при серийном производстве (продолжение) Использование испытаний группы Е в контексте ГОСТ РВ : нормирование гибкой системы испытаний на радиационную стойкость в рамках проведения контрольных испытаний, опирающейся на оптимизированное по затратам и рискам сочетание двух направлений обеспечения радиационной стойкости микросхем: Изготовление в «радиационно-стойком» технологическом процессе Плюсы: сокращение объемов радиационных испытаний СБИС, возможность использования традиционных проектных решений при создании радиационно-стойких микросхем – сокращение времени от заказа до освоения производства стойких СБИС Минусы: значительные затраты на разработку процесса с гарантированным уровнем радиационной стойкости, высокие затраты на реализацию процесса при изготовлении серийной продукции; суммарно длительное время на получение конечного продукта, необходимость периодического подтверждения сохранения гарантированного уровня стойкости путем натурных испытаний изделий Применение «радиационно-стойких» проектных решений Плюсы: отсутствие затрат на разработку специальных технологий, относительно низкая стоимость изготовления готовой продукции, более короткий суммарный срок до получения радиационно- стойкого серийного изделия. Минусы: затраты на разработку специальных проектных решений, ограниченность достижимых уровней радиационной стойкости необходимость испытаний каждого разработанного изделия

НИИСИ РАН 8 Направления совершенствования нормативной базы микросборок и многокристальных модулей Основная проблема: ОСТ В (ОТУ на микросборки и МКМ) копирует правила ОСТ В в части проведения контрольных испытаний. Объемы продукции, подлежащей испытаниям, существенно превышают объемы ее потребления, а использование принципов конструктивно-технологического подобия затруднительно из-за уникальности проектных решений практически каждого изделия. Предлагаемое решение: замена основного объема испытаний готовых изделий испытаниями их составных частей на основе приципов, заложенных в MIL-PRF

НИИСИ РАН 9 Проблемы гарантирования качества при аутсорсинге Проблемы узкой специализации: Производственная база ориентирована на поддержку ограниченного числа технологий – Каждый изготовитель ориентирован на производство изделий определенных конструктивно-технологических семейств Ориентация на единственного изготовителя резко ограничивает возможности разработчика Ориентация на единственного разработчика резко ограничивает номенклатуру и качество реализуемых проектов Аутсорсинг – общемировая тенденция расширения возможностей за счет привлечения сторонних ресурсов – следствия: Появление разработчиков микросхем, не обладающих собственной производственной базой Появление изготовителей микросхем, не обладающих возможностями их проектирования N разработчиков микросхем >> N изготовителей

НИИСИ РАН 10 Проблемы гарантирования качества при аутсорсинге (продолжение) Отечественная практика – работа на формальной основе РД и ОСТ В с «важным» уточнением: по правилам поставки микросхем поставлялся объект с неопределенными свойствами …Департамент Министерства обороны по закупке электронных компонентов столкнулся с проблемами, которые едва ли предвидели отцы-основатели системы QML – проблемами аутсорсинга, в первую очередь, работы в режиме fab-less и с использованием «банков кристаллов». Майкл Дж. Сэмпсон, руководитель Программы НАСА по электронным и электротехническим компонентам (NASA EEE Parts Program) (Презентация для Группы Министерства Обороны по планированию в микроэлектронике (Defense Microcircuit Planning Group – DMPG, 23 сентября 2004г., Коламбус, Огайо)

11 НИИСИ РАН Проблемы гарантирования качества при аутсорсинге (продолжение) ВРЕМЕННОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ РАЗРАБОТЧИКА МИКРОСХЕМ И ИЗГОТОВИТЕЛЯ ПЛАСТИН С КРИСТАЛЛАМИ ЗАКАЗАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ВРЕМЕННОЕ ПОЛОЖЕНИЕ Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические военного назначения. ПЛАСТИНЫ С КРИСТАЛЛАМИ ЗАКАЗАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Сроки введения – г. Краеугольный камень документов – гарантирование качества через изготовление продукции в рамках ранее верифицированных базовых технологических процессов

Проблемы гарантирования качества при аутсорсинге ( продолжение) Пластины с кристаллами заказанных элементов для изготовления микросхем 0,5 мкм 0,5 мкм 0,35 мкм ЭПИ КНИ ЭПИ 1867ВЦ2Т 1851ВЕ51У 5576ХС1Т 1867ВЦ4Т 1874ВЕ05Т 5576ХС2Т 1867ВЦ3Ф 1620РУ10У 5573ИН1У 1867ВЦ1Ф 1620РЕ4У 5573АП1Т 1302КН1Т 5518АП2Т 1302КН2Т 1875ВД2Т 1302КН3Т 5574ИН1У 5574ИН3У 5574ИН4У 5574АП5У 5574ИР1У 5574ИР2У 12 НИИСИ РАН

13 1 Контроль стабильности производственного процесса (аналог периодических испытаний) - опора на стратегию базовых технологических процессов требует повышения требований к контролю стабильности (статистическому контролю) производственного процесса 2 Регламентация отношений «изготовитель – разработчик» в постконтрактный период 3 Порядок прекращения поддержки базового технологического процесса (на основе принципов ГОСТ В15.801) НИИСИ РАН Проблемы гарантирования качества при аутсорсинге (продолжение) Направления совершенствования нормативных документов

Проблема морального старения процессов и морального износа изделий : действующие нормативные документы не позволяют компенсировать отказ от поддержки процесса созданием страховых запасов кристаллов / пластин / микросхем 14 НИИСИ РАН по отечественным стандартам по данным зарубежных поставщиков по отечественным стандартам по данным зарубежных поставщиков Кристаллы / пластины 1 год0,1 – 1 год1,5 года10 – 20 лет Микросхемы в герметичном корпусе 25 лет10 – 20 летне регл. Микросхемы в пластмассовом корпусе 25 летне более 2-х лет не регл.10 – 20 лет изделия в стандартной упаковке поставщика в отапливаемом хранилище в специализированной упаковке поставщика или в среде азота с точкой росы минус 65ºС

Проблемы качества микросхем в пластмассовом корпусе НИИСИ РАН 15 Снижение требований ОСТ В к микросхемам в пластмассовом корпусе: верхнее значение температуры при термоциклах +125ºС; снято требование по отсутствию органики; не проводится проверка герметичности и не проводится контроль содержания паров внутри корпуса; не проводится обнаружение посторонних частиц по уровню шума; не проводится испытание на воздействие линейного ускорения; не проводятся испытания внешних выводов на воздействие механических нагрузок (типы 2 и 6) не проводятся испытания в реальных условиях повышенной влажности не имеет компенсации альтернативными требованиями. Решение: частичная компенсация по MIL-PRF и EIA/JEDEC Standard No.47, направленная на оценку качества и мониторинг изменения свойств пресскомпозиции / полимера: испытание на воздействие повышенной влажности под давлением при наличии и в отсутствие электрической нагрузки и на воздействие соляного тумана и др.