УДК 621.31

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫХОДА ГОДНЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЫСОКОПЛОТНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Константинов Павел Николаевич
Национальный Исследовательский Университет «МИЭТ»
аспирант

Аннотация
В статье рассмотрены показатели выхода годных и количества брака. Получены расчётные значения количества брака в зависимости от топологической площади и класса точности изделия. Приведена производственная статистика выпуска изделий по высокоплотной технологии и подтверждены результаты расчётов.

Ключевые слова: высокоплотные технологии, выход годных, гибридная электроника, количество брака, печатные платы


RESEARCH INDEX OF YIELD IN THE MANUFACTURE OF HIGH-DENSITY ELECTRONICS

Konstantinov Pavel Nikolaevich
National Research University of Electronic Technology “MIET”
graduate student

Abstract
The article describes the performance yield and the number of marriages. Shown the calculated values of the number of marriages according to the topological space and accuracy class. Shown statistics industrial production output of high-density technology and confirmed the results of calculations.

Keywords: high-density technology, hybrid electronics, printed circuit boards, the number of marriage, yield index


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Константинов П.Н. Исследование выхода годных при производстве высокоплотной электроники // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/10/58203 (дата обращения: 20.11.2016).

Во времена плановой экономики на промышленных предприятиях существовало понятие «выход годных». Это был важный показатель рентабельности интегральной технологии, поэтому на него были соответствующие регламенты и стандарты. В настоящее время этот термин менее популярен, предприятие ведёт учёт брака внутри себя, и использование каждой технологии определяется её выгодой с точки зрения бизнеса.

Естественное развитие электроники – это постоянное увеличение плотности топологического рисунка и поиск новых материалов. Примером может служить гибкая «гибридная электроника», получившая поддержку Американского военного ведомства [1, 2]. В ходе работ в МИЭТ независимо  от западных коллег сформировано отечественное аналогичное направление высокоплотной технологии микроузлов, использующее различные полимерные материалы [3].

Разработка и внедрение новых технологий в электронике сопровождается рядом трудностей, одна из которых – низкий процент выхода годных, считается, что подобная технология «не зрелая». Однако для высокоточных изделий, характеризующихся меньшими размерами топологических элементов, большей слойностью и топологиечкой площадью вероятность дефектов выше, чем для традиционных.

Для подробного рассмотрения проблемы введём понятия и переменные. Существует печатное изделие, для удобства прямоугольной формы. S – топологическая площадь изделия (со сторонами a и b). Весь рисунок топологии состоит из условных элементов, с потенциальной ошибкой. N – число условных элементов в единице площади. X – вероятность ошибки на условном элементе. Z – расчётное количество брака.

Количество брака (Z) есть вероятность ошибки в условном элементе (X) умноженное на число таких элементов (N).

Z = X*N; (1)

N = S*Nk;

Где N – зависит от класса точности изделия, согласно ГОСТ Р 53429-2009 “Печатные платы. Основные параметры конструкции” (N1 – для 1 класса точности, N2 – для второго и т.д. до N7), а X – зависит от технологии, базовых материалов, оборудования, персонала и случайности.

В зависимости от класса точности будет изменяться размер элементов топологического рисунка. Для оценки числа условных элементов с потенциальной ошибкой удобно привязать переменную Nk  к величине допустимого размера проводник/зазор в зависимости от класса точности (Lk).

Значения Lk:

L1 = 750 мкм =0,75 мм,

L2 = 450 мкм =0,45 мм,

L3 = 250 мкм =0,25 мм,

L4 = 150 мкм =0,15 мм,

L5 = 100 мкм =0,1 мм,

L6 = 75 мкм =0,075 мм,

L7 = 50 мкм =0,05 мм.

Nk = (a/Lk)*(b/Lk) = S/Lk2;

Исходя из (1) имеем:

Z = X*N = X*S*(S/Lk2) = X*(S2/Lk2);        (2)

Согласно (2) количество брака пропорционально квадрату топологической площади, при прочих равных условиях. Рассмотрим подробнее вероятность брака Z в зависимости от класса точности k. Исходя из (2) имеем:

Zk~1/Lk2; (3)

Подставим в (3) значения Lk (в мм), получаем:

Z1 ~ 1/0,752 = 1/0,5625 = 1,78..;

Z2 ~ 1/0,452 = 1/0,2025 = 4,94..;

Z3 ~ 1/0,252 = 1/0,0625 = 16;

Z4 ~ 1/0,152 = 1/0,0225 = 44,44;

Z5 ~ 1/0,12 = 1/0,01 = 100;

Z6 ~ 1/0,0752 = 1/0,005623 = 177,84..;

Z7 ~ 1/0,052 = 1/0,0025 = 400.

Фактически выведено значение потенциального количества брака (Zn) в условных единицах, в зависимости от класса точности изделия, согласно ГОСТ Р 53429-2009. Количество брака увеличивается с увеличением класса точности – примерно в 2 раза, при переходе на 1 класс (для 1-3 класса в 4 раза).

Можно сделать вывод:

Расчётное количество брака на изделия по высокоплотным технологиям пропорционально квадрату топологической площади и увеличивается вдвое, при повышении на единицу класса точности изделия (согласно ГОСТ Р 53429-2009).

В ходе разработки и внедрения гибридных высокоплотных технологий, в МИЭТ совместно с соисполнителями были оптимизированы существующие технологические процессы (в том числе для печатной электроники), освоены и запущены новые, найдены и применены новые перспективные базовые материалы, наработан опыт по выпуску опытных изделий.

Рассмотрим производственную статистику по выпуску изделий печатной высокоплотной электроники. В ходе проведения совместных работ за период в половину года было изготовлено:

1)      50 устройств 100х100 мм2, соответствующих 7 классу точности (изделие 1);

2)      100 устройств 100х100 мм2, соответствующих 6 классу точности (изделие 2);

3)      50 устройств 100х100 мм2, соответствующих 5 классу точности (изделие 3);

4)      100 устройств 100х50 мм2, соответствующих 5 классу точности (изделие 4);

Из них для изделия 1 годными по параметрам оказались 10 шт., для изделия 2 – 66 шт., для изделия 3 – 45 шт., для изделия 4 – 95 шт. Соответственно, практический выход годны за период составил:

1)      Изделие 1: p1 = 10/50 = 20%; 80% брак;

2)      Изделие 2: p2 = 66/100 = 66%; 34% брак;

3)      Изделие 3: p3 = 40/50 = 80%; 20% брак;

4)      Изделие 4: p4 = 95/100 = 95%; 5% брак.

Сравним с теоретическими значениями, вычислив практические показатели увеличения брака (Zp) при переходе от технологии 5 класса точности к 6 (Zp6/Zp5), от 6 класса к 7 (Zp7/Zp6) и в рамках одного класса при увеличении площади в 2 раза (Zp2S/ZpS).

Теоретические значения:

Z7/Z6 = 400/177,84 = 2,25..;

Z6/Z5 = 177,84/100 = 1,7784;

Zp2S/ZpS = (2*S/S)2 = 4;

Практические значения:

Zp7/Zp6 = 80/34 = 2,35..;

Zp6/Zp5 = 34/20 = 1,7;

Zp2S/ZpS = 20/5 = 4;

Сравнив теоретические и практические значения можно сделать вывод о справедливости расчётов.

Итак, полученные данные могут быть применены на практике для внедрения новых высокоплотных и гибридных технологий: имея данные о выходе годных для выпускаемых электронных изделий можно спрогнозировать выход годных для изделий классом точности выше, с большей топологической площадью на этой же производственной базе.


Библиографический список
  1. Пентагон объявил о финансировании работ по созданию гибридного поколения электроники // Электронный ресурс. URL: http://ru.euronews.com/newswires/3064228-newswire/ (дата обращения 21.09.2015)
  2. Пентагон и Apple будут совместно создавать «умную» экипировку для солдат // Электронный ресурс. URL: http://style.rbc.ru/news/gadgets/2015/08/31/21838/ (дата обращения 21.09.2015)
  3. Константинов П.Н., Тимошенков С.П., Тихонов К.С. Исследование размерной стабильности базовых полимерных материалов для современных печатных плат // Инженерный вестник Дона. 2012. №4-1/ том 22.


Все статьи автора «Константинов Павел Николаевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация