1

Algorytmy

Algorytmy

zapewnienia

zapewnienia

jakości i

jakości i

niezawodności

niezawodności

mikrosystemów

mikrosystemów

opracował: Grzegorz
Majewski

2

Technologie stosowane w produkcji

Technologie stosowane w produkcji

mikrosystemów korzystają z wielu

mikrosystemów korzystają z wielu

technik

znanych

z

produkcji

technik

znanych

z

produkcji

przyrządów półprzewodnikowych. Z

przyrządów półprzewodnikowych. Z

tego powodu algorytmy stosowane do

tego powodu algorytmy stosowane do

zapewnienia ich niezawodności są

zapewnienia ich niezawodności są

podobne. Algorytmy te obejmują:

podobne. Algorytmy te obejmują:



pomiary międzyoperacyjne

pomiary międzyoperacyjne



wytwarzanie struktur próbnych i

wytwarzanie struktur próbnych i

testowych

testowych



pomiary ostrzowe

pomiary ostrzowe



pomiary końcowe

pomiary końcowe

3

Pomiary

Pomiary

międzyoperacyjne

międzyoperacyjne

Pomiędzy

ważniejszymi

etapami

Pomiędzy

ważniejszymi

etapami

technologicznymi

przeprowadza

się

technologicznymi

przeprowadza

się

pomiary dostarczające informacji o

pomiary dostarczające informacji o

wynikach

bieżących

procesów

wynikach

bieżących

procesów

technologicznych. Pozwala to np. ocenić

technologicznych. Pozwala to np. ocenić

głębokość

wnikania

domieszki

po

głębokość

wnikania

domieszki

po

procesie implantacji i na tej podstawie

procesie implantacji i na tej podstawie

poprawiać parametry danego procesu (a

poprawiać parametry danego procesu (a

co za tym idzie – gotowych struktur) w

co za tym idzie – gotowych struktur) w

przyszłości.

przyszłości.

4

Struktury próbne

Struktury próbne

W skład każdej struktury próbnej

W skład każdej struktury próbnej

wchodzą

elementy

składowe

wchodzą

elementy

składowe

umożliwiające ocenę poszczególnych

umożliwiające ocenę poszczególnych

procesów

technologicznych

oraz

procesów

technologicznych

oraz

zależności między tymi procesami.

zależności między tymi procesami.

Umożliwiają one określenie m.in..

Umożliwiają one określenie m.in..

napięcia

przebicia

złącza

p-n,

napięcia

przebicia

złącza

p-n,

upływności,

rezystywności

upływności,

rezystywności

powierzchniowej, itp.

powierzchniowej, itp.

5

Pomiary ostrzowe (1)

Pomiary ostrzowe (1)

Przeprowadza się je przed podziałem

Przeprowadza się je przed podziałem

płytki na poszczególne struktury.

płytki na poszczególne struktury.

Elementy wadliwe oznaczane są

Elementy wadliwe oznaczane są

kroplą barwnego tuszu. Po operacji

kroplą barwnego tuszu. Po operacji

podziału są usuwane w trakcie

podziału są usuwane w trakcie

selekcji optycznej. Usuwane są także

selekcji optycznej. Usuwane są także

struktury o wadliwej geometrii (np.

struktury o wadliwej geometrii (np.

pęknięte przy podziale).

pęknięte przy podziale).

6

Pomiary ostrzowe (2)

Pomiary ostrzowe (2)

7

Pomiary końcowe (1)

Pomiary końcowe (1)

Po montażu i hermetyzacji w ramach pomiarów końcowych

Po montażu i hermetyzacji w ramach pomiarów końcowych

przeprowadza się testy mechaniczno-klimatyczne. Stosuje

przeprowadza się testy mechaniczno-klimatyczne. Stosuje

się następujące wymuszenia:

się następujące wymuszenia:



wysoka temperatura

wysoka temperatura



niska temperatura

niska temperatura



duża wilgotność względna

duża wilgotność względna



niskie ciśnienie

niskie ciśnienie



cykle temperaturowe

cykle temperaturowe



mgła solna

mgła solna



wibracje

wibracje



udary

udary



przyspieszenie stałe

przyspieszenie stałe



pleśnie i grzyby

pleśnie i grzyby

8

Pomiary końcowe (2)

Pomiary końcowe (2)

Rodzaje

prób

zależą

od

Rodzaje

prób

zależą

od

przeznaczenia

elementów

i

przeznaczenia

elementów

i

wymaganego poziomu jakości:

wymaganego poziomu jakości:

A.

A.

elementy standardowe

elementy standardowe

B.

B.

elementy profesjonalne

elementy profesjonalne

C.

C.

elementy

o

podwyższonej

elementy

o

podwyższonej

niezawodności

niezawodności

D.

D.

elementy do zastosowań specjalnych

elementy do zastosowań specjalnych

9

Pomiary końcowe (3)

Pomiary końcowe (3)

Pomiary w grupie A obejmują

Pomiary w grupie A obejmują

sprawdzenie:

sprawdzenie:



wymiarów

wymiarów



oznakowań

oznakowań



podstawowych

parametrów

podstawowych

parametrów

elektrycznych

elektrycznych

10

Pomiary końcowe (4)

Pomiary końcowe (4)

Pomiary w grupie B dodatkowo

Pomiary w grupie B dodatkowo

obejmują:

obejmują:



testy mechaniczno-klimatyczne

testy mechaniczno-klimatyczne

(wytrzymałość

mechaniczna

wyprowadzeń,

(wytrzymałość

mechaniczna

wyprowadzeń,

szczelność, lutowność, udary wielokrotne, spadki

szczelność, lutowność, udary wielokrotne, spadki

temperatury, itp.)

temperatury, itp.)



sprawdzenie odporności na narażenia

sprawdzenie odporności na narażenia

elektryczne

elektryczne

(polaryzacja wsteczna, obciążenie większą mocą,

(polaryzacja wsteczna, obciążenie większą mocą,

itp.)

itp.)

11

Pomiary końcowe (5)

Pomiary końcowe (5)

Pomiary w grupie C to dodatkowe

Pomiary w grupie C to dodatkowe

testy selekcyjne:

testy selekcyjne:



cykle temperaturowe

cykle temperaturowe



krótkotrwałe udary i wibracje

krótkotrwałe udary i wibracje



kontrola szczelności

kontrola szczelności



praca w warunkach granicznych

praca w warunkach granicznych



wygrzewanie

wygrzewanie

12

Pomiary końcowe (6)

Pomiary końcowe (6)

Pomiary w grupie D pozwalają

Pomiary w grupie D pozwalają

określić niezawodność przy pracy w

określić niezawodność przy pracy w

warunkach specjalnych. Ich rodzaj

warunkach specjalnych. Ich rodzaj

zależy od narażeń środowiskowych

zależy od narażeń środowiskowych

jakim będzie poddany mikrosystem.

jakim będzie poddany mikrosystem.

Testy te mogą badać np. odporność

Testy te mogą badać np. odporność

na pleśń, mgłę solną, itp.

na pleśń, mgłę solną, itp.

13

Pomiary końcowe (7)

Pomiary końcowe (7)

W pomiarach końcowych stosuje się

W pomiarach końcowych stosuje się

także:

także:



mikroskopię w podczerwieni

mikroskopię w podczerwieni

(lokalizacja

(lokalizacja

naprężeń)

naprężeń)



radiometrię w podczerwieni

radiometrię w podczerwieni

(otrzymana

mapa

rozkładu

temperatury

na

(otrzymana

mapa

rozkładu

temperatury

na

powierzchni płytki pozwala ocenić jakość połączeń,

powierzchni płytki pozwala ocenić jakość połączeń,

kontaktów, zlokalizować rysy i pęknięcia)

kontaktów, zlokalizować rysy i pęknięcia)



mikroskopię elektronową

mikroskopię elektronową



metody rentgenograficzne

metody rentgenograficzne

14

Badania statystyczne (1)

Badania statystyczne (1)

Dla

losowej

próbki

obiektów

Dla

losowej

próbki

obiektów

przeprowadza

się

badania

przeprowadza

się

badania

statystyczne.

Na

ich

podstawie

statystyczne.

Na

ich

podstawie

wnioskować

można

o

słuszności

wnioskować

można

o

słuszności

określonych hipotez statystycznych

określonych hipotez statystycznych

(np. prawdopodobieństwa wystąpienia

(np. prawdopodobieństwa wystąpienia

zdarzenia losowego) oraz estymacji

zdarzenia losowego) oraz estymacji

nieznanych

wartości

chwilowych

nieznanych

wartości

chwilowych

rozkładu funkcji niezawodności.

rozkładu funkcji niezawodności.

15

Badania statystyczne (2)

Badania statystyczne (2)

Wyróżnia się dwie grupy badań statystycznych:

Wyróżnia się dwie grupy badań statystycznych:

A.

A.

metody nieparametryczne – o charakterystyce

metody nieparametryczne – o charakterystyce

probabilistycznej zdarzenia losowego wnioskuje

probabilistycznej zdarzenia losowego wnioskuje

się bezpośrednio

się bezpośrednio

B.

B.

metody

parametryczne

–

charakterystyki

metody

parametryczne

–

charakterystyki

probabilistyczne wyznacza się pośrednio przez

probabilistyczne wyznacza się pośrednio przez

wyznaczenie z doświadczalnych charakterystyk

wyznaczenie z doświadczalnych charakterystyk

probabilistycznych określonych parametrów

probabilistycznych określonych parametrów

Metody z grupy B są mniej efektywne (można

Metody z grupy B są mniej efektywne (można

pominąć jakiś parametr), ale potrzebują próbki o

pominąć jakiś parametr), ale potrzebują próbki o

mniejszej liczności. Stosuje się je gdy nie jest

mniejszej liczności. Stosuje się je gdy nie jest

znany model matematyczny danego zdarzenia.

znany model matematyczny danego zdarzenia.

16

Badania statystyczne (3)

Badania statystyczne (3)

Metody z grupy A stosują określone plany badań. Oznacza się

Metody z grupy A stosują określone plany badań. Oznacza się

je symbolicznie (x, y, z), gdzie:

je symbolicznie (x, y, z), gdzie:



x – n, liczność próbki

x – n, liczność próbki



y – B (bez wymiany uszkodzonego elementu)/

y – B (bez wymiany uszkodzonego elementu)/

W (z wymianą)

W (z wymianą)



z - r (do chwili uszkodzenia r-tego urządzenia) /

z - r (do chwili uszkodzenia r-tego urządzenia) /

t (do

t (do

czasu t)

czasu t)

Stosuje się odpowiednie wzory na dobór liczności próbki i

Stosuje się odpowiednie wzory na dobór liczności próbki i

tablice statystyczne do wyznaczenia określonych parametrów.

tablice statystyczne do wyznaczenia określonych parametrów.

Metody z grupy B polegają na wyznaczeniu np. wartości

Metody z grupy B polegają na wyznaczeniu np. wartości

chwilowej funkcji niezawodności i jej przedziału ufności. Z

chwilowej funkcji niezawodności i jej przedziału ufności. Z

tych charakterystyk określa się parametry rozkładu.

tych charakterystyk określa się parametry rozkładu.

W ramach badań statystycznych prowadzi zbiera się

W ramach badań statystycznych prowadzi zbiera się

informacje o uszkodzeniach w okresie eksploatacji obiektu.

informacje o uszkodzeniach w okresie eksploatacji obiektu.