Разработка измерителя влажности (стр. 6 из 10)
Рис. 4.6 Структура технологического процесса изготовления ГИС
4.6 Испытания
Под испытанием понимают проверку качества функционирования, сохранения внешнего вида и конструктивной целостности изделия при воздействии на него комплекса внешних факторов соответствующих реальным условиям эксплуатации.
На современном уровне развития технологии испытания, как метод оценки надёжности и контроля качества микросхем, стали малоэффективными [8]. Кроме того испытания стали дорогостоящим средством получения информации, а расходы на их проведение всё более увеличивают себестоимость изделия.
Поэтому испытаниям сегодня отводится роль контрольной операции, выполняемой в интересах получения информации, характеризующей стабильность технологического процесса и производственного уровня на контролируемом отрезке времени.
Для разработки методики испытаний необходимо выделить основные факторы, влияющие на надёжность микросхемы.
Все факторы, влияющие на микросхему можно разделить на две группы: климатические и механические.
К климатическим относятся температура окружающей среды, влажность, солнечная радиация, загрязнённость атмосферы, атмосферное давление.
К механическим можно отнести вибрации, линейную нагрузку, удары, нагрузку на выводы микросхемы.
На этапе серийного производства микросхем в целях контроля стабильности производства проводят следующие виды климатических испытаний:
1) испытания на теплоустойчивость;
2) испытания на холодоустойчивость;
3) испытания на воздействие смены температур;
4) испытания на кратковременную влагоустойчивость;
5) испытания на проверку герметичности.
Из механических испытаний проводят испытания на воздействие вибрации, испытания на ударную прочность, испытания на воздействие линейных нагрузок и испытания на прочность выводов и их крепление.
Разрабатываемая микросхема подвергается климатическим и механическим испытаниям согласно инструкциям.
Технологическая инструкция по проведению климатических испытаний на теплоустойчивость микросхемы модуля.
1. Назначение: настоящая инструкция предназначена для проведения испытаний на теплоустойчивость выборки микросхем.
2. Цель испытаний: определение способности микросхемы сохранять свои параметры в пределах норм технических условий в процессе, и после воздействия верхнего значения температуры.
3. Оборудование рабочего места: термокамера КТХ –90/100.
4. Требования безопасности: при проведении испытаний должны соблюдаться требования техники безопасности.
5. Порядок проведения испытаний.
5.1. Испытуемые образцы выдержать в течение 2 часов в нормальных климатических условиях для стабилизации свойств изделия.
5.2. Измерить первоначальные параметры микросхем.
5.3. Провести внешний осмотр изделия.
5.4. Установить тару с микросхемами в термокамеру.
5.5. Установить температуру Т=70 ± 50С.
5.6. Выдержать микросхемы в течение 8 часов.
5.7. При достижении теплового равновесия произвести контроль параметров.
5.8. Вынуть тару с микросхемами.
5.9. Провести конечную стабилизацию свойств изделия, выдержав 2 часа при нормальных климатических условиях.
5.10. Провести конечный контроль микросхем согласно инструкции.
5.11. Зарегистрировать результаты в журнале.
5.12. Маркировать годные микросхемы краской.
5.13. Отправить годные микросхемы на участок сборки.
5.14. Выявить неисправности негодных микросхем и зарегистрировать их в журнале.
5.15. Отправить негодные микросхемы на исследование.
Методика проведения испытаний на холодоустойчивость
Цель испытаний на холодоустойчивость - определение способности изделий сохранять свои параметры при воздействии холода и выявление различных дефектов.
После внешнего осмотра изделия помещают в камеру холода и измеряют необходимые параметры в нормальных климатических условиях. После этого в камере устанавливают температуру, равную рабочей, указанной в ТУ, и выдерживают изделия при этой температуре в течение времени, достаточного для охлаждения их по всему объёму. Время выдержки оговаривается в ТУ (обычно от 0,5 до 6 часов). По истечении срока выдержки измеряют необходимые параметры изделий. По окончании испытания температуру в камере повышают до нормальной со скоростью 1...20/мин. При нормальной температуре изделия выдерживают в течение 2...4 часов (если в ТУ не указано другое время), после чего измеряют необходимые параметры. Изделия считают выдержавшими испытания, если во время пребывания их в камере и после выдержки в нормальных климатических условиях соблюдается соответствие требованиям, установленным в ТУ для данного вида испытаний.
Методика испытания изделия на виброустойчивость
Цель испытаний - проверка способности устройства противостоять разрушающему действию вибрации, выполнять свои функции и сохранять параметры в пределах норм, указанных в ТУ.
1. Производят внешний осмотр устройства и производят проверку работоспособности (соответствие параметров ТУ).
2. Поместить изделия в тару.
3. Микросхемы в таре закрепить на стенде.
4. Включить стенд и провести испытания (в направление указанном на таре "ВЕРХ" методом фиксированных частот) устройства в выключенном состояние с разным количеством, от 30…60 уд./мин. Произвести не менее 3-х циклов продолжительностью 10 мин каждый.
5. Выключить стенд, извлечь микросхемы из тары и произвести внешний осмотр, а также произвести проверку работоспособности (соответствие параметров ТУ).
6. Изделие считается выдержавшим испытания, если после проведения испытания внешний вид и параметры удовлетворяют ТУ, а также отсутствуют ослабление креплений и механические повреждения.
5. РАСЧЁТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ
5.1 Методика расчёта конструкции тонкоплёночных элементов
Расчёт тонкоплёночных резисторов
Конструктивный расчёт тонкоплёночных резисторов заключается в определении формы, геометрических размеров и минимальной площади, занимаемой резисторами на подложке. При этом необходимо, чтобы резисторы обеспечивали рассеивание заданной мощности при удовлетворении требуемой точности gR в условиях существующих технологических возможностей.
Порядок расчёта [4].
1) Определяем оптимальное с точки зрения минимума площади под резисторами ГИС сопротивление резистивной плёнки:
rSопт =
, (5.1)где n - число резисторов;
Ri- номинал i-го резистора.
2) По справочным данным выбираем материал резистивной плёнки с удельным сопротивлением, ближайшим по значению к вычисленному rsопт. При этом необходимо, чтобы температурный коэффициент сопротивления (TKR) материала был минимальным, а удельная мощность рассеяния P0 - максимальной.
3) Производят проверку правильности выбранного материала с точки зрения точности изготовления резисторов. Полная относительная погрешность изготовления плёночного резистора gR = DR/R состоит из суммы погрешностей:
gR = gKф + grs + gRt + gRст + gRк , (5.2)
где gKф - погрешность коэффициента формы;
grs - погрешность воспроизведения величины rs резистивной плёнки;
gRt - температурная погрешность;
gRст - погрешность, обусловленная старением плёнки;
gRк - погрешность переходных сопротивлений контактов.
Погрешность коэффициента формы gKф зависит от погрешности геометрических размеров - длины l и ширины b резистора:
gKф = Dl/l + Db/b. (5.3)
Погрешность воспроизведения удельного поверхностного сопротивления grs зависит от условий напыления и материала резистивной плёнки. В условиях серийного производства её значение не превышает 3 ... 5 %.
Температурная погрешность зависит от TKR материала плёнки:
gRt = aR(Tmax - 20оC), (5.4)
где aR - температурный коэффициент сопротивления материала плёнки, 1/оС.
Погрешность gRст, обусловленная старением плёнки, вызвана медленным изменением структуры плёнки во времени и её окислением. Она зависит от материала плёнки и эффективности защиты, а также от условий хранения и эксплуатации. Обычно для гибридных интегральных схем gRст не превышает 3%.
Погрешность переходных сопротивлений контактов gRк зависит от технологических условий напыления плёнок, удельного сопротивления резистивной плёнки и геометрических размеров контактного перехода: длины перекрытия контактирующих плёнок, ширины резистора. Обычно gRк = 1...2%. Если материал выбран в соответствии с табличными данными, то этой погрешностью можно пренебречь.
Допустимая погрешность коэффициента формы:
gKф доп = gR- grs - gRt - gRст - gRк . (5.5)
Если значение gKф доп отрицательно, то это означает, что изготовление резистора заданной точности из выбранного материала невозможно. В этом случае необходимо выбрать другой материал с меньшим TKR либо использовать подгонку резисторов, если позволяет технологическое оборудование.
4) Определяем конструкцию резисторов по значению коэффициента формы Кф:
Кфi = Ri/rs . (5.6)
При 1 £ Кфi£ 10 рекомендуется конструировать резистор прямоугольной формы (рис. 5.1а)), при Кфi> 10 - резистор сложной формы (составной рис. 5.1б), меандр рис. 5.1в) или типа "змейка"), при 0,1 £ Кфi£ 1 - резистор прямоугольной формы, у которого длина меньше ширины (рис. 5.1г)). Конструировать резистор с Кфi<0,1 не рекомендуется, так как он будет иметь большие контактные площадки, и занимать значительную площадь на подложке.