Но все же суждения, основанные на точечных и точностных диаграммах остаются довольно грубыми, так как эмпирические характеристики (средние и дисперсии) подтверждены случайными колебаниями.

Более определённое суждение об изменении центра и параметра рассеивания можно сделать по диаграмме доверительных интервалов, где по осям ординат отложены средние по пробам и отрезки (см. рис. 2), равные эмпирическим средним квадратическим отклонениям.

Кроме того, на диаграмму наносятся доверительные границы для центра и для среднего квадратического отклонения. В тех точках, где смежные доверительные интервалы не перекрываются, можно с достаточным основанием судить о наличии изменения центра настройки или рассеивания а, следовательно, о стабильности ТП.

Методика исследования точности ТП.

1. Получив с вариантом задания число n и измерив, контролируемый параметр изделия, вычислив в соответствии с п.2, определить погрешность оценки.

2. Закон распределения (поле рассеивания) погрешности определяется на основе статистического анализа и построения гистограмм распределения.

Для статистического анализа используется персональная ЭВМ в диалоговом режиме:

2.1. Вводится массив экспериментальных данных и формируется гистограмма на дисплее.

2.2. Рассчитывается среднее значение и среднеквадратическое отклонение контролируемого параметра и .

2.3. Рассчитывается коэффициент относительной асимметрии и коэффициент относительного рассеивания .

3. Вероятность попадания показателя качества в пределы допуска рассчитывается по формуле

,

где - функция распределения.

1. Сравниваются с ( ).

Методика исследования стабильности ТП

1. По представленным в соответствии с вариантом задания значениям контролируемого параметра рассчитать с использованием ЭВМ статистические характеристики мер положения и мер рассеивания по пробам.

2. По полученным или заданным и построить точечную и точностную диаграммы.

Сделать заключение о стабильности ТП.

1. Построить диаграмму доверительных интервалов для средних значений по пробам по формуле

где - дисперсия в пробе по экспериментальным данным.

Построить диаграмму доверительных интервалов для среднеквадратических отклонений по формуле

,

где n - число измерений в пробе.

З АДАНИЕ

1. Получить исходные данные для оценки точности и стабильности у преподавателя и лаборанта.

2. Рассчитать статические характеристики.

3. Оценить точность ТП.

4. На основе полученных у преподавателя статистических данных по отдельным пробам провести анализ стабильности с использованием точечной и точностной диаграмм доверительных интервалов.

5. Сделать вывод о стабильности ТП на основе характеристики времени разладки.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

1. Исходные данные.

2. Расчетные формулы с подробными пояснениями входящих в них составляющих.

3. Гистограмма распределения контролируемого параметра.

4. Выводы по результатам оценки точности ТП.

5. Точечная и точностная диаграммы.

6. Диаграмма доверительных интервалов.

7. Выводы по результатам оценки стабильности ТП.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дать понятия точности и стабильности ТП.

2. При каких условиях потенциальная точность ТП совпадает по значению с технологической точностью?

3. В каких случаях появляется необходимость в сопоставлении потенциальной и технологической точности ТП?

4. Каким образом оценивается точность ТП?

5. Как оценивается стабильность ТП с помощью точечных и точностных диаграмм?

6. Как оценивается стабильность с помощью диаграмм доверительных интервалов?

7. Достоинства и недостатки исследуемых в работе методов оценки стабильности ТП?

ЛИТЕРАТУРА

1. Сахаров М.А. Сборник практических занятий по технологии РЭА. – М.: МАИ, 1982.

2. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества. – М.: Мир, 1970, с. 260-292.

Работа №3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПОДГОНКА ПЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИС.

Цель работы - ознакомить студентов с существующими разновидностями подгонки резисторов ГИС, научить обоснованному выбору метода обеспечения требуемой точности элементов, а также экспериментально исследовать некоторые из методов.

ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Подгонка является одним из средств обеспечения требуемой функциональной точности изготовления МЭА, и сводиться к изменению номиналов пленочных элементов до требуемых значений для выполнения заданных функций.

Технологическая погрешность определяется невоспроизводимостью геометрических размеров контуров элемента ГИС и электрофизических свойств пленки.

С целью обеспечения требуемой точности номинал конденсатора изменяют довольно редко, поэтому в дальнейшем будут обсуждены вопросы подгонки только резисторов.

Погрешность геометрических размеров пленочных элементов определяется точностью изготовления масок и фотошаблонов: разрешающей способностью способа формирования конфигурации элементов и точностью совмещения слоев, а также качеством формирования конфигурации элементов. Причем, среди геометрических погрешностей существуют случайные и систематические. Систематические, такие, как потравы и подпылы, можно учесть в процессе производства и произвести соответствующую коррекцию на этапе изготовления фотошаблонов.

Невоспроизводимость электрических свойств резистивных пленок, в первую очередь сопротивление квадрата пленок _, определяется следующими причинами:

- разницей _ контрольного образца и его среднего значения на рабочей подложке;

- разбросом значений _ в пределах одной подложки;

- изменением среднего значения _ в пределах партии одновременно обрабатываемых подложек за один технологический цикл.

Погрешности, определяющие свойства пленки, могут носить случайный характер, когда они вызваны локальными дефектами пленок и подложек, или систематический из-за групповых методов изготовления, обусловленных диаграммой конденсации (отношением площадей зон с одинаковыми параметрами).

Подгонка вызвана необходимостью обеспечения экономичности производства резисторов, точность которых после получения пленочных структур и рисунка составляет 75…25%.

Операция подгонки в общем случае используется для ГИС общего применения, СВЧ-диапазона, мощных и прецизионных. Наибольшие требования к операции подгонки предъявляют при изготовлении прецизионных схем, где требуемая точность может достигать 0,01%. Заметим, что совершенствование методов подгонки привело к существенному распространению толстопленочных (на основе вжигания паст на керамическую подложку) ГИС для создания схем разнообразного назначения.

Подгонка может проводиться как в процессе изготовления резистивных элементов микросхем (технологическая подгонка), так на этапе регулировки и настройки отдельных частей аппаратуры, в состав которой входят пленочные микросхемы (функциональная подгонка).

С целью упрощения регулировки аппаратуры операции подгонки целесообразно проводить после изготовления и сборки элементов, чтобы изменением номинала одного элемента скомпенсировать отклонения, вызываемые всеми предыдущими операциями. К этому сводиться функциональная подгонка, когда изменением параметров одного или нескольких пленочных элементов обеспечивается попадание в поле допуска выходного параметра всего функционального узла или устройства. Достоинством этих методов является минимальное время подгонки и возможность использования дискретных компонентов с менее жесткими допусками; недостатком - необходимость работы со схемой с подключенным питанием, существенное понижение степени интеграции и использование довольно сложного и дорогостоящего оборудования.

Методы подгонки резистивных элементов. Номинальное значение сопротивления пленочного резистора определяется соотношением

R = _ N = _

где R - номинальное значение, Ом ; _ - удельное поверхностное сопротивление, Ом/ ; N - число квадратов резистора; l - длина резистора ; а - ширина резистора.

Следовательно, номинал резистора можно варьировать изменением его геометрических размеров или удельного сопротивления. Первый способ не требует дополнительных пояснений. В свою очередь _ пленки определяется ее толщиной, структурой и составом. Отсюда вытекают и возможные методы подгонки резисторов, и их место в производстве ГИС.

Известны различные методы подгонки, которые сводятся к изменению геометрии и изменению состава и структуры материала резистора.

Строго говоря, подгонка приводит к комбинированному изменению, как структуры, так и геометрии. Тем не менее, деление на две группы удобно для практики. К первой группе можно отнести: механический (фрезерование, скрабирование), ультразвуковой, воздушно-абразивный, электроискровой, лазерный, электронно-лучевой и метод с использованием перемычек и секций; ко второй группе – термический отжиг, электрический нагрев пропусканием тока, электрохимический метод и метод уплотнения.

Целью методов подгонки первой группы является изменение сопротивления за счет изменения длины, ширины или формы пленочного резистора.

Подгонка механическими скрайбированием или фрезерованием требует несложного оборудования, состоящего из алмазного резца или фрезы с приводом, координатного стола для перемещения резистора при подгонке и блока измерения (рис.1а). Ультразвуковой метод подгонки основан на том, что механическое воздействие резца на пленку может передаваться посредством ультразвуковых колебаний.

При абразивной подгонке снимают часть резистивного материала с помощью выбрасываемых потоком воздуха мелких (20мкм) абразивных частиц, которые разрушают небольшие участки пленки резистора до тех пор, пока сопротивление не увеличивается до требуемой величины. Недостатками метода являются возможность повреждения близлежащих деталей схемы, нарушение их защитного слоя, и, как следствие этого, ограниченная плотность размещения элементов. В случае обработки резистора излишним количеством абразивного порошка его поверхность становиться шероховатой и характеристики ухудшаются. Трудно обрабатывать пленки из твердых материалов.

Электроискровая подгонка основана на локальном нагреве пленки, находящейся в контакте с острием зонда, до ее испарения или оксидирования (рис 1,б). Недостатком является низкая производительность из-за быстрого износа иглы и зонда и значительная погрешность геометрических размеров.

Лазерная и электронно-лучевая обработка относятся к бесконтактным методам подгонки. Лазерная обработка тонких пленок сопровождается высокими скоростями локального нагрева (до 10¹⁰ град/с) до испарения материала пленки. Высокая плотность импульсной световой энергии (до 10⁷ Вт/см²) при малой длительности (=10^-8 с) и высокая скорость охлаждения (до 10⁸ град/с) обеспечивают быстрое испарение на минимальном нагреве материала вне границ области резания. Возможно использование лазера для термообработки материала резистора при понижении (до 10³ Вт/см²) плотности энергии, что приводит к уменьшению R из-за нагревания материала до температур, вызывающих уплотнение кристаллической структуры. Таким образом, лазерная подгонка позволяет как увеличивать, так и уменьшать сопротивление резисторов.

Частичное удаление пленки резистора возможно с помощью электронного луча с удельной мощностью 10⁶ Вт/см². Недостатком этого метода является сложность, дороговизна и громоздкость оборудования, связанная с необходимостью обеспечения высокого вакуума. Достоинством - самая высокая из существующих методов скорость реза и электромагнитное сканирование луча.