10. Кристалдағы жүйелерде кепілдікпен қамтамасыз ету

Бас тартулардың негізгі себептері

А) Металлизация коррозиясы

Кристалдағы металл өткізгіштер пассивтейтін диэлектриктер қабатымен қорғалған(кремний натриді немесе керемний қышқылы). Байланыстырғыш өткізгіштерді дәнекерлеуге арналған ауданшалар жанған болады. Сол ауданшаларда коррозия болады. Алтын және алтын сымдар ауданының дәнекерлеу негізіндегі металлизация жүйесінің қолданылуы коррозиядан ең жақсы қорғаныс болып саналады. Кремнийлі микросхемаларда алюминий және алюминийлік сымдар ауданының дәнекерлеу негізіндегі металлизация жүйесі қолданылады. Жинақтау операцияларында қолданылатын, су буының және химиялық реагенттердің әсері кезінде жоғары температурада коррозия көп ретті ұлғаяды.

Б) Металлизация өткізгіштеріндегі электромиграция

Металлизация өткізгіштердегі жоғары температурада өткізгіштің бағыты мен құрылымы жоқ атомдар мен вакансиялардың табиғи диффузиясы жүреді.

Токтың жоғары тығыздығы үшін бұл процесс бағытқа ие болады. Дуффузиялайтын атомдар тасымалдаушылар ағыны бағытында қозғалады. Электромиграция жылдамдығының температуралық тәуелділігі өткізгіштердің өзіндік атомдарының диффузия үшін Аррениус заңына сәйкес. Алиминий өткізгіштер үшін қауіпті токтың бастапқы тығыздыңы 2·10⁵ А/см² тең, ал алтын өткізгіштер үшін - 2·10⁶ А/см². Электромиграция өткізгіштердің локалды дефект жерлеріндегі, қатынас терезелерінің шеттерінде, диэлектрик рельеф сатыларында, қорек көзі ауданшаларында дәнекерлеу қатынасы шеттерімен үзілуіне алып келеді.

В) Кернеулі кристалдардағы дислокация.

Салғыштың монокристалындағы микросхеманы пайдалану процесі барысында дислокация дамуы мүмкін. Егер дислокация p-n-ауысуда шектеседі, онда бұл ауысулардың жоғалтуларының күрт өсуіне алып келеді. Дислокацияның өсунінің себебі кристалдағы термомеханикалық кернеу болып табылады. Микросхеманың коструктивті элементтері – кремний салғыштары, корпус негізі және кристалды жабатын диэлектрик термиялық кеңеюдің әр түрлі коэффицентіне ие. Құралдың жұмысы кезінде пайда болатын термоцикларда кристал не қысылады, не созылады, соның әсерінен кристалдағы кернеуді құрайды.

Г) Диэлектриктегі ластайтын қоспа диффузиясы

Кремний қышқылы бөлімінің шекарасы МОП-транзистордың затворы астында диэлектриктегі қоспаларғақте сезгіш келеді. Диэлектриктегі иондарды тағайындауды өзгерту МОП-транзистордың бастапқы кернеуін өзгертуге әкеледі. Натрий атомдары аса жағымсыздықты келтіреді. Натрий қоспасы алюминий металлизациясы мен корпустың конструктивті материалдарына кіреді. Натрий кремний қышқылында құбылмалы диффузияның жоғары коэффицентіне ие. Натрий ионының қолғалмалы заряды – технологтар метал затворлардан бас тартып, поликремнийге өткендегі негізгі себеп. Транзисторларды бөлетін, қатты легирленген изоляциялайтын аймақтар диэлектриктегі иондарға онша сезгіш емес.

Д) Құрылымның жасырын дефекттері

Локалды дефекттердің барлығы дерлік микросхеманы істен шығармайды. Олардың бір бөлігі бақылау барысында анықталмайды және алдын ала хабар жіберетін келесі бас тартулар үшін жұмыс істейдің құрылғыда қалып қояды. Ал жиі басқалары дефект бас тартулары өткізгіштердің тарылуы мен диэлектриктердегі саңылау түріне әкеледі.

Е) Микросхема түйіні арқылы электростатикалық разрядтар

Түйіндер әдетте қорғаныс элементтерімен қорғалған. Бірақ барлық элементтерден қорғайтын элементтер жоқ. Электростатикалық разрял құралды істен шығармауы да мүмкін, бірақ элементтер параметрлерін деградацияға ұшыратуы мүмкін. Разрядтардың әрекеттеріне ұшырататын элементтер төмен кепілдік ие, және пайдалану процесін қабылдамауы мүмкін.

Электрлік схемаларды жобалау кезінде кепілдікті қамтамасыз ету

Микросхеманы жобалау кезінде нақты құралдар мен тексттік құрылымдар, сонымен қатар конструкция эленменттеріндегі физикалық процестер негізіндегі кепілдікті есептеу-болжау жүргізіледі.

Өнімнің кепілдігін арттыру үшін оны әзірлеу «артық» түрде жүргізілуі тиіс. Құрал пайдалану режимдеріндегі шекті-рұқсат етілетін диапазонда ғана емес, сонымен қатар, шектен асып кеткен диапазон аймақтарында да жұмысқа қабілеттігін сақтауы қажет. Қор көп болса, соғұрлым өнімнің тозуының басталуына дейінгі период та үлкен.

Әдетте, пайдаланылатын қуат мөлшерін тқмендету кепілдік көрсеткіштеріне оң әсер етеді. Схемадағы қуатты төмендету үшін түрлі номиналдағы бірнеше қорек көзі пайдаланылады. Мысалы, периферия мен схема ядросы үшін екі қорек көзі номиналы қажет. Кепілділік қайта жүктеу мен электростатикалық қорғаныс элементтерін пайдалану эффективтілігіне де байланысты.

Тұрақты құрылымы бар, жұмыс процесі кезінде дефекттер автоматты түрде түзетілетін жады схемаларында «ыстық» резервтеудің әдістері жиі қолданылады. Тұрақты емес логикалық құралғыларда резервтеу әдетте аппаратураның платасында орын алады.

Кепілдікті арттырудың конструктивті-технологиялық әдістері

А) Коррозиядан қорғау

Алтын негізіндегі металлизация жүйесі коррозиядан қорғаудығ арнайы шараларына мәжбүр емес. Алюминий немес мыстың негізіндегі метализация үшін қорғаныстың ең жақсы әдісінің бірі ішкі қуысты инертті газдармен, мысалы аргонмен толтырылған герметикалық корпустар болып табылады. Герметикалыққа металкерамикалық, металшыны және шыныкерамикалық корпустар болып табылады. Мұндай корпустарға ішкі қуысқа флюс жұптары немесе дәнекерлеу шынысын орналастыру өнімі түспеуі қажет маңызды операциясы герметизация болып табылады. Флюсдер дәнекерлейтін корпустарды тазалау үшін арналған, яғни металдарды өндеу үшін. Флюсдердің корпус ішіне түсуі кезінде металлизация коррозиясы микросхеманың топтап қалуына алып келеді.

Пластмассалық корпустар герметикалық болып саналмайды. Судың буы пластмассадағы саңылаулар арқылы жеңіл енеді. Кристалдарды түйіндерінің дәнекерлеуін және корпустің негізіне жапсырылып болған соң, қосымша қорғау үшін эпоксидті герметикалайтын лакпен жабады. Пластмассалы корпусты платаларды қорғаныс лагымен жабу ұсынылады. Пластмассалық корпустарда микросхемалардың қолданылуы ғимаратттардажұмыс істейтін немесе герметикалық корпустары бар аппаратурамен шектеледі.

Б) Электромиграциядан қорғау

Қорғаныстың негізгі әдісі бұл – металлизация жүйесін детальды есептеу және таңдау. Алтын негізіндегі металлизация үшін берілген тығыздық шамадан тыс болғандықтан, ток тығыздығын шектеу талабын жүзеге асыру оңай. Микросхеманың топологиясы мен конструкциясын құруда келесі әдістер қолданылады:

• Өткізгіштердің көп қабатты құрылымы және қорытпа қолдану шекті рұқсат етілетін токтың тығыздығын екі есе ұлғайтуға мүмкіндік береді;

• Қорек көзінің бір ауданшалы корпус түйініне жалғау үшін бір немесе одан да көп дәнекерлеу байланыстары кристалдағы дәкерлеу қатынасында ток тығыздығын кішірейтеді.

• Металлизация деңгейлері арасындағы ауыспалы терезелердің көп ретті қосындысы қорек көзі шиналарындаауысу кезінде ток біркелкі таралады.

• Металлизация қабатын жақпастан бұрын изоляциялайтын диэлектрик бетті планаризация рельефтегі жұқа аймақтардың пайда болуын шығарады.

• Бұрылыстағы бойлық кесінділері бар корек көзі шиналарының арнайы формасын қолдану бұрылыстың ішкі жағынан шинадағы ток тығыздығын кішірейтеді.

В) Кристалдағы термомеханикалық кернеуді төмендету

Термомеханикалық кернеудің шамасы оны жабатын диэлектриктің кристал өлшеміне және қалыңдығына байланысты. Неғұрлым кристал үлкен және диэлектрик қалың болған сайын, соғұрлым кернеуде көп болады. Микросхеманың конструкциядағы кернеуді төмендетудің негізгі жолы – термикалық кенейтудің әр түрлі коэффиценттерімен қатты қабаттар арасындағы эластикалық қабатшаларды енгізу. Корпус негізіне кристалл монтажы күміс толтырғышы бар эпоксидті желім қолдану арқылы жүзеге асады. Толтырғыш төменгі жылулық кедергімен қамтамасыз етеді. Тасымалдаушыға аударылған беткі кристалл монтажы мүмкін. Бұл жағдайда кристал тек дәнекерлеу нүктелеріндегі негізінде ғана шектеседі. Жылу бергіш кристалдың кері жағынан орындалады, яғни ұсақ дисперсиялы күміс негізінде арнайы паста қабатымен жылу жайылғыш жабысады.

Диэлектрик кристалды жабатын кернеуді төмендету бірінші қабаттың кішіреюі кезінде ғана мүмкін. Әдетте, бірінші қабаттың қалыңдығы кремнийдің термиялық өсірілген қышқылы 0,5 мкм аспайды. диэлекриктердің Келесі қабаттары металлизация қабаттарынан кейін жағылады. Метализацияның эластикалық элементтері кернеу тудырмайды. Егер кристалдың өткізгіштерді жүргізгеннен кейінгі бос қалған барлық ауданы ұсақ фиктивті элементтермен толтырылады, онда диэлектриктердің келесі қабаттары металлизация элементтері арасында өзара тек жіңішке саңылауларда жанасады. Металлизация жүйесінің Мұндай конструкциясы диэлектриктердің планаризациясы үшін тиімді және барлық өткізгіштер мен диэлектриктердің 10 мкм асатын суммарлы қалыңдығының өзінде микросхема құрылымына онша өзгеріс енгізбейді.

Г) Ластайтын қоспалармен күрес.

Микросхемадағы ластауларды азайтудың 2 тәсілі белгілі – пайдаланылатын материал мен барлық процестің тазалығы, сонымен қатар ққрылымға геттерирлейтін қабаттың енгізілуі. Натрий атомдарын гетерирлеу үшін бормен немесе басқа элементтермен диэлектриктерді изоляциялайтын легирлеу жиі қолданылады.

Д) Жасырын дефекттердің деңгейін төмендету.

Жасырын дефекттердің санын төмендетудің негізгі жолы – жарамды микросхемалардың шығысының пайызын өсіру болып табылады. Бірінші гипотезаға сәйкес кепілдіктің статикалық теориясы, жарамды өнімдердегі жасырын дефект саны тексеру барысындағы айқын болған санға пропорционал. Сондықтан, жарамды микросхеманың шығыс пайызы потенциалды кепілдік көрсеткіші ретінде қолданылады. Ережеге сәйкес бізге белгілі, өндірілетін нақты аймақ үшін зақымдайтын дефект тығыздығы тексеріледі. Технологтар күш жұмылдырулары бұл шаманың төмендетуіне бағытталған. Ал құрастырушылар технология таңдауда талап етілетін жарамды шығыс пайызымен қамтамасыз етпейтін өндірісті пайдаланбаулары тиіс.

Өндіріс кезеңі кезінде кепілдікпен қамтамасы ету.

Микросхеманы өндіру кезеңі кезінде оладың конструкциясы жәгн базалық технологиясы ауыспайды. өнімнің кепілдігі пен жарамды шығыс пайызын арттыру үшін ұйымдық-техникалық шара қолданылады, оларға жататыны:

• электровакуумдық гигиена

• процестер автоматтандыруы

• операциялар арасындағы оларды сақтау уақытын азайту арқылы пластиналарды өндеу маршрутын құру

• , бар шығыс пайызының есептелген пайызға қарағанда төмен, өнімнің барлық партиясы бракка шығатын сапаны статикалық бақылау;

• Жұмысшылар мен аппартураны жерге жалғау;

• өндірістік ғимараттарда уауны иондау;

• бақылау процесі кезінде өнімді электротермодайындау;

• сынақ пен рекламацияларда бас тарту анализі.

Аппаратурадағы микросхеманың кепілдігін қамтамасыз ету

Микросхеманы сенімді пайдаланудың негізі ретінде қолданылатын жобалау сапасы мен аппаратура өндірісі жатады. Сонын өзінде кепілдікпен қамтамасыз етудің маңызды элементі болып мыналар табылады:

• арнайы тары мен жабдықтар қолдану

• кешенді өнімдердің сәйкестігі

• барлық микросхема мен платадағы монтаж режимін пайдалану ережелерін сақтау

• микросхемадағы жылу бергішпен қамтамасыз ету;

• аппараттың пайдалану режімін сақтау.

11. Жарамды шығыстың негізгі теориялары