Практический опыт отбраковки изделий микроэлектроники с использованием разрушающего физического анализа

Зелякова Т.И., к.т.н., Крутов Л.Н., к.т.н., Гришин М.В., Рубан С.О. ФГУ «22 ЦНИИИ Минобороны России»

Практический опыт отбраковки изделий микроэлектроники с использованием разрушающего физического анализа

Комплектование аппаратуры космического назначения и военной техники в настоящее время осуществляется только электронной компонентной базой (ЭКБ), прошедшей дополнительные отбраковочные испытания (ДОИ). Работы, проводимые в соответствии с программой ДОИ показали, что нередки случаи, когда серийная продукция заводов-изготовителей ЭКБ не соответствует предъявляемым требованиям. Для повышения достоверности информации о показателях надежности электрорадиоизделий (ЭРИ) и уровне качества возникла необходимость проведения дополнительных испытаний готовых изделий, одной из составляющих которых является метод разрушающего физического анализа (РФА).

В Центре исследования надежности и анализа отказов радиоэлектронной аппаратуры и комплектующих ее изделий 22 Центрального научноисследовательского испытательного института Минобороны России (далее Центр) разработаны методы РФА микросхем интегральных и полупроводниковых приборов и успешно проводятся необходимые исследования ЭРИ военного назначения.

РФА - это испытание и контроль со вскрытием корпусов ЭРИ с целью определения соответствия образцов требованиям нормативной и технологической документации (НД и ТД), а также выявления скрытых дефектов, которые связаны с нарушениями технологического процесса. Эти дефекты могут повторяться и иметь деградационный характер (например, дефекты металлизации, прочности сварных соединений, дефекты фотолитографии и т.п.). Состав и содержание методов РФА для отечественных ЭРИ представлен в полном объеме в РД В 319.04.47-2006 [1].

В рамках этого руководящего документа оговорены подходы к порядку отбора образцов на РФА, общие требования и конкретные рекомендации по порядку проведения РФА, взаимосвязь с действующей нормативной документацией, порядок проведения технологических операций с изделиями, рекомендации по контролю образцов, требования к фотографиям образцов и их дефектов.

Опыт показал, что наибольшее количество дефектных изделий выявляется на этапах внутреннего визуального контроля (ВВК) и контроля качества металлизированной разводки с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ).

Этап внутреннего визуального контроля (ВВК) осуществляется после вскрытия корпуса микросхемы или прибора и предназначен для проверки качества сборки ЭРИ, качества изготовления кристаллов, качества внутренних межсоединений, защитных покрытий, металлизированной разводки, отсутствие

1

загрязнений и т.п. Контроль осуществляется с помощью оптических приборов с различной степенью увеличения. При проведении ВВК требования к качеству изготовления определяются по ОСТ 11 073.013-2008 [2], ОСТ В11 0998-99 [3], ОСТ В11 0398-2000 [4], ГОСТ В 28146-89 [5]. и ОСТ В 11 0219-85 [6].

Основными причинами забракования ЭРИ по результатам РФА являются следующие:

- грязь на поверхности кристалла (внутренний визуальный контроль);

- наличие пустот в коммутационных шинах, отслаивание и коррозия металлизации, пониженный коэффициент запыления ступеньки окисла (контроль в растровом электронном микроскопе);

- усилие отрыва меньше нормы (проверка прочности внутренних соединений с использованием динамометра).

Распределение брака интегральных микросхем по видам испытаний в процентном отношении к общему количеству исследованных микросхем за 2010 г. приведены в таблице 1.

Таблица

Виды испытаний и признак несоответствия НТД Количество забракованных ЭРИ

шт. %, к общему кол-ву

Наличие пустот в коммутационных шинах, отслаивание и коррозия металлизации 52 8,7

Коэффициент запыления ступеньки окисла 11 1,8

Прочность внутренних соединений 9 1,5

Наличие инородной частицы в подкорпусном объеме 11 1,8

Г рязь на поверхности кристалла 12 2,0

Содержание паров воды в подкорпусном объеме выше нормы 3 0,5

Решение о допуске партий (спецпартий) ЭКБ к установке в аппаратуру принимается с обязательным учетом результатов ДОИ и РФА. Спецпартия - это прообраз западных ЭРИ уровня SPACE и российских ЭКБ категории качества «ОСД», которые заявлены в комплексе стандартов «Климат-7».

Работы, проведенные в соответствии с программой РФА показали, что заводы-изготовители не в состоянии по различным причинам реализовать все требования, выдвигаемые к спецпартиям. Например, оценку коэффициента запыления ступеньки окисла, величину подкорпусной влаги, испытания на наличие посторонних частиц в подкорпусном объеме и т.д. Поэтому Центр в части измерений и испытаний выполняет то, что не может реализовать завод-изготовитель, в том числе и проведение РФА, который должна выполнять независимая от изготовителя организация.

На сегодня комплектация аппаратуры космического назначения, передовой военной техники спец. партиями является единственным реальным направлением работ по ЭКБ, которое способно обеспечить длительную работоспособность аппаратуры и космических аппаратов в целом.

2

Центр проводил испытания ЭКБ для аппаратуры, используемой в космических аппаратах и передовой военной техники. Специалисты Центра готовы в целях повышения качества и надежности выпускаемой

радиоэлектронной техники провести соответствующие работы по дополнительным испытаниям ЭКБ, руководствуясь требованиями любого заказчика, с учетом области применения аппаратуры.

Литература

1. РД В 319.04.47-2006. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые военного назначения. Порядок и методы проведения разрушающего физического анализа качества партий изделий, поставляемых для высоконадежных радиоэлектронных средств вооружения.- С-Пб.:Изд.ОАО РНИИ «Электронстандарт», 2006.

2. ОСТ 11 073.013-2008 Микросхемы интегральные. Методы испытаний. -С-Пб.:Изд. ОАО РНИИ «Электронстандарт», 2008.

3. ОСТ В 11 0998-99. Микросхемы интегральные. Общие технические условия.- С-Пб.:Изд. ОАО РНИИ «Электронстандарт», 1999.

4. ОСТ В 11 0398-2000. Микросхемы интегральные. Общие технические условия.- С-Пб.:Изд. ОАО РНИИ «Электронстандарт», 2000.

5. ГОСТ В 28146-89. Приборы полупроводниковые. Общие технические условия.- М.: Издательство стандартов, 1990.

6. ОСТ В 11 0219-85. Приборы полупроводниковые. Методы

технологических (отбраковочных) испытаний.-С-Пб.: Изд. ОАО РНИИ

«Электронстандарт», 1986.

3