CC BY
30
56
технические: науки
Литература
1. Денисов Д.А. Сегментация изображения на ЭВМ / Д.А. Денисов, В.А. Низовкин // Зарубежная радиоэлектроника. - 1985. - № 10. - С. 5-30.
2. Бочкин A.M. Методы фильтрации сигналов в корреляционно-экстремальных системах / A.M. Бочкарев, М.П. Мусьяков ; под ред. В.К. Баклицкого. - М. : Радио и связь. -1986. - 216 с.
3. Мартышевский Ю.В. Полунатурное моделирование работы TAC средствами MatLAB ! Ю.В. Мартышевский // Телевидение: Передача и обработка изображений : 4-я Международная конференция, 24-26 мая 2005 г. - СПб. : [б.и.], 2005. - С. 65-66.
4. Бакут П.А. Телевизионная следящая система с байесовским дискриминатором цели / П.А. Бакут, В.Г. Лабунец // Зарубежная радиоэлектроника. - 1987. - № 7. - С. 81-93.
Мартышевский Юрий Васильевич
Д-р техн. наук, проф. кафедры радиотехнических систем ТУСУРа Телефон: (3822) 41 36 70, 76 38 16 Эл. почта: yvmart@mail2000.ru
Y.V. Martishevsky
Algorithm segmentation of television images at definition objects coordinates
At algorithm of television images segmentation is suggested for determination of objects coordinates by TV tracking system. Results of the algorithm are investigation in MatLAB 7.1 environment with using Image Acquisition Toolbox are given. Modelling has been carried out as for synthesized, and for real images being entered in PC with the use of WEB camera.
УДК 621.396
H.H. Номоконова, В.Ю. Гаврилов
Особенности поиска информативных параметров для контроля качества устройств SMD-технологии
Обсуждается проблема выбора высоконадежных полупроводниковых интегральных электронных устройств, формулируются особенности прогнозирующего контроля. Предлагается обобщенный подход к контролю качества и описывается разработанный метод поиска информативных параметров, пригодных для определения индивидуальных технических свойств указанных устройств.
Введение
В статье описывается метод контроля качества полупроводниковых интегральных устройств и его практическое применение к устройствам SMD-технологии. Важнейшей задачей любого подобного метода является поиск информативных параметров (ИП), совокупность которых необходимо формировать с учетом особенностей прогнозирующего контроля современных полупроводниковых электронных устройств.
Первая особенность состоит в том, что внезапные отказы являются истинно внезапными, т.е. зависящими от двух факторов: от количества дефектов, присутствующих изначально в материалах, составляющих устройство, и от сочетания эксплуатационных воздействий (электрических, механических, климатических, радиационных и др.). Предсказать техническое состояние изделия в предстоящий период эксплуатации можно, если упомянутые изменения свойств материалов своевременно выявляются путем измерений некоторого количества таких параметров, величины которых однозначно отражают эти изменения.
Вторая особенность заключается в обеспечении информационной полноты множества оценок технического состояния изделия, по величинам которых осуществляется прогноз на предстоящий период эксплуатации.
Перечисленные особенности должны учитываться при сравнительном анализе множества ИП. В качестве критерия выбора ИП предлагается определять степень близости к иде-
Н.Н. Номоконова, В.Ю. Гаврилов. Особенности поиска информативных параметров...
57
альному. В свою очередь определение идеального информативного параметра (ИИП) зависит от подхода к контролю.
При классическом подходе к контролю ИИП — это параметр, функционально однозначно связанный со временем наработки на отказ конкретного объекта контроля (ОК).
С учетом особенностей прогнозирующего контроля предложен подход, отличный от классического, и введено другое определение ИИП. Предлагаем считать идеальным информативный параметр, принимающий одно значение (например, 0), если ОК потенциально ненадежен, и другое значение (например, 1), если ОК надежен.
Сравнительные характеристики классического и предложенного подходов приведены на рисунке.
Прогноз при таком подходе состоит не в оценке ресурса или времени наработки на отказ, а в косвенной оценке количества скрытых дефектов, определяющего вероятность внезапных отказов в период эксплуатации.
На основе предложенного подхода разработан метод косвенного контроля индивидуальных технических свойств полупроводниковых интегральных электронных устройств, ядром которого является «двухуровневая» модель информативных параметров.
Прежде всего необходимо выбрать информативные параметры первого уровня, каковыми являются реальные параметры электрической природы.
Выбор
П(1)={{У4},{0;.},{ХА}}; г = 1ТГ; / = Ы; к = (1)
¿У: ={=.*.-}; Ч- ={<» «Ь
где У^ и 0; — множества условий и ограничений соответственно, определяемых, например, соотношениями вида и Ь0/; X — показатели качества; к — индексы выбранных для учета показателей качества.
Выбор информативных параметров первого уровня
Основными условиями и ограничениями при выборе ИП первого уровпя являются:
- использование только неразрушающих методов контроля;
- возможность оценки технического состояния устройств по мгновенным значениям информативных параметров;
- инвариантность относительно технологии и функционального назначения ОК;
- возможность по числовым величинам ИП различать объекты контроля в смысле уровня дефектности;
- минимальная взаимокоррелированность ИП.
Для полноты математической модели потребовалось определить принцип оптимальности, за который предложено принять определение ИИП со строго заданными свойствами. Таким образом, свойства ИИП принимаются в качестве критериев предпочтения, основными из которых предложено считать:
1) нечувствительность к помехам;
2) нечувствительность к внешним дестабилизирующим воздействиям, а также к усло-зиям измерения;
3) нечувствительность к естественному разбросу электрических параметров ОК, не связанному со скрытыми дефектами;
4) ИП должны отражать состояние каждой функциональной части ОК в равной степени;
5) в значениях ИП в равной степени должны отражаться все виды дефектов материалов [1].
Выбор информативных параметров второго уровня
ИП второго уровня формируются на основе выполнения условия об обеспечении ослабления отрицательных свойств ИП первого уровня, входящих в оптимальный вектор. В работе предлагается использовать сами «отрицательные» свойства в качестве ИП, например, если параметр сильно зависит от температуры окружающей среды, то в качестве информативной характеристики второго уровня можно выбрать изменения ИП первого уровня под воздействием температурных нагрузок на ОК (не более +50 °С) [2, 3].
58
технические науки
Классический подход Вероятностный подход
Вид распределения ИИП
ф л
X
т со о.
о ф
X
о £
х
3
о. а>
£ аз о. со X
.0
£
I Ш СО
о.
о
^ ^-Ч-Г' V л _ ' 1,. С
Методы прогнозирования
Долговременные или ускоренные испытания
Измерение ИП (мгновенных характеристик)
Измеряемые величины
1 1 Дрейф критериальных парамеров Информативные параметры, связанные со скрытыми | дефектами !
Результат прогноза
Оценка вероятности безотказной работы в течение
заданного срока
Затраты на прогноз
Высокие
Низкие
Достоверность прогноза
Почти всегда низкая
Чаще всего средняя
Область применимости
Узкий класс ОК, явно подверженных старению
Все полупроводниковые устройства
Основные характеристики классического и предложенного подходов к прогнозирующему контролю
Н.Н. Номоконова, В.Ю. Гаврилов. Особенности поиска информативных параметров..
59
ИП первого уровня могут также зависеть, например, от частоты тестовых воздействий и от электрических режимов. При этом в качестве ИП второго уровня можно рассматривать характер зависимости ИП первого уровня от частоты или других режимов контроля. Таким образом, параметры второго уровня отражают зависимости ИП первого уровня от приложенных к ОК внешних нагрузок, вызванных условиями измерения или внешними случайными воздействиями в условиях эксплуатации.
(2)
П
где В - внешнее воздействие 1-й природы; индекс (') означает нечувствительность параметра к данному воздействию; Й{Х,} - вектор оптимальных ИП по показателям качества из
всего кортежа {хк} указанных показателей.
Параметры первого и второго уровней чаще всего коррелированы, но охватывать они
могут разный круг внутренних дефектов.
Экспериментальное обеспечение метода
Для проверки и подтверждения представленных теоретических результатов был разработан информационно-измерительный комплекс. В качестве ИП первого уровня использова-
•шсь критические питающие напряжения.
Критические питающие напряжения екр - это измеренная величина снижаемого от номинала напряжения питания, при котором наступает первый сбой в функционировании устройства при заданных тестовых последовательностях на его входах. Основой аппаратной части комплекса является специализированное устройство Штп-2, которое предназначено для измерения критических питающих напряжений [4].
Указанное устройство построено на основе сигнатурного анализатора. Работа устройства контроля состоит в следующем. С генератора тестовых сигналов через подключающее устройство (ПУ) циклические тестовые сигналы поступают на входы объекта контроля. Выходные сигналы с объекта контроля поступают на входы сигнатурного анализатора. После каждого цикла тестирования очередная полученная сигнатура сравнивается с предыдущей. При их совпадении устройство считается работоспособным, выходное напряжение управляемого источника питания уменьшается на определенную величину и цикл тестирования повторяется. При несовпадении сигнатур процесс тестирования завершается. На выходе сигнатурного анализатора появляется значение А£кр, пропорциональное числу прошедших циклов тес-
тирования ^Д^кр = -&1
- .С/,
разность между номинальным напряжением питания и
-*кр —ном лр
величиной екр). Начальный уровень питающего напряжения принимается равным номинальному для данного типа объектов контроля.
В качестве внешних нагрузок использовались температурные нагрузки, а для объектов контроля, выполненных по КМОН-технологии, — частота тестовых воздействий.
При этом в качестве ИП второго уровня выбраны вид и некоторые параметры температурной зависимости (температурные коэффициенты, ширина петли гистерезиса и пр.) екр, а также зависимость ИП первого уровня для интегральных схем КМОП-технологии от частоты тестовых последовательностей.
Практическое применение метода к устройствам ЭМО-технологии
Современные устройства, выполненные по технологии монтажа на поверхности, имеют ряд особенностей, в целом положительно влияющих на надежность и позволяющих проводить углубленный контроль по ИП второго уровня. Во-первых, компоненты для поверхностного монтажа выдерживают высокие температуры, что дает возможность применять более мощные тестовые воздействия. Во-вторых, уже в ходе сборки устройство в целом претерпевает серьезный тепловой удар при пайке в конвекционной или инфракрасной печи, последствия которого могут служить информативными параметрами для контроля. Естественно, при этом надо иметь информацию о реальных параметрах компонентов до сборки.
Применительно к использованию екр информативным будет прежде всего изменение этого параметра, происшедшее вследствие теплового удара. Причем следует отличать это изменение от того, которое произошло при электрическом включении компонента в схему (назовем его электрическим). Последнее можно вычислить в ходе предварительных исследований (без пайки объекта контроля), и оно, как правило, будет примерно одинаковым для
технические науки
всех компонентов одного типа, включенных в один и тот же участок схемы. Информативное же изменение будет сугубо индивидуальным, и пороговое значение его также выясняется в ходе предварительных исследований выборки объектов контроля. На практике у исправных компонентов изменений вследствие теплового удара не наблюдается, и лишь у объектов с незавершенным технологическим циклом термотренировки эти изменения заметно превышают шумовой уровень. И в данном случае главная задача как раз и состоит в том, чтобы отличить это информативное изменение от электрического. В этом может помочь последующее термоциклирование устройства в сборе с фиксацией гистерезисных явлений в изменениях £кр. Правда, и здесь имеются дополнительные сложности, связанные с тепловой инерционностью конструктивных элементов объекта контроля, дающей серьезный вклад в гистерезис. Уменьшить этот вклад можно, используя в качестве датчиков температуры кристалла каждой интегральной схемы (ИС) естественные термодатчики, имеющиеся в любом полупроводниковом устройстве: р-гс-переходы. В этом случае в качестве ИП второго уровня термодинамической природы можно использовать гистерезисные явления в зависимости £кр каждой ИС, составляющих объект контроля, от напряжения на одном из прямосмещенных р-гс-переходов, содержащемся в этой ИС.
Теоретические и практические результаты, полученные предложенным методом, позволяют в качестве ИП первого и второго уровней использовать и другие параметры, что, конечно, потребует создания других аппаратных средств. В совокупности с другими методами данный метод косвенной оценки технического состояния полупроводниковых устройств позволяет приблизить решение задачи выбора высоконадежных устройств.
Литература
1. Номоконова H.H. Многокритериальный подход к выбору информативных параметров полупроводниковых интегральных устройств : монография /H.H. Номоконова ; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. Ф.Н. Покровского. - Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1995.
2. Nomokonova N.N. The Microelectronics Lifetime Estimation /N.N, Nomokonova // Pacific Science: Review. - 2002, - № 4. - P. 72-75.
3. Nomokonova N.N. The Microelectronics Lifetime Estimation using adaptive fuzzy thresholds / N.N. Nomokonova, V.Y. Gavrilov // Sixteenth International Conference on Systems Engineering. (ICSE 2003). Coventry University. - 2003. - P. 512- 514. - ISBN 0-905949-91-9 (two volume set).
4. Номоконова H.H. Информационно-измерительная система контроля качества интегральных электронных устройств ,/ H.H. Номоконова, В.Ю. Гаврилов // Измерительная техника. Серия метрология. - 2004. - № 5. - 5 с.
Номоконова Наталья Николаевна
Канд. техн. наук, проф. каф. электроники Владивостокского государственного университета
экономики и сервиса (ВГУЭС)
Телефон: (4232) 40 40 75
Эл. почта: Natalya.Nomokonova@wsu.ru
Гаврилов Владимир Юрьевич
Канд. техн. наук, доц. каф. электроники Владивостокского государственного университета экономики и сервиса (ВГУЭС)
N.N. Nomokonova, V.Y. Gavrilov
Peculiarities of Retrieval Informative Parameters for Quality Control SMD-Technology Devices
The problem of choosing of high reliable semiconductor integral electronic devices is discussing. Peculiarities of predictive control are formulated. Generalized approach to quality control is offered. The method of retrieval informative parameters suitable for determination individual technical characteristics mentioned devices is described.
