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.