Mikroelektronikai eszközök megbízhatósági vizsgálatai a MEV-ben DR. B A L O G H ALBERT—GÖBLÖS I M R E — VÁRADI ISTVÁN Mikroelektronikai Vállalat
ÖSSZEFOGLALÁS A t a n u l m á n y á t t e k i n t é s t ad a M E V - b e n alkalmazott megbízhatóság-vizsgálati módszerekről. Ismerteti a ren delkezésre álló vizsgáló berendezéseket. Összefoglalja a megbízhatósági adatok értékelésének és közlésének módszereit. Vázolja a berendezések m e g b í z h a t ó s á g á n a k számítási eljárását alkatrészadatok felhasználásával.
Bevezetés A mikroelektronikai eszközök minőségbiztosítási rendszerének egyik fontos alkotó része a termékek megbízhatóságának biztosítása és az ezzel kapcso latos vizsgálati tevékenység. A Mikroelektronikai Vállalat kialakított általá nos minőségbiztosítási rendszeréről ad áttekintést az [1] közlemény, amelyben a Vállalat minőség biztosítással foglalkozó szakemberei összefoglal ják az idegenáru-ellenőrzéssel, műveletellenőrzés sel, végellenőrzéssel és jóváhagyással, vizsgálatok kal, selejtelemzéssel, valamint a felhasználókkal való e g y ü t t m ű k ö d é s s e l kapcsolatos legfontosabb módszertani kérdéseket. !
A jelen k ö z l e m é n y ehhez az általános t e v é k e n y séghez kapcsolódóan kívánja bemutatni a M E V ben kidolgozott megbízhatóságvizsgálati mód szereket, a rendelkezésre álló vizsgáló berendezé seket és az adatközlés legfontosabb szempontjait. T a n u l m á n y u n k b a n a gyakorlati m e g v a l ó s í t á s t helyezzük előtérbe, azonban közvetlenül t á m a s z kodunk a témakörben megjelentetett t u d o m á n y o s , elméleti kérdéseket tárgyaló publikációkra. A megbízhatósági információk feldolgozását í g y az általános minőségügyi információs, a d a t g y ű j t ő és feldolgozó rendszerhez illeszkedően kell elvé gezni M Á T R A I [2] közleményében kifejtett alapel veknek megfelelően. A gyakorlati munka során felhasználtuk azokat a fizikai-kémiai összefüggé seket leíró modelleket, amelyek egyrészt a gyorsí tott vizsgálatok tervezéséhez vezetnek ( C S O R N A I [3]) másrészt a rendszerek megbízhatósági ter vezésénél használhatók fel ( B A L O G H — G E R L A I [4])A megbízhatósági vizsgálatok matematikai-sta tisztikai tervezésénél és értékelésénél felhasználtuk a v o n a t k o z ó hazai s z a b v á n y o k a t [5], [6], [7], [8], [9] és a hazai szakirodalmat is [10]. Ezekre az eredményekre alapozott vizsgálati rendszer gya korlati tapasztalatait foglalja össze közlemé nyünk. E z a vizsgálati rendszer megfelel a nem zetközileg elfogadott gyakorlatnak, amely szerint a mikroelektronikai eszközök gyártói megbízBeérkezett:
1986. X I I . 3.
Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
1987. 10. szám
DK. BALOGH ALBERT matematikus, a műszaki tudomány kandidátusa. 1961 óta foglalkozik az elektronikai alkatrészek megbízhatóságának érté kelésével a HIKI-ben, majd 1V82 óta a MEVben, jelenleg főosztály
vezető-helyettes. A téma körben több mint 50 buplikációt jelentetett meg. 1981-ben az EOQO ^Quality folyóirat EQ diját kapta meg. A HTE Meg bízhatósági és Minőség ügyi Bizottságának, elnöke. 1976-ban Puskás Tivadar díjat, 1986-banPollákVi rág díjat kapott.
hatóság-ellenőrző és értékelő eljárásokat alkalmaz nak mind a nyugati országokban (pl. T E L E F U N K E N , F A I R C H I L D , N A T I O N A L stb.), mind pedig a szocialista országokban ( B N K , N D K , L N K , CsSzSzK, SzU). A vizsgálatok módszereit, a k ö v e t e l m é n y e k e t és az adatok közlési módját n e m z e t k ö z i szabványrendszerek [ I E C — ( 1 1 ) , M I L előírások (12), valamint K G S T s z a b v á n y o k ] rög zítik. E z e k kidolgozásában és észrevételezésében a hazai megbízhatósági szakértők a magyar n e m z e t k ö z i bizottságok tagjaként alkotó m ó d o n vesznek részt és é r v é n y e s í t i k a hazai elméleti és gyakorlati tapasztalatokat. A mikroelektronikai eszközök vizsgálatainak e r e d m é n y e k é n t , nemcsak adott minőségi k ö v e t e l m é n y e k n e k megfelelő ter m é k e k e t bocsátunk a felhasználó vállalatok ren delkezésére, hanem olyan eszközöket, amelyek hosszú i d ő t a r t a m i g hibamentesen m ű k ö d n e k a felhasználó berendezéseiben (ld. 1. fejezet). A megbízhatóság általános alapelveit az 1. fejezet tárgyalja. E z e k alkalmazásával e l v é g z e t t megbízhatósági vizsgálatok céljáról és módszereiről a vállalatunknál rendelkezésre álló vizsgáló beren dezéspark rövid áttekintésével k í v á n u n k s z á m o t adni a 2. fejezetben. Ezeknek a berendezéseknek a felhasználásával nemcsak a jóváhagyási vizsgálatok összetételébe t a r t o z ó igénybevételi szinteken tudjuk a vizsgála tokat elvégezni, hanem annál jóval szélesebb t a r t o m á n y b a n is. E z z e l l e h e t ő v é válik fokozott m e g b í z h a t ó s á g ú termékeink megfelelőségi és meg bízhatósági szintjének ellenőrzése és igazolása, szűrővizsgálatok elvégzése (ld. 3. fejezet), azok h a t é k o n y s á g á n a k értékelése, valamint a felhasz náló vállalatok által alkalmazott és nem vállala tunk által előállított integrált áramkörök vizsgá latainak elvégzése. A z elvégzett vizsgálatok ered m é n y e i t a nemzetközileg elfogadott módszerekkel értékeljük és az adatokat is í g y közöljük felhasz nálóinkkal (ld. 4. fejezet). 461
1. A megbízhatóság
alapelvei
A m e g b í z h a t ó s á g g a l kapcsolatos alapelvek ismer t e t é s e k o r először is fontosnak t a r t j u k annak meg é r t é s é t , hogy m i l y e n kapcsolat van a s z ű k e b b é r t e l e m b e n v e t t m i n ő s é g , m á s k é p p e n megfelelőség és a m e g b í z h a t ó s á g k ö z ö t t . Ez a k é t fogalom nem azonos, u g y a n kapcsolatban vannak e g y m á s s a l . A s z ű k e b b é r t e l e m b e n v e t t m i n ő s é g (megfelelőség) egyszerűsített meghatározása a következő: a t e r m é k azon t u l a j d o n s á g a , hogy megfelel a fel h a s z n á l á s m e g k e z d é s e e l ő t t (t = 0 i d ő p o n t b a n ) az e l ő í r á s o k b a n r ö g z í t e t t k ö v e t e l m é n y e k n e k . A s z ű k e b b é r t e l e m b e n v e t t m i n ő s é g e t (a megfelelő séget) m e n n y i s é g i l e g a hibaszinttel h a t á r o z z á k meg, í g y k ö v e t e l m é n y k é n t az á t v i t e l i hibaszintet ( A Q L ) s z o k á s o s megadni %-ban kifejezve. A termék megbízhatóságának egyszerűsített m e g h a t á r o z á s a : a t e r m é k azon t u l a j d o n s á g a , hogy a d o t t i d e j ű (t idejű) f e l h a s z n á l á s a s o r á n megfelel-e az e l ő í r á s o k b a n r ö g z í t e t t k ö v e t e l m é n y e k n e k . A megbízhatóságot mennyiségileg a meghibásodási r á t á v a l (A-faktorral) jellemzik, amely az i d ő e g y ségre eső m e g h i b á s o d á s i g y a k o r i s á g o t fejezi k i l / ó r a vagy 1 f i t = 10~ /óra e g y s é g b e n . A s z ű k e b b é r t e l e m b e n v e t t m i n ő s é g (megfelelő ség) és a m e g b í z h a t ó s á g e g y ü t t e s e n alkotja a t e r m é k á l t a l á n o s é r t e l e m b e n v e t t m i n ő s é g é t , azaz megfelelőség + m e g b í z h a t ó s á g = m i n ő s é g ( á l t a l á n o s értelemben). 9
GÖBLÖS
IMRE
villamosmérnök 1964 óta foglalkozik az elektronikai alkatrészek vizsgálati módszereinek fejlesztésé vel a HIKI-ben, 1982 óta pedig a MEV-ben. Több előadást tartott a témakörben, közel 10 pub likációt jelentetett meg. A HTE Alkatrész- és Alap anyag Szakosztályának titkáraként az évenkénti Alkatrész Szemináriumok szervezője. A BME Elek tronikai Technológia Tan szék külső előadója. 1987ben „Puskás Tivadar" díjat kapott.
A f e n t i e k b ő l l á t h a t ó , hogy a t e r m é k f e l h a s z n á l á s e l ő t t i megfelelősége szoros kapcsolatban v a n a t e r m é k hosszú i d ő a l a t t i a l k a l m a z á s a s o r á n v á r h a t ó m e g b í z h a t ó s á g á v a l . Ez azt jelenti, hogy v á l l a l a t u n k termékeinek megbízhatóság-biztosítási tevé k e n y s é g e e g y a r á n t k i t e r j e d a fejlesztés ós g y á r t á s s z a k a s z á b a n t ö r t é n ő ellenőrzésekre (idegenáru ellenőrzés, t e c h n o l ó g i a i lépések ellenőrzése, m ű v e letek ellenőrzése, végellenőrzés), a j ó v á h a g y á s r a (környezetállósági vizsgálatok, megbízhatósági v i z s g á l a t o k és a l k a l m a z h a t ó s á g i v i z s g á l a t o k ) , a m e g b í z h a t ó s á g m e g h a t á r o z á s á r a és növelésére irá n y u l ó t e v é k e n y s é g e k r e (szűrővizsgálatok, gyor s í t o t t v i z s g á l a t o k és h i b a a n a l í z i s ) , v a l a m i n t figye-
Ellenőrzés a fejlesztésben és a gyártásban
Jóváhagyási vizsgálatok
- Idegenáru ellenőrzés
- Környezetállósági vizsgálatok (AQL-ellenör-íé±
- A fejlesztési fázis ellenőrzése
- Megbízhatósági vizsgálatok
- A technológiai lépések ellenőrzése
- Alkalmazhatósági vizsgálatok
-faktor ellen őrzés)
- Műveletellenőrzés - Végellenőrzés
Meqbizhatósóq-meqhatérozés és növelés
Felhasználó meqbizhatósáq-bizfcositása
- Szűrővizsgálatok
- Idegenáru ellenőrzés
- Gyorsitott
-
(minőségi tényező meghatározás) vizsgálatok (gyorsitási tényező - aktivá lási e n e r g i a )
- Szűrővizsgálattal szigorított idegenáru e?. \ - Megbizhatóságra való tervezés, - Gyártási és üzemeltetési a d a t o k
Hibaanalizis
alkalmazási
feltételek megválasztása vissza
jelzése (ppm és /\ - f a k t o r )
H 286 - 1 1. ábra. Mikroelektronikai eszközök megbízhatóságának biztosítása
lembe veszi a f e l h a s z n á l ó m e g b í z h a t ó s á g - b i z t o s í t ó t e v é k e n y s é g é t is. A m i k r o e l e k t r o n i k a i eszközök általános értelemben vett megbízhatóság-biztosító t e v é k e n y s é g e az 1. ábrán l á t h a t ó . A z 1. ábrából l á t h a t ó , hogy a m e g b í z h a t ó s á g és megfelelőség k ö z ö t t i összefüggés m i n ő s í t e t t eszközök e s e t é b e n egy a r á n y s z á m m a l j e l l e m e z h e t ő , amelyet az ú n . m i n ő s é g i t é n y e z ő fejez k i (ld. k é s ő b b s z ű r ő v i z s g á l a t o k ) . A z 1. ábrán azt is f e l t ü n t e t t ü k , hogy na g y o n lényeges a f e l h a s z n á l ó á l t a l v é g z e t t m e g b í z h a t ó s á g - b i z t o s í t ó t e v é k e n y s é g , amelyet e l ő n y ö s e n lehet a l k a l m a z n i t ö b b e k k ö z ö t t a felhasználó és 462
VÁBADI
Híradástechnika
ISTVÁN
XXXVIII.
villamosmérnök, megbíz hatósági szakmérnök 1974 óta foglalkozik a megbízhatósági adatok számítógépes feldolgozá sával a HIKI-ben, majd később a MEV-ben, jelen leg csoportvezető. Közel 10 előadást tartott, illetve közleményt jelentetett meg a tématerületről. A HTE Megbízhatósági és Minő ségügyi Bizottságának tagja.
évfolyam,
1987. 10. szám
Mérési módszer Számitógépes
Szűrővizsgálatok Késztermék. minték
Vizsgálatok
mérés
tervezése
Megbízhatósági vizsgálat
feldolgozás
móré
Megbízhatósági adatok A - faktor
Gyors i t o t t Vizsgálati módszer
paraméter-eloszlás
vizsgálatok
jAdatközlés Alkatrészfelhasználó
kidolgozása Hibaanalizis
2. ábra.
Kéí/.fcorm íkok m e g b í z h a t ó s á g i folyam itábrája
g y á r t ó e g y ü t t m ű k ö d é s é n e k k i a l a k í t á s á b a n a fel h a s z n á l ó á l t a l s z o l g á l t a t o t t , visszacsatolt infor mációk (például ppm-értékek) hasznosítása terü letén. A késztermékek megbízhatósági vizsgálatának f o l y a m a t á b r á j a (2. ábra) a v i z s g á l a t - t e r v e z é s t ő l a m é r é s e n és i g é n y b e v é t e l e n k e r e s z t ü l az adatfel dolgozásig és közlésig terjed. A v i z s g á l a t i folyamat n é g y fő részre t a g o z ó d i k : i g é n y b e v é t e l , m é r é s , a d a t f e l d o l g o z á s és h i b a a n a l í z i s . A megbízhatósági vizsgálatok tervezése során figyelembe vesszük, hogy azok a m e g b í z h a t ó s á g i m u t a t ó (A-faktor) ellenőrzésére illetve ú j konstruk ciójú t e r m é k e k e s e t é b e n annak adott konfidencia s z i n t ű m e g h a t á r o z á s á r a i r á n y u l n a k . M i n d k é t eset ben a m e g h i b á s o d á s i r á t a m e g k ö v e t e l t illetve v á r t é r t é k é b ő l , v a l a m i n t a megengedett m e g h i b á s o d á sok s z á m á b ó l és a konfidencia s z i n t b ő l i n d u l u n k k i ós ehhez t a r t o z ó a n h a t á r o z z u k meg a s z ü k s é g e s e s z k ö z ó r a m e n n y i s é g e t ( m i n t a n a g y s á g és v i z s g á lati i d ő t a r t a m szorzatát), a nemzetközi (IEC, M I L stb.) s z a b v á n y o k n a k megfelelően. M e g j e g y z e n d ő , hogy a hibaszint ellenőrzésére i r á n y u l ó v i z s g á l a t o k ( k l í m a á l l ó s á g i és mechanikai v i z s g á l a t o k ) t e r v e z é s é t az e l ő í r t A Q L é r t é k e k n e k megfelelően (egyes esetekben a v i s s z a u t a s í t á s i hibaszintet r e p r e z e n t á l ó L Q é r t é k e k szerint) ter v e z z ü k a m i n ő s í t é s e s m i n t a v é t e l i terveket e l ő í r ó n e m z e t k ö z i és hazai (MSZ 548) s z a b v á n y o k elő írásai alapján. A m e g h i b á s o d á s i r á t a ellenőrzésénél és m e g h a t á r o z á s á n á l figyelembe v e s s z ü k , hogy a mikroelektro n i k a i eszközök m e g b í z h a t ó s á g a t ö b b t e c h n o l ó g i a i és a l k a l m a z á s i t é n y e z ő t ő l függ, í g y a A-faktor f ü g g v é n y e az eszköz g y á r t á s t e c h n o l ó g i á j á n a k , a g y á r t á s t e c h n o l ó g i a k i f o r r o t t s á g á n a k , az eszköz f u n k c i ó j á n a k , b o n y o l u l t s á g á n a k , t o k o z á s á n a k és a k i v e z e t é s e k s z á m á n a k , az a l k a l m a z o t t i g é n y b e v é t e l i szintnek (rendszerint a r é t e g h ő m é r s é k l e t n e k ) . A m e g h i b á s o d á s i r á t a m e g k ö v e t e l t é r t é k é n e k el lenőrzése illetve m e g h a t á r o z á s a e s e t é n j e l e n t ő s m é r t é k b e n számításba kell venni a gyártástechnológiai folyamatokba b e é p í t e t t ellenőrző v i z s g á l a t o k szi g o r ú s á g á t , illetve az í g y k i a l a k í t o t t m i n ő s é g b i z t o s í t á s i rendszer e r e d m é n y e k é n t e l é r h e t ő m e g b í z h a t ó s á g - j a v u l á s t , amely m i n ő s í t e t t e s z k ö z ö k ese Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
1987. 10. szám
vizsgálatának
t é b e n — s z ű r ő v i z s g á l a t o k a l k a l m a z á s á v a l — 1—2 n a g y s á g r e n d n y i m e g b í z h a t ó s á g - j a v u l á s t (meghi b á s o d á s i r á t a c s ö k k e n é s t ) e r e d m é n y e z h e t a keres kedelmi m i n ő s é g i szinthez v i s z o n y í t v a . E n n e k a javulásnak számszerű értékelése a minőségi ténye zővel m é r h e t ő , amely a kereskedelmi m i n ő s é g ű és a fokozott m e g b í z h a t ó s á g ú eszközök m e g h i b á s o dási r á t á j á n a k hányadosa. A minőségi tényező t u l a j d o n k é p p e n a m e n n y i s é g i kapcsolatot fejezi k i a m i n ő s é g (megfelelőség)-javulása és a m e g b í z h a t ó ság növelése között. 2. Vizsgálati módszerek és vizsgáló berendezések A következőkben ismertetjük vizsgálati módsze reinket és az egyes v i z s g á l a t o k elvégzéséhez szük séges v i z s g á l ó b e r e n d e z é s e k e t . A z egyes v i z s g á l a t i m ó d s z e r e k k i d o l g o z á s a s o r á n figyelembe v e t t ü k a v o n a t k o z ó hazai és n e m z e t k ö z i s z a b v á n y o k a t (MSZ, I E C , M I L - S T D ) . 2.1 Tartós terheléses és tárolásos megbízhatósági vizsgálatok a) A vizsgálat célja: I n t e g r á l t á r a m k ö r ö k ( M E V termékek) meghibásodási rátájának meghatá r o z á s a v a g y ellenőrzése a megengedett m ű k ö dési, i l l e t v e t á r o l á s i i g é n y b e v é t e l i szinteken. b) A vizsgálat módszere: A v i z s g á l a t r a k i v á l a s z t o t t i n t e g r á l t á r a m k ö r ö k e t l e g a l á b b 1000 ó r a i d ő t a r t a m r a az e l ő í r t h ő m é r s é k l e t ű v i z s g á l ó t é r b e h e l y e z z ü k . T e r h e l é s e s v i z s g á l a t e s e t é n m é g a szük séges villamos t e r h e l é s t is bekapcsoljuk. A z e s z k ö z ö k m ű k ö d ő k é p e s s é g é t elektromos p a r a m é t e r e i k l e m é r é s é v e l ellenőrizzük e g y r é s z t m á r a v i z s g á l a t m e g k e z d é s e e l ő t t , m á s r é s z t a v i z s g á l a t s o r á n 168, 500 és 1000 ó r a v i z s g á l a t i i d ő letelte u t á n . 1000 ó r á n á l hosszabb v i z s g á l a t e s e t é n m i n d e n t o v á b b i 1000—3000 ó r á b a n v é g z ü n k ellenőrző m é r é s e k e t . A t á r o l á s o s v i z s g á l a t o t á l t a l á b a n az e s z k ö z r e megengedett legmagasabb h ő m é r s é k l e t e n végez z ü k . Ez a l e g á l t a l á n o s a b b a n h a s z n á l t m ű a n y a g t o k o z á s ú I C - k e s e t é b e n 125 °C—150 °C. A terhe léses v i z s g á l a t n a k k é t v á l t o z a t a terjedt el, a sztatikus és a d i n a m i k u s elektromos t e r h e l é s . D i g i t á l i s I C - k sztatikus t e r h e l é s e e g y s z e r ű e n a tápfeszültség rákapcsolásából áll. Lineáris áram463
k ö r ö k e s e t é n k ü l s ő elemekkel be k e l l á l l í t a n i egy s t a b i l m u n k a p o n t o t is. A dinamikus t e r h e l é s n e k t ö b b m ó d s z e r e l é t e z i k . K a p u á r a m k ö r ö k e s e t é b e n az egyik l e g e g y s z e r ű b b megoldás, amikor p á r a t l a n számú kapu „ g y ű r ű " - b e kapcsolásával oszcillátort készítünk. Á l t a l á b a n a d i g i t á l i s á r a m k ö r ö k b e m e n e t é r e egy k ü l s ő g e n e r á t o r és egy alkalmasan v á l a s z t o t t logikai h á l ó z a t segítségével v e z é r l ő jeleket v e z e t ü n k , a kimenete k e t pedig az ü z e m e l t e t é s s o r á n leggyakrabban elő forduló m ó d o n t e r h e l j ü k . N a g y b o n y o l u l t s á g ú ( L S I ) e s z k ö z ö k e s e t é b e n mikroprocesszoros j e l m i n t a ge n e r á t o r t h a s z n á l u n k . L i n e á r i s I C - k dinamikus t e r h e l é s e k o r az i l l e t ő eszköz leggyakoribb ü z e m i felhasználási k ö r ü l m é n y e i t m o d e l l e z z ü k p a s s z í v k ü l s ő elemekkel és m e g h a j t ó g e n e r á t o r r a l . M i n d a sztatikus, m i n d a dinamikus t e r h e l é s e s e t é n v i g y á z n i k e l l arra, hogy az á r a m k ö r ö k r é t e g h ő m é r s é k l e t e ne haladja meg az adatlapon e l ő í r t felső h a t á r é r t é k e t . A v i z s g á l a t o k elvégzésére LP—321/2 t í p u s ú ( „ L A B O R " M I M gyártmányú) szárítószekrények á l l n a k r e n d e l k e z é s ü n k r e (1. f é n y k é p ) , amelyek v i z s g á l ó t e r é n e k t é r f o g a t a 200 liter, az ü z e m i h ő m é r s é k l e t t a r t o m á n y + 30. . . +300 °C. A sztatikus és a dinamikus v i z s g á l a t o k e s e t é b e n a t á p f e s z ü l t s é get k a p c s o l ó ü z e m ű , i l l e t v e a n a l ó g t á p e g y s é g e k k e l biztosítjuk. A z ellenőrző m é r é s e k e t I C O M A T 2/D, I C O M A T 110 és D E L T E S T 2200 t í p u s ú p r o g r a m o z h a t ó m é r ő a u t o m a t á k o n v é g e z z ü k . A mérési e r e d m é n y e k feldolgozása vagy m a g á n a m é r ő a u t o m a t á n ( D E L T E S T 2200) vagy k ü l ö n s z á m í t ó g é p e n t ö r t é n i k (ICOMAT 2/D). c) A vizsgálatból
származtatott
adatok
— a legfontosabb villamos j e l l e m z ő k eloszlása az i d ő f ü g g v é n y é b e n , — a meghibásodási r á t a becslése és felső konfidencia h a t á r a , —- a m e g h i b á s o d á s i r á t a h ő m é r s é k l e t és v i l l a mos i g é n y b e v é t e l függését leíró összefüggé sek, — j e l l e m z ő hibamechanizmusok és azok a k t i válási energiája.
2.2 Mechanikai vizsgálatok a) A vizsgálat célja: annak m e g á l l a p í t á s a , hogy az i n t e g r á l t á r a m k ö r ö k az adott a l k a l m a z á s s o r á n fellépő mechanikai i g é n y b e v é t e l t képesek-e k á r o s o d á s n é l k ü l elviselni. b) A vizsgálat módszere: A z e s z k ö z ö k e t m e g h a t á rozott i d ő t a r t a m i g adott s z i n t ű mechanikai igénybevételnek vetjük alá, amit fárasztásnak is s z o k á s nevezni. A v i z s g á l a t m e g k e z d é s e e l ő t t ó s ^ z i g é n y b e v é t e l u t á n az elektromos p a r a m é t e rek lemérésével ellenőrizzük a m ű k ö d ő k é p e s séget, v a l a m i n t szemrevételezéssel az a l a k i megfelelőséget. H á r o m jellegzetes t í p u s a v a n a mechanikai v i z s g á l a t o k n a k , a r á z á s , az ejtege t é s és az á l l a n d ó g y o r s u l á s (centrifugálás). A rázás vizsgálatot szinusz a l a k ú m e g h a j t ó jellel egy B r ü e l and K j a e r g y á r t m á n y ú r á z ó g é p e n végezzük. A z á r a m k ö r ö k e t — N Y A K - l a p r a for rasztva — egy felerősítő szerelvény segítségével ú g y r ö g z í t j ü k a r á z ó a s z t a l r a , hogy h á r o m egy m á s r a merőleges i r á n y ú r á z á s u k m e g v a l ó s í t h a t ó legyen. A z i g é n y b e v é t e l á l t a l á b a n ú n . p á s z t á z á s o s r á z á s , a m i azt jelenti, hogy a r á z á s i frekvencia egy adott t a r t o m á n y o n b e l ü l oda-vissza folyamatosan v á l t o z i k . A z alsó h a t á r f r e k v e n c i a 10 H z , a gyak rabban előforduló felső h a t á r f r e k v e n c i á k : 55 H z , 150 H z , 500 H z , 2000 H z és 5000 H z . A v i z s g á l a t szigorúsági f o k á t a p á s z t á z á s i f r e k v e n c i a t a r t o m á n y a r á z á s i a m p l i t ú d ó és a f á r a s z t á s i i d ő t a r t a m h a t á rozza meg. A r á z á s i a m p l i t ú d ó t rendszerint a c s ú c s g y o r s u l á s é r t é k é v e l szoktuk előírni az 5 g—50 g t a r t o m á n y b a n . A f á r a s z t á s i i d ő t a r t a m sok eset ben 3 X 3 0 perc, de 3 x 1 2 0 perc is lehet. R á z ó g é p ü n k ü r e s asztallal 140 g m a x i m á l i s g y o r s u l á s elérésére k é p e s , de 2,4 k g t e r h e l é s mellett m é g m e g v a l ó s í t h a t ó 50 g gyorsulási a m p l i t ú d ó . A m ű ködési f r e k v e n c i a t a r t o m á n y 2 Hz—5000 H z . A z ejtegetésállóság vizsgálatot is N Y Á K - l a p r a szerelt a l k a t r é s z e k e n v é g e z z ü k . A z i g é n y b e v é t e l n a g y s z á m ú félszinuszhullám a l a k ú , 5—10 msec széles impulzus. A szigorúsági fokot a csúcsgyor s u l á s é r t é k e (10 g—500 g) az e j t e g e t é s e k gyakori s á g a (0,3/sec—3/sec) és az e j t e g e t é s e k s z á m a (1000—5000) h a t á r o z z a meg. E j t e g e t ő g é p ü n k N D K g y á r t m á n y ú és 50 k g terhe lés m e l l e t t m é g alkalmas 500 g c s ú c s g y o r s u l á s m e g v a l ó s í t á s á r a . M a x i m á l i s t e r h e l h e t ő s é g e 400 k g , 10 g g y o r s u l á s mellett. A z állandó gyorsulás v i z s g á l a t s o r á n a hermeti kus t o k o z á s ú e s z k ö z ö k e t egy u l t r a c e n t r i f u g á b a n h e l y e z z ü k el, amelyben e l ő á l l í t h a t ó a szükséges 30 000 g n a g y s á g ú g y o r s u l á s . A z i g é n y b e v é t e l i d ő t a r t a m a 1 perc, a g y o r s í t á s h o z és a l e á l l í t á s h o z szükséges i d ő n felül. A z ellenőrző m é r é s e k e t a 2. 1. p o n t b a n e m l í t e t t m é r ő a u t o m a t á k segítségé vel v é g e z z ü k . c) A vizsgálatból
1. f é n y k é p : T a r t ó s terhelő berendezés
464
származtatott
adatok
— m e g h i b á s o d á s i a r á n y , amelynek i s m e r e t é b e n ellenőrizzük, hogy az a l k a t r é s z előre meg adott A Q L értéknek, m i n t megbízhatósági k ö v e t e l m é n y n e k megfelel-e, vagy sem az e l ő í r t szigorúsági fokú v i z s g á l a t o n , —• jellemző h i b a f a j t á k eloszlása. Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
1987. 10. szám
iőő
£percj
h -
H
«—
•
2"
4
.:.;}
c iklus
1 H 286 3.
ábra.
H ő m é r s é k l e t v á l t o z á s vizsgálat térben
2.3 Klímaállósági
két
vizsgáló
vizsgálatok
2.3.1 Hőmérsékletváltozás
hatásának
vizsgálata
a) A vizsgálat célja: annak m e g á l l a p í t á s a , hogy az integrált áramkörök a környezeti hőmérséklet megváltoztatásának h a t á s á t képesek-e károso d á s n é l k ü l elviselni. b) A vizsgálat módszere: A z a l á b b i s m e r t e t e n d ő h á r o m m ó d s z e r egyike. A v i z s g á l t eszközök alaki megfelelőségét szemrevételezéssel, m ű k ö d ő k é p e s s é g é t elektromos p a r a m é t e r e i k l e m é résével e l l e n ő r i z z ü k a v i z s g á l a t m e g k e z d é s e e l ő t t és annak befejezése u t á n . ,,A" módszer: gyors h ő m é r s é k l e t v á l t o z á s h a t á s á nak v i z s g á l a t a két v i z s g á l ó t é r b e n . Az egyik v i z s g á l ó t e r e t a T A alsó, a m á s i k a t a Tp felső v i z s g á l a t i h ő m é r s é k l e t r e á l l í t j u k be. A vizs g á l a t i anyagot először a T A h ő m é r s é k l e t ű t é r b e n t a r t j u k t ideig, m a j d t idő a l a t t á t r a k j u k a Tjf h ő m é r s é k l e t ű t é r b e , ahol ugyancsak ideig fog t a r t ó z k o d n i és u t á n a t i d ő a l a t t v i s s z a k e r ü l a h ő m é r s é k l e t ű t é r b e . A gyors h ő m é r s é k l e t v á l t o z á s t az b i z t o s í t j a , hogy a t i d ő elég r ö v i d , m i n d ö s s z e 2—3 perc. A v i z s g á l a t e l ő b b l e í r t egy c i k l u s á n a k i d ő d i a g r a m j á t a 3. ábrán k ö z ö l j ü k . A í h ő n t a r t á s i i d ő t a r t a m o t a v i z s g á l t a l k a t r é s z e k termikus i d ő á l l a n d ó j á t ó l függően v á l a s z t h a t j u k 3 ó r á n a k , 30 percnek vagy 5 percnek. A v i z s g á l a t szigorúsági f o k á t a í és a t i d ő t a r t a m o n k í v ü l a T A és a T V h ő m é r s é k l e t e k , t o v á b b á a ciklusok s z á m a h a t á rozza meg. A s z a b v á n y o s v á l a s z t h a t ó h ő m é r s é k l e t é r t é k e k e t az 1. táblázatban k ö z ö l j ü k . x
2
2
2
2. f é n y k é p : Berendezés gyors hőmérséklet vizsgalatra
ben v é g e z z ü k (2. fotó). A vizsgáló terek e g y m á s fölött helyezkednek el. A felső v i z s g á l ó t é r max. 250 °C-ra m e l e g í t h e t ő , a középső v i z s g á l ó t é r szoba h ő m é r s é k l e t ű , az alsó v i z s g á l ó t é r —80 °C-ra h ű t h e t ő . A v i z s g á l a t i anyagot egy b e é p í t e t t l i f t mozgatja egyik t é r b ő l a m á s i k b a . A t és a t i d ő t a r t a m o k , a TA é s a T p h ő m é r s é k l e t e k , v a l a m i n t a ciklusszám programozható. „B" módszer: folyamatos h ő m é r s é k l e t v á l t o z á s ha t á s á n a k v i z s g á l a t a egy v i z s g á l ó t é r b e n . A v i z s g á l ó t é r h ő m é r s é k l e t é t a 4. ábrán l á t h a t ó i d ő d i a g r a m n a k megfelelő m ó d o n változtatjuk. A v i z s g á l a t szigorúsági f o k á t a t h ő n t a r t á s i i d ő , x
2
x
x
t
2
1. T
A
alsó hőmórsélet (°C)
—65 —54 — 4 0 — 2 5 — 1 0 5
táblázat
2 > felső hőmérsélet (°C) 30 40 55 70 85 100 125 155 175 200
I n t e g r á l t á r a m k ö r ö k e s e t é b e n á l t a l á b a n az a l á h ú z á s s a l jelölt h ő m é r s é k l e t é r t é k e k e t v á l a s z t j u k ; a t i d ő t a r t a m 30 p é r c , a c i k l u s s z á m pedig 10. ... A gyors h ő m é r s é k l e t v á l t o z á s v i z s g á l a t o k a t a h á r o m v i z s g á l ó t é r r e l r e n d e l k e z ő Brabender g y á r t m á n y ú TSE—S 3—80/80 t í p u s ú b e r e n d e z é s ü n k -
- 3
éra
x
Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
Í1987. 10. szám
[¥286-/7]
4. ábra.
H ő m é r s é k l e t v á l t o z á s vizsgálat térben
egy
vizsgáló
465
c) A vizsgálatból 2.3.2 Tartós
származtatott
adatok (Id. 2. 2. pont)
nedves melegállósági
vizsgálat
a) A vizsgálat célja: annak m e g á l l a p í t á s a , hogy a v i z s g á l t eszközök megőrzik-e m ű k ö d ő k é p e s s é g ü k e t hosszú idejű nagy p á r a t a r t a l m ú l e v e g ő n t ö r t é n ő tárolás alatt. b) A vizsgálat módszere: A v i z s g á l a t i anyagot a 40 °C h ő m é r s é k l e t ű 90%—95% r e l a t í v p á r a t a r t a l m ú vizsgáló t é r b e h e l y e z z ü k . Egyes ese tekben a t á p f e s z ü l t s é g e t is r á k a p c s o l j u k az eszközökre. A v i z s g á l a t i i d ő t í p u s v i z s g á l a t e s e t é n 21 nap vagy 56 nap, m e g b í z h a t ó s á g i v i z s g á l a t e s e t é n 2000—5000 ó r a . A z eszközök m ű k ö d ő k é p e s s é g é t elektromos p a r a m é t e r e i k lem é r é s é v e l ellenőrizzük a v i z s g á l a t m e g k e z d é s e e l ő t t és a v i z s g á l a t befejezése u t á n . Hosszabb v i z s g á l a t i i d ő e s e t é n (56 nap, i l l . 5000 óra) k ö z b e n s ő i d ő p o n t o k b a n is v é g z ü n k ellenőrző m é r é s e k e t . A z egyes mérési i d ő p o n t o k b a n szem revételezéssel ellenőrizzük az eszközök felületi é p s é g é t is, k ü l ö n ö s t e k i n t e t t e l a f é m felületek k o r r ó z i ó j á r a . A z e l ő í r t h ő m é r s é k l e t ű és p á r a t a r t a l m ú vizsgáló teret N D K g y á r t m á n y ú F e u t r o n k l í m a s z e k r é n y b e n hozzuk l é t r e (4. fénykép).
3. f é n y k é p : „Száraz" vizsgálószekrény
a TJL és Tp h ő m é r s é k l e t e k (leírásuk az „ A " m ó d szernél), v a l a m i n t a h ő m é r s é k l e t v á l t o z á s á t l a g sebessége és az i g é n y b e v é t e l i ciklusok s z á m a h a t á rozza meg. A h ő m é r s ó k l e t v á l t o z á s i sebesség v á lasztható átlagértékei: 5 ± l ° C / p e r c , 3±0,6°C/ perc, 1 + 0,2 °C/perc. A z i g é n y b e v é t e l i ciklusok s z á m a á l t a l á b a n , k e t t ő . A v i z s g á l a t elvégzésére alkalmas b e r e n d e z é s ü n k a Weiss g y á r t m á n y ú 160/8—100 D U t í p u s ú v i z s g á l ó s z e k r é n y (3. fény k é p ) , amelynek h ő m é r s é k l e t e a —80 180°C t a r t o m á n y b a n ± 0 , 3 °C p o n t o s s á g g a l programoz ható.
c) A vizsgálatból
származtatott
adatok
— típusvizsgálat esetén a meghibásodási arány, amelynek i s m e r e t é b e n ellenőrizzük, hogy az
r
„C" módszer: igen gyors h ő m é r s é k l e t v á l t o z á s h a t á s á n a k v i z s g á l a t a két fürdőben A v i z s g á l ó terekben e n n é l a v i z s g á l a t n á l nem levegő, hanem az e l ő í r t h ő m é r s é k l e t ű folyadék v a n , egyebekben a v i z s g á l a t h a s o n l í t az , , A " m ó d s z e r h e z . A z i d ő d i a g r a m a 3. ábrán k ö z ö l t h ö z h a s o n l ó a l a k ú , de az i d ő és h ő m é r s é k l e t é r t é k e k e l t é r ő e k . A t h ő n t a r t á s i i d ő l e g a l á b b 5 perc, a í á t r a k á s i i d ő legfeljebb 10 m á s o d p e r c , és az i g é n y b e v é t e l l e g a l á b b 10 ciklus. A k ö v e t k e z ő t á b l á z a t ban leírt s z i g o r ú s á g i f o k o z a t ú v i z s g á l a t o k a t t u d j u k elvégezni P E S P A T C H g y á r t m á n y ú R A N S C O típusú berendezésünkön. x
2
2. táblázol Szigorúsági fokozat
Hőmérsék let ( C) T T D
A
A B C
466
0 —55 —65
A tér
Folyadék F tér
F
100 125 150
víz F C 77 F C 77
víz F C 70 vagy F C 40 F C 70 vagy F C 40
4. f é n y k é p : „ N e d v e s " k l í m a s z e k r é n y
Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
1987. 10. szám
5. ábra.
Nedveeiiieleg-álló»ág vizsgálat
alkatrész megfelel-e a k ö v e t e l m é n y k é n t meg adott A Q L értéknek az előírt i d ő t a r t a m ú vizsgálaton, — megbízhatósági vizsgálat esetén a meghibá sodási ráta becslése és annak felső konfiden cia határa, t o v á b b á a legfontosabb villamos jellemzők eloszlása az i d ő függvényében, — jellemző hibafajták és azok eloszlása. 2.3.3 Ciklikus nedves meleg-állósági vizsgálat a) A vizsgálat célja: annak megállapítása, hogy a vizsgált eszközök alkalmasak-e a nagy lég nedvességgel párosuló ciklikus hőmérséklet változással együttjáró környezeti hatások káro sodás nélküli elviselésére. b) A vizsgálat módszere: A vizsgálati m i n t á t olyan vizsgáló térbe helyezzük, amelynek hőmérsék lete és relatív légnedvessége az 5. ábrán l á t h a t ó idődiagram szerint változik 24 órás ciklusok ban. A z igénybevétel szigorúsági fokát az alkalmazott vizsgálati hőmérséklet (40 °C vagy 55 °C) és a ciklusok száma e g y ü t t e s e n határozza meg, az alábbi t á b l á z a t szerint: 3. táblázat Vizsgálati hőmérséklet
Választható ciklusszámok
40 °C 55 °C
2 1
6 2
12 6
21 56
A vizsgált eszközök működőképességét villamos paramétereik lemérésével ellenőrizzük a vizsgálat megkezdése e l ő t t és a vizsgálat elvégzése u t á n . Szemrevételezéssel ellenőrizzük az eszközök felületi épségét, különös tekintettel a fém felületek kor Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
,1987. 10. szám
idődiagramja.
róziójára. E z t a vizsgálatot is az előző pontban e m l í t e t t Feutron t í p u s ú klímaszekrényben végez zük. c) A vizsgálatból származtatott adatok (ld. 2. 2. pont) 2.3.4 Sztatikus terheléses vizsgálat magas hőmérsék letű, nagy páratartalmú vizsgáló térben (Temperature Humidity Bias test) a) A vizsgálat célja: annak megállapítása, hogy a vizsgált eszközök a magas hőmérséklet, a nagy relatív légnedvesség és ajsztatikus terhelés e g y ü t tesen jelentkező igénybevételét képesek-e m ű k ö dőképességük elvesztése nélkül megőrizni. b) A vizsgálat módszere: a vizsgálatra kiválasztott m ű a n y a g t o k o z á s ú integrált áramköröket (jelen vizsgálati módszert a szakirodalom elsősorban ezekre az eszközökre ajánlja) a 85 °C hőmérsék letű, 85% relatív légnedvességű vizsgáló térbe helyezzük és bekapcsoljuk a tápfeszültséget, ami az illető áramkörökre előírt névleges érték lehet. A vizsgálat időtartama 1000 óra, elektro mos paraméter méréseket és szemrevételezéses ellenőrzést a vizsgálat megkezdése előtt és annak befejezése u t á n végzünk. A korróziós hibák gyors előhívására ez az egyik leghaté konyabb módszer. Az előbbiekben e m l í t e t t Feutron t í p u s ú klímaszekrényünk ezen vizs gálat elvégzésére is alkalmas. c) A vizsgálatból származtatott adatok (ld. 2.2. pont) 2.3.5 Túlnyomásos Test)
vízgőz vizsgálat
(Pressure Cooker
a) A vizsgálat célja: annak megállapítása, hogy a magas hőmérsékletű, t ú l n y o m á s alatt l é v ő 467
vízgőz k á r o s í t ó h a t á s á n a k a v i z s g á l t á r a m k ö r ö k k é p e s e k - e ellenállni. b) A vizsgálat módszere: a vizsgáló t é r b e n 0,1 M p a t ú l n y o m á s mellett 121 °C-on t e l í t e t t v í z g ő z t , azaz 100%-os r e l a t í v légnedvességet hozunk l é t r e . Ebben h e l y e z z ü k el 168 ó r a i d ő t a r t a m r a a vizsgált m ű a n y a g tokozású integrált áram k ö r ö k e t (a szakirodalom elsősorban ezekre az e s z k ö z ö k r e a j á n l j a a t á r g y a l t m ó d s z e r t ) . Ez az i g é n y b e v é t e l is igen alkalmas a k o r r ó z i ó s h i b á k gyors e l ő h í v á s á r a . A v i z s g á l a t m e g k e z d é s e e l ő t t és annak befejezése u t á n elektromos p a r a m é t e r m é r é s t és s z e m r e v é t e l e z é s e s ellenőrzést v é g z ü n k a m ű k ö d ő k é p e s s é g m e g h a t á r o z á s á r a . A z előb biekben r é s z l e t e z e t t v i z s g á l a t i feltételek meg v a l ó s í t á s á r a L a b o r M I M g y á r t m á n y ú ú n . ,,csírátlanító" k a m r á t használunk. c) A vizsgálatból származtatott adatok (ld. 2.2 pont) 2.3.6 Kombinált
klíma és rázásállóság
vizsgálat
a) A vizsgálat célja: annak m e g á l l a p í t á s a , hogy a k l í m a - é s a r á z á s i g é n y b e v é t e l e g y ü t t e s e n jelent kező h a t á s á t képesek-e károsodás nélkül elvi selni a v i z s g á l t á r a m k ö r ö k . b) A vizsgálat módszere: megegyezik a r á z á s vizs g á l a t n á l (ld. 2.2 pont) l e í r t a k k a l azzal a k ü l ö n b séggel, hogy a r á z ó g é p r e egy Brabender g y á r t m á n y ú K V S E 180/70 X t í p u s ú k l í m a s z e k r é n y t szerelünk, és í g y a v i z s g á l a t i anyagot nem s z o b a h ő m é r s é k l e t e n és n o r m á l l é g t é r b e n r á z z u k , hanem a k l í m a s z e k r é n y segítségével e l ő á l l í t o t t h ő m é r s é k l e t e n és adott légnedvesség mellett. A k l í m a s z e k r é n y vizsgáló t e r é t —70 °C h 150 °C-ra á l l í t h a t j u k be + 0,5 °C p o n t o s s á g g a l . A + 10 °C 1-90 °C h ő m é r s é k l e t t a r t o m á n y b a n a ±3%-os pontossággal szabályozott relatív l é g n e d v e s s é g 10%—98% lehet. c) A vizsgálatból származtatott adatok (ld. 2.2 pont) 2.3.7 Kombinált
hőmérséklet-kislégnyomás
ban á l l í t h a t ó be. A + 1 0 1-90 °C h ő m é r s é k l e t i n t e r v a l l u m b a n a r e l a t í v p á r a t a r t a l o m 10%— —98% lehet. K i s l é g n y o m á s csak s z á r a z l é g t é r mellett h o z h a t ó létre, 40 perc alatt k b . 1 mbar, 70 perc a l a t t k b . 0,01 mbar. S z a b á l y o z h a t ó s á g i t a r t o m á n y a k b . 18 mbar-ig terjed. c) A vizsgálatból származtatott adatok ( l d . 2.2 pont) 3. Szűrővizsgálatok a) A vizsgálatok célja, az a l k a t r é s z t é t e l e k b e n lévő rejtett h i b á s p é l d á n y o k kiszűrése, a legfonto sabb hibamechanizmusok gyors feltárása, ezál t a l az a l k a t r é s z - t é t e l m e g b í z h a t ó s á g i szintjének növelése és m i n ő s í t e t t eszközökre minőségi tényező meghatározása. b) A vizsgálat módszere: a s z ű r ő v i z s g á l a t o k a t az eszköz t e c h n o l ó g i á j á t ó l , b o n y o l u l t s á g á t ó l , toko z á s á t ó l és funkciójától függően ú g y k e l l meg tervezni, hogy azok az a l k a t r é s z e k m e g h i b á s o d á s á h o z v e z e t ő hibafolyamatokat r ö v i d i d ő a l a t t a k t i v á l j á k , ugyanakkor a h i b á t l a n (jó) p é l d á n y o k b a n d e g r a d á c i ó s folyamatokat ne idézzenek elő, azok k é s ő b b i f e l h a s z n á l á s á t ne g á t o l j á k . E z é r t célszerű s z ű r ő v i z s g á l a t i soro zatokat kidolgozni a legjellemzőbb hibamecha nizmusok e l ő h í v á s á r a a n e m z e t k ö z i minősí tési rendszereknek (IEC- és M I L - minősítési e l ő í r á s o k n a k ) megfelelő k ö v e t e l m é n y e k e t ala p u l véve.. Mikroelektronikai eszközök esetében az egyes s z ű r ő v i z s g á l a t i eljárások és azok á l t a l a k t i v á l t m e g h i b á s o d á s i f a j t á k k ö z ö t t i összefüggéseket a 6. ábra s z e m l é l t e t i .
vizsgálat
a) A vizsgálat célja: annak m e g á l l a p í t á s a , hogy a v i z s g á l t eszközök k é p e s e k - e k á r o s o d á s n é l k ü l elviselni adott k ö r n y e z e t i h ő m é r s é k l e t e n a lég n y o m á s alacsony é r t é k e m i a t t m e g n ö v e k e d e t t hőellenállás következtében létrejövő túlmelege dést. b) A vizsgálat módszere: A v i z s g á l t e s z k ö z ö k e t a v i z s g á l ó t é r b e h e l y e z z ü k és bekapcsoljuk a t á p f e s z ü l t s é g e t . A h ő m é r s é k l e t e t az e l ő í r t ér t é k r e állítjuk, majd csökkentjük a légnyomást. A szükséges n y o m á s é r t é k e t egy ó r á n k e r e s z t ü l t a r t j u k fent (amennyiben a t e r m é k s z a b v á n y m á s k é n t nem rendelkezik), m a j d s z á r a z l e v e g ő b e b o c s á t á s á v a l v i s s z a á l l í t j u k a n o r m á l légköri n y o m á s t . A h ő m é r s é k l e t t e l v i s s z a á l l u n k 25 °Cra és lekapcsoljuk a t á p f e s z ü l t s é g e t . A z á r a m k ö r ö k m ű k ö d ő k é p e s s é g é t és felületi é p s é g é t a k o r á b b a n részletesen ismeretetett m ó d s z e r e k k e l e l l e n ő r i z z ü k a v i z s g á l a t e l ő t t és annak befe jezése u t á n . A szóbanforgó v i z s g á l a t o t Braben der g y á r t m á n y ú K B S E 500/70 H t í p u s ú vizs g á l ó s z e k r é n y ü n k segítségével t u d j u k elvégezni, amelynek v i z s g á l ó tere 0,5 m ű r t a r t a l m ú , és h ő m é r s é k l e t e a —70 °C h 80 °C t a r t o m á n y
NJ xi
T á r o l á s ma^as sékleten
O
"3
O
-~
"C"
módszer
Hőciklus ( "A" v . "8"
Előégetés
-.3.1. módszer) (burn-in)
Mérés szélső sékleten
hőmér
Rázás Lezárás
vizsgálat
H286-6
3
468
<0
hőmér
2.3.1.
Hó'sokk (
«-
6. ábra. H i b a f a j t á k és előhívásukra ajánlott vizsgálatok
Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
1987. 1,0. szám
Például félvezető I C - k esetében h a t é k o n y szűrő vizsgálati sorozatot alkotnak a k ö v e t k e z ő vizs gálatok :
120;
— Tárolás magas hőmérsékleten (2.1 pont szerint), — Hőciklus vagy hősokk vizsgálat (2.3.1 pont szerint), •••
— Lezárás vizsgálat (csak hermetikus tokozású eszközök esetében alkalmazható) A M I L S T D 883 s z a b v á n y b a n leírt 1014.5. számú módszer szerint végezzük a vizsgálatot Veeco g y á r t m á n y ú MS17 típusú ún. „finom lyuk" vizsgáló berendezésünkön. A z eljárás lényege a k ö v e t k e z ő : a vizsgált alkatrészt 2 óra időtartamra 0,4 M P a n y o m á s ú héliumba helyezzük. R ö v i d pihentetés u t á n az áramkörö ket alacsony n y o m á s ú térbe helyezzük és figyeljük a He atomok szivárgását. Az eszköz belső üregének térfogatától és az alkalmazott kis légnyomás értékétől függően az időegység alatt észlelt He mennyisége kisebb kell legyen egy kritikus értéknél. — Előégetés (burn-in) vizsgálat A burn-in vizsgálat lényegében megegyezik a tartós terhelés vizsgálattal, de sokkal rövidebb ideig tart. A z alkalmazott vizsgálati időtar tamok: 48 óra, 96 óra és 168 óra, a szűrés szigorúságától függően. E l ő é g e t ő berendezésün ket az NSZK-beli Brabender-cég gyártotta, két klímaszekrényből és egy vezérlő mikro számítógépből áll. A klímaszekrények hőmér séklete —40 és + 1 5 0 °C között állítható be. A vezérlő mikroszámítógép segítségével prog ramozhatóak a vizsgált eszközök tápfeszültségét előállító tápegységek, valamint a dinamikus terhelő jelminták. A számítógép ellátja az egész rendszer felügyeletét is, az előforduló hibákat diszken rögzíti, illetve szükség esetén leállítja a vizsgálatot, kikapcsolja a szekrénye ket. A magas hőmérsékleten fellépő oxidáció megakadályozása érdekében a vizsgáló térben nitrogén öblítést alkalmazunk. — Szélső üzemi hőmérsékleten történő mérés A szűrővizsgálati sorozat utolsó lépése minden esetben a villamos paraméterek lemérése kell legyen, mert egyébként a meghibásodott alkat részeket nem tudjuk e l t á v o l í t a n i a szűrt esz közök közül. A szélső hőmérsékleten t ö r t é n ő méréssel az illető eszközre megengedett felső üzemi hőmérsékleten ellenőrizzük a m ű k ö d ő képességet. c) A vizsgálatokból származtatott adatok: A szűrővizsgálatokat funkcionális m i n t á k el lenőrzésére, a gyártási folyamat v é g é n az alkatrészek minőségbiztosítási rendszere haté konyságának ellenőrzésére alkalmazzuk, vala mint a felhasználó vállalatok részére is vállal kozunk h a t é k o n y szűrővizsgálati eljárások ki dolgozására és a vizsgálatok elvégzésére a berendezésgyártó vállalatok által beépítésre kerülő nem M E V g y á r t m á n y ú integrált áram körök esetében. A szűrővizsgálatok eredményei lehetőséget adnak annak meghatározására is, •Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
(1987. 10. szám
8C -
«5 írt <•••
40-
20-
r
'00
I'"í
1000 /h/
EI11Z3 7. ábra. Százalékos diagram
hogy mennyivel m e g b í z h a t ó b b a k a szűrővizs g á l a t o k o n á t m e n t eszközök a kereskedelmi m i n ő s é g i s z i n t ű eszközöknél. E z t az a r á n y s z á mot a minőségi t é n y e z ő fejezi k i . 4. Adatok közlése és f e l h a s z n á l á s a A m i k r o e l e k t r o n i k a i eszközök m e g b í z h a t ó s á g á r a v o n a t k o z ó adatok közlését a n e m z e t k ö z i szab v á n y r e n d s z e r e k b e n ( I E C , K G S T stb.) elfogadott e l ő í r á s o k n a k megfelelően v é g e z z ü k . A v i z s g á l a t i megfigyelések a l a p j á n az eszközök egyes fontosabb villamos j e l l e m z ő i n e k időbeli v á l t o z á s á t az ú n . s z á z a l é k o s d i a g r a m m a l (7. ábra) adjuk meg, amely azt á b r á z o l j a , hogy előre meg a d o t t P%-os é r t é k e k r e (rendszerint 5, 10, 50, 90 95%) a v i z s g á l t e s z k ö z t é t e l P%-a adott mérési i d ő p o n t b a n m i l y e n p a r a m é t e r é r t é k k e l rendelkezik. P é l d á u l a 7. ábrából m e g h a t á r o z h a t ó , hogy 300 ó r á n á l a tranzisztorok erősítési t é n y e z ő j e 60 vagy a n n á l kisebb a t é t e l 5 0 % - á n á l . A z eszközök meg b í z h a t ó s á g á t a m e g h i b á s o d á s i r á t á v a l jellemezzük, amely l / ó r a vagy 1 0 ~ / ó r a = l f i t e g y s é g b e n az i d ő e g y s é g r e eső r e l a t í v m e g h i b á s o d á s i g y a k o r i s á g o t adja meg. A v i z s g á l a t i adatok a l a p j á n ezt a X f a k t o r t a m e g h i b á s o d á s o k s z á m á n a k és az eszkö z ö k ö n megfigyelt összes m ű k ö d é s i i d ő n e k (eszköz ó r a m e n n y i s é g n e k ) h á n y a d o s á v a l becsüljük, ha a m e g h i b á s o d á s i r á t a á l l a n d ó . P é l d á u l 100 I C 10 000 ó r á s v i z s g á l a t a s o r á n 2 m e g h i b á s o d á s t figyeltek meg, ekkor 9
II.
i
III.
H 286 - 8 8. ábra. A meghibásodási ráta i d é f ü g g v ó n y e (kádgörbe)
469
= 2 • 1 0 - / ó r a = 2000 fit 6
100 -10 000
Az állandó meghibásodási ráta reciprokát meghi básodások közötti átlagos működési időnek, angol n y e l v ű rövidítéssel M T B F - n e k nevezik. A meghibásodási ráta azonban nem mindig állandó. A meghibásodási ráta i d ő f ü g g v é n y e a 8. ábrán l á t h a t ó kádgörbe. Ennek három szakasza van: I . — a kezdeti meghibásodások szakasza, amelyben a meghibásodási ráta monoton csökkenő és ez a szakasz h a t é k o n y szűrővizsgálatok alkal m a z á s á v a l m e g s z ü n t e t h e t ő ; I I . — az állandó meghibásodási ráta szakasz, amely az alkatrészek hasznos é l e t t a r t a m á t jellemzi és amelyre vonat k o z ó a n rendszerint a mikroelektronikai eszközök megbízhatóságát is meghatározzuk (egyes e t t ő l eltérő esetekben a Weibull-eloszlást és a Weibull valószínűségi papírt alkalmazzuk); I I I . — az elhasználódási vagy öregedési meghibásodások szakasza, amelyben az eszközöket már nem szabad felhasználni n a g y m e g b í z h a t ó s á g ú berendezések ben. A mikroelektronikai eszközök megbízhatóságát nemcsak a meghibásodási ráta pont-becslésével, hanem a statisztikai biztonságot jellemző felső konfidencia határral is meghatározzuk. E z a meg hibásodási ráta felső határ azt adja meg, hogy az esetek adott (például 60 és 90) százalékában a meg hibásodási ráta t é n y l e g e s értéke a felső határnál kisebb. A meghibásodások száma, a meghibáso dási ráta felső határa és a megfigyelt eszköz-órák s z á m a között összefüggés s zá rma zt a t h a t ó állandó meghibásodási ráta esetében a 1 -eloszlás t á b l á z a t a alapján, különböző konfidencia szintekre vonat kozóan. A 9. ábrán l á t h a t ó nomogram 60 és 90%-os konfidencia szintre adja meg a A-meghibásodási ráta, a meghibásodások száma és az eszköz-óra s z á m közötti összefüggéseket. Például 0 meghibá sodás esetén és 300 000 megfigyelt eszközóra mellett 90%-os konfidencia szinten a meghibáso dási ráta felső konfidencia határa
H 286-9|
2
Afeiső,
2 3 „o = y - J ö T = 7 , 6 6 • 10- / ó r a 6
A 9. ábra nomogramját felhasználhatjuk adott statisztikai p o n t o s s á g ú vizsgálati tervek elkészí téséhez is. Például 1 - 1 0 / ó r a meghibásodási ráta ellenőrzéséhez 90%-os konfidencia szinten 2 meg hibásodás előfordulása esetén 5,3 • 10" eszközóra vizsgálati a d a t m e n n y i s é g előállítása szükséges. A fentiekből l á t h a t ó , hogy a nagy megbízhatóság (alacsony meghibásodási ráta) igazolásához nagy eszközóra m e n n y i s é g szükséges. H a figyelembe vesszük a meghibásodási rátának az igénybevételi szinttől, rendszerint a réteghőmérséklettől v a l ó függését, akkor az ú n . gyorsított vizsgálatok ered m é n y e i alapján kisebb eszközóra m e n n y i s é g is elegendő a magasabb réteghőmérsékleten előfor duló magasabb meghibásodási ráta érték igazolá sához. A meghibásodási ráta réteghőmérséklettől v a l ó függését az Arrhenius-törvény írja le a _ 6
A= ^ e p . [ ^ | - ( - ^ - ^ - ) ] 1
X
470
7
9. ábra.
A
meghibásodási
ráta
grafikus
becslése
képlettel, ahol A a A-faktor Tjo hőmérsékleten, E az aktiválási energia, k a B o l t z m a n n - á l l a n d ó , T a réteghőmérséklet jf-ben, T a vonatkoztatási réteghőmérséklet, pl. r = 343 K (70 °C). A Tj réteghőmérsókletet a i
í0
í 0
képletből kell számítani, ahol T% a környezeti hőmérséklet, P a villamos disszipáció W-h&n, AT az 1 W terhelés hatására fellépő túlmelegedés. Megjegyzendő, hogyjegyes]esetekben a bonyolultabb Eyring-modellt használják. A meghibásodási ráta hőmérséklet-függése bipo láris illetve MOS technológiával előállított I C - k esetében a 10. ábrán l á t h a t ó . A hőmérséklet gyorsí t á s t jellemző aktiválási energia hibamechanizmu sonként változik. Például a 4. táblázatban felsorolt hibamechanizmusokhoz különböző aktiválási ener4 . táblázat Jellemző hibamecfianizmusok és aktiválási Hibamechanizmus
Aktiválási energia (eV)
Oxid-letörés Elektromígráeió Intermetallikus hibák Fémezési hibák Felületi hibák Térfogati hibák
Híradástechnika
XXXVIII.
energiák
0,3 O.Ö 0,7 0,8 0,9 1,0
évfolyam,
1987. 10. szám
g i á k tartoznak. A 10. ábrán l á t h a t ó h ő m é r s é k l e t függés s ú l y o z o t t a n á t l a g o l t hibamechanizmusokat jellemez. A g y o r s í t á s i t é n y e z ő 50 °C és 75 °C k ö z ö t t b i p o l á r i s eszközök e s e t é b e n 3, MOS techno l ó g i á v a l e l ő á l l í t o t t a l k a t r é s z e k e s e t é b e n 8,3. H a s o n l ó k é p p e n a d ó d i k , hogy 50 C és 125 °C k ö z ö t t a g y o r s í t á s i t é n y e z ő 28, illetve 356, a t t ó l függően, hogy bipoláris t e c h n o l ó g i á j ú eszköz v a g y MOS technológiájú alkatrész gyorsított vizsgálatáról van szó. A m e g h i b á s o d á s i r á t a az eszköz b o n y o l u l t s á g á t ó l is (például I C - k n é l a kapuk vagy tranzisztorok, illetve programozott bitek s z á m á t ó l ) függ. E z rendszerint X = G t í p u s ú f ü g g v é n y , ahol N az eszköz b o n y o l u l t s á g á t jellemző m e n n y i s é g , Cj és
r
A meghibásodási r á t a réteghőmérséklettől való függését is figyelembe v é v e az 5. táblázatban összefoglaljuk egyes a l k a t r é s z t í p u s o k r a az 55 °C-ra e x t r a p o l á l t m e g h i b á s o d á s i r á t a é r t é k e t és annak igazolásához szükséges 125 °C-on e l v é g z e t t vizs gálatok eszközóra mennyiségét (gyorsítási t é n y e z ő : 5,8—146). A m i k r o e l e k t r o n i k a i eszközök m e g h i b á s o d á s i r á t á i n a k i s m e r e t é b e n , v a l a m i n t az e g y é b elektro n i k a i a l k a t r é s z e k r e r e n d e l k e z é s r e álló m e g b í z h a t ó sági j e l l e m z ő k f e l h a s z n á l á s á v a l e l v é g e z h e t ő a be r e n d e z é s e k m e g b í z h a t ó s á g á n a k előrejelzése, amely a következő lépésekből áll: 10. ábra. A meghibásodási /
*
ráta
bőmérsókletfüggése
1
[l/óra]
1Ö-
CD
*ctí U
*H OJ
-ífl T3 O
OS •>lfl •H
2^
r: _
2
1Ő
7
l—-——T" 1 2
i
j
l
1
f
1 •
2^
10
I
100
1
200'
-—i I
500
7
I
—r
1
T
i r 1000 2000 Í00O 1 0 0 0 0 3orvolultsáe N I
H 286 -11 11. ábra. A meghibásodási ráta függése a b o n y o l u l t s á g t ó l
Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
4987. 10. szám
471
5. táblázat IC típus 7400 7442 7447 74 143 74 393 8048 8080 8085 Z 80 8086* 68 000*
Bonyolult ság (kapu)
X (10-»/6) 2^=55 °C
4 18 44 70 96 625 11002067 2830 6000 17 000
110 180 250 305 380 1635 2000 2500 2800 890 1250
Eszközóra (óra) T / = 1 2 5 °C 1 640 660 382 286 234 5 4 3 2 45 30
000 000 000 000 000 000 000 100 800 300 100
Megjegyzés: a *-gaI jelölt típusok esetében hermetikus tokot tételeztünk fel, a többi típusnál viszont műanyag tokra vonatkoznak a meghibásodási r á t a és az eszközóra értékek.
— a m e g b í z h a t ó s á g i jellemző k i v á l a s z t á s a (pl. A-faktor vagy M T B F ) — a b e r e n d e z é s m ű s z a k i leírása — a b e r e n d e z é s m e g b í z h a t ó s á g i m o d e l l j é n e k meg határozása — a b e r e n d e z é s m a t e m a t i k a i m o d e l l j é n e k megha tározása — a b e r e n d e z é s m e g b í z h a t ó s á g i és m a t e m a t i k a i m o d e l l j é b e n az a l k a t r é s z adatok f e l h a s z n á l á s a — az előrejelzés elvégzése. P é l d á u l m e g b í z h a t ó s á g i s z e m p o n t b ó l soros rend szer e s e t é b e n a b e r e n d e z é s A m e g h i b á s o d á s i r á t á j a , az M T B F - r e c i p r o k a a k
i =
l
k é p l e t b ő l s z á m í t h a t ó , ahol Aj az i-edik a l k a t r é s z t í p u s m e g h i b á s o d á s i r á t á j a a b e r e n d e z é s j e l l e m z ő ü z e m e l t e t é s i és alkalma zási feltételeire v o n a t k o z t a t v a , n az i-edik a l k a t r é s z t í p u s b ó l a b e r e n d e z é s b e n működő alkatrészek száma, k a b e r e n d e z é s b e n m ű k ö d ő a l k a t r é s z t í p u s o k szá ma. Á l t a l á b a n a A E előrejelzett érték kedvezőtlenebb (2—5-szöröse) a t é n y l e g e s e n megfigyelt b e r e n d e z é s A M meghibásodási rátának. t
5. K ö v e t k e z t e t é s e k A M i k r o e l e k t r o n i k a i V á l l a l a t n á l kidolgozott és alkalmazott m e g b í z h a t ó s á g i v i z s g á l a t i m ó d s z e r e k , v a l a m i n t a r e n d e l k e z é s r e álló v i z s g á l ó b e r e n d e z é s e k
472
f e l h a s z n á l á s á v a l az e l ő á l l í t o t t mikroelektronikai t e r m é k e k m e g b í z h a t ó s á g i szintjét a felhasználói k ö v e t e l m é n y e k n e k megfelelően b i z t o s í t j u k . A jelenlegi v i z s g á l a t i rendszert olyan i r á n y b a n célszerű t o v á b b f e j l e s z t e n i , amely b i z t o s í t j a , hogy a fokozott m e g b í z h a t ó s á g ú t e r m é k e k m e g b í z h a t ó sági szintjének ellenőrzését az ú j , k o r s z e r ű alkal m a z á s i k ö r ü l m é n y e k s z i m u l á l á s á v a l is lehessen végezni. E z é r t a v i z s g á l a t i m ó d s z e r e k és a vizsgáló b e r e n d e z é s p a r k fejlesztését a k ö v e t k e z ő t e r ü l e t e ken t e r v e z z ü k : akusztikus zajállóság v i z s g á l a t , s u g á r z á s á l l ó s á g v i z s g á l a t , k i s m é r e t ű (különleges kivitelű) alkatrészek vizsgálata. A m e g b í z h a t ó s á g i adatokat a n e m z e t k ö z i elő í r á s o k n a k megfelelő rendszerben közöljük, amely l e h e t ő v é teszi a b e r e n d e z é s g y á r t ó k s z á m á r a azok s z á m b a v é t e l é t b e r e n d e z é s e k t e r v e z é s e k o r . A vizs g á l a t i m ó d s z e r e k és b e r e n d e z é s e k f e l h a s z n á l á s á v a l lehetőáég n y í l i k az alkatrészfelhasználó v á l l a l a t o k á l t a l alkalmazott, külföldi g y á r t m á n y ú t e r m é k e k v i z s g á l a t á r a és m e g b í z h a t ó s á g á n a k értékelésére is. A M E V a j ö v ő b e n k i a d v á n y s o r o z a t o t k í v á n meg jelentetni, amely az egyes t e r m é k t í p u s o k r a k ö z ö l m e g b í z h a t ó s á g i adatokat a jelen k ö z l e m é n y eljá rásainak felhasználásával.
IRODALOM [1] Dr. Balogh, A.—Csornai, L.—Dr. Kalmár, O.—Dr. Mátrai, O.—Váradi, I . : Félvezetőtermékek minő ségbiztosítása. Magyar Elektronika, I I I . No. 5. (1986) . [2] Dr. Mátrai O.: Minőségügyi információs rendszer az elektronikai iparban. Minőség és Megbízhatóság (1987) (Megjelenés alatt.) [3] Csornai L . : F é l v e z e t ő eszközök gyorsított vizsgá latai. Minőség ós Megbízhatóság (1987). (Megjelenés alatt.) [4] Balogh A.—Oerlai M.: Rendszerek megbízhatósági tervezése . . . Híradástechnika, X X X V I . No. 2. (1985). [5] M S Z — K G S T 548: Statisztikai átvételi ellenőrzés (1977) . [6] M S Z — - K G S T 1192: A hibamentes működési idő ellenőrzési tervei exponenciális eloszlás esetében (1978) . [7] MSZ—18957: Megbízhatósági megfigyelések ter vezése (1984). [8] MSZ 18828: A megbízhatósági m u t a t ó k m e g h a t á rozásának paraméteres módszerei (1983). [9] MSZ 11010: Elektronikai alkatrészek m e g b í z h a t ó sági adatainak közlése (1974). [10] Balogh A.—Dukáti F.—Sallay L . : Minőségellen őrzés ós m e g b í z h a t ó s á g (1980) Műszaki K ö n y v k i a d ó [11] I E C T C 47 (CO)974: I E C quality assessment system. Specification for I C - s (1984). [12] M I L — S T D — 8 8 3 : Test methods and procedures. . . (1983).
Híradástechnika
XXXVIII.
évfolyam,
1987, 10. szám
