Распродажа

Электронные компоненты со склада по низким ценам, подробнее >>>

Содержание ChipNews

2003: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
2002: 
1, 5, 6, 7, 8, 9
2001: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
2000: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
1999: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

Новости электроники

В 14 раз выросло количество россиян на MediaTek Labs ? проекте по созданию устройств "интернета вещей" и "носимых гаджетов"

Сравнив статистику посещения сайта за два месяца (ноябрь и декабрь 2014 года), в MediaTek выяснили, что число посетителей ресурса из России увеличилось в 10 раз, а из Украины ? в 12. Таким образом, доля русскоговорящих разработчиков с аккаунтами на labs.mediatek.com превысила одну десятую от общего количества зарегистрированных на MediaTek Labs пользователей.

Новое поколение Джобсов или как MediaTek создал свой маленький "Кикстартер"

Амбициозная цель компании MediaTek - сформировать сообщество разработчиков гаджетов из специалистов по всему миру и помочь им реализовать свои идеи в готовые прототипы. Уже сейчас для этого есть все возможности, от мини-сообществ, в которых можно посмотреть чужие проекты до прямых контактов с настоящими производителями электроники. Начать проектировать гаджеты может любой талантливый разработчик - порог входа очень низкий.

Семинар и тренинг "ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!" (14-15.10.2013, Новосибирск)

Компания Компэл, приглашает вас принять участие в семинаре и тренинге ?ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!?, который пройдет 14 и 15 октября в Новосибирске.

Мне нравится

Комментарии

дима пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ827:

люди куплю транзистар кт 827А 0688759652

тамара плохова пишет в теме Журнал Радио 9 номер 1971 год. :

как молоды мы были и как быстро пробежали годы кулотино самое счастливое мое время

Ивашка пишет в теме Параметры отечественных излучающих диодов ИК диапазона:

Светодиод - это диод который излучает свет. А если диод имеет ИК излучение, то это ИК диод, а не "ИК светодиод" и "Светодиод инфракрасный", как указано на сайте.

Владимир пишет в теме 2Т963А-2 (RUS) со склада в Москве. Транзистор биполярный отечественный:

Подскажите 2т963а-2 гарантийный срок

Владимир II пишет... пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ372:

Спасибо!

В. Попов

Проблемы и возможности применения коммерческих интегральных схем в военной и космической технике

Введение

    В настоящее время в военной и космической технике широко применяются интегральные схемы (ИС) различной степени интеграции. Специфическими условиями эксплуатации ИС на борту космических аппаратов (КА) является низкоинтенсивное воздействие ионизирующего излучения (ИИ) космического пространства. В течение длительного срока функционирования КА (в настоящее время это 10...15 лет) набирается значительная доза ИИ, соизмеримая с предельной. Поэтому требуется обеспечение не только надежности , но и радиационной стойкости ИС, предназначенных для работы на борту КА.
    В период "холодной войны" военные заказы требовали радиационно-стойких ИС, изготавливаемых по специальным технологиям. Радиационно-стойкие изделия, выпуск которых осуществлялся в достаточно больших объемах, использовались не только в военной, но и в космической технике гражданского назначения (спутники связи, навигации и т. п.). Однако, с окончанием этого периода резко снизились заказы на радиационно-стойкие ИС, и их производство стало нерентабельным. Этот процесс характерен для всех ведущих производителей радиационно-стойких изделий, включая США. Он принял массовый характер, начиная с 1994 года. В мае 1995 года фирмы МОТОRОLА и АМD прекратили поставки ИС с военной приемкой. В 1996 году фирма HARRIS фактически прекратила выпуск микросхем по технологии "кремний на сапфире". Сокращение, а в ряде случаев и прекращение производства радиационно-стойких ИС привело к значительному их удорожанию. Поэтому в последнее время применение дорогих радиационно-стойких изделий стало экономически невыгодно, и разработчики спутниковых микроэлектронных систем обратили свои взоры на коммерческие изделия.
    В конце сентября начале октября 1998 года в Ницце было проведено рабочее совещание, посвященное "коммерциализации" военной и космической техники (Working shop meeting "Commercialization of Military and Space Electronics"). На этом совещании отмечалось, что если раньше в аппаратуре военного и космического назначения применялось примерно 70% радиационно-стойких изделий и 30% коммерческих, то в настоящее время наблюдается обратная картина.

Проблемы применения коммерческих изделий

    Первая проблема заключается в противоречиях с военными стандартами , возникающими при использовании коммерческих изделий. Так, например, Боб Пиз (Bob Pease), специалист фирмы National Semi-conductor Corp., еще в 1991 году критиковал метод снижения номинального напряжения питания ИС в военном стандарте MIL-HDBK-217 [1]. Согласно этому методу требуется использование ТТЛ ИС при напряжении питания 3 В, а операционных усилителей при ╠9 В вместо 4,5 В и ╠15 В, соответственно. Такое же возражение можно высказать и в отношении КМОП ИС, которые в настоящее время наиболее широко применяются в военной и космической технике.
    В КМОП ИС при снижении напряжения питания, с одной стороны, уменьшается радиационный дрейф пороговых напряжений МОП транзисторов, а с другой сужаются допустимые пределы изменения пороговых напряжений, так называемые "рабочие области"[2]. В случае применения радиационно-стойких изделий дрейф пороговых напряжений транзисторов уменьшается быстрее, чем сжимаются их рабочие области. У коммерческих изделий, наоборот, при снижении напряжения питания рабочая область сужается быстрее, чем уменьшается радиационный дрейф пороговых напряжений МОП транзисторов. Поэтому радиационная стойкость таких КМОП ИС при меньшем значении питания ниже, чем при номинальном значении (рис. 1).

    Следующее противоречие заключается в низкой радиационной стойкости коммерческих ИС. Это означает, что предельная доза соизмерима с накопленной дозой за период эксплуатации изделий на борту КА. Поэтому разработчику микроэлектронных систем необходимо знать вероятность безотказной работы изделия в каждый момент времени. Стандарты не дают такой возможности.
    Эта проблема может быть решена с помощью "надежностного" подхода к радиационной стойкости, предложенного в 1994 году и впервые опубликованного в [3,4]. Согласно этому подходу, радиационные эффекты характеризуются не предельной дозой ИИ, а интенсивностью радиационных отказов, которая определяется следующим образом [4]:

lp = KpPn/ (1 KpPnt),

где Kр коэффициент радиационного повреждения ИС, P мощность поглощенной дозы ИИ, n параметр, учитывающий зависимость предельной дозы ИИ от мощности дозы Р (так называемый "эффект низкой интенсивности"), t время эксплуатации при воздействии ИИ.
    Анализ представленного выражения показывает наличие двух характерных областей:

    Есть ли случайные радиационные отказы в период нормальной работы ИС? На этот вопрос дает ответ результат радиационных испытаний партии КМОП ИС типа CD4049A [5], представленный в табл. 1. Как можно видеть, в выборку из 20 шт. попало одно дефектное изделие, отказавшее при дозе ИИ на порядок ниже предельного значения 1,0 Мрад.

Таблица 1. Распределение радиационных отказов КМОП ИС типа CD4049A

Поглощенная доза, Мрад 0,1 0,5 1,0 2,0 3,0
Общее число отказавших изделий 1 1 1 6 11
Оценка вероятности отказа 0,05 0,05 0,05 0,3 0,55

    В случае использования большого количества ИС в микроэлектронной системе вероятность попадания дефектного изделия возрастает. Специалист фирмы Boeing Commercial Corp. Чарльз Ленард (Charls Lehnard) в связи с этим отмечает, что мнение о том, что удовлетворяющие требованиям военных стандартов изделия работают более надежно не всегда верно [6]. Для коммерческих изделий попадание дефектных изделий более вероятно, чем для изделий, изготовленных по специальной "радиационно-стойкой" технологии. Проблема может быть решена с помощью отбраковки дефектных изделий.

Отбраковка дефектных изделий

    Практически все ИС в настоящее время изготавливаются по планарной технологии или ее модификациям. Поэтому качество оксидной пленки на поверхности полупроводника играет важную роль в обеспечении надежности и радиационной стойкости планарных изделий. Как отмечается в [7], в КМОП ИС более 60% отказов связано с дефектами оксидной пленки. Эти данные коррелируют с результатами анализа видов и причин отказов, представленными в других работах (например, [8]).
    Анализ дефектов пленки оксида кремния на кремнии показывает [9,10], что доминируют два типа дефектов с энергиями активации процесса термического вы-броса заряда ~0,9 эВ и ~(1,21,4) эВ. В [11] они квалифицированы как E▓- и DI-центры, соответственно. Послед-ние исследования показали [12], что DI-центры могут образовывать скопления макродефекты. Накопление заряда в макродефектах вызывает деградацию параметров ИС и, в конечном счете, приводит к их отказу.
    После изготовления и выходного контроля остаются ИС, в которых макродефекты не заряжены. Поэтому их практически невозможно обнаружить электрическими измерениями. Даже после термополевого воздействия (выдержки при максимально-допустимой температуре в номинальном электрическом режиме в течение 96...168 ч.), называемого электротермотренировкой (ЭТТ), макродефекты оксидной пленки остаются нейтральными и, следовательно, не обнаруженными. Эффективно заряжает дефекты в диэлектрической пленке воздействие ИИ. При этом заряжаются как точечные дефекты, так и частично макродефекты. Поэтому для обнаружения последних после облучения необходимо произвести низкотемпературный отжиг, в результате которого точечные дефекты освободятся от накопленного при облучении заряда, а макродефекты, наоборот, увеличат свой заряд за счет освободившегося из точечных дефектов [13]. ИС, в которых присутствуют макродефекты, не восстанавливают свои параметры после отжига и могут быть эффективно отбракованы. Восстановившие свои параметры изделия могут быть использованы в микроэлектронных спутниковых системах. Ускоренные испытания отбракованных с помощью операции "облучение-отжиг" коммерческих NМОП ИС ОЗУ не выявили отказов и подтвердили наработку 423000 ч., что соответствует 48,2 годам и на два порядка превышает установленные в технических условиях требования по надежности [7,14].

Рис. 2. Изменение выходного напряжения логического нуля КМОП ИС при облучении, отжиге в пассивном и ускоренных испытаниях в электрическом режиме при 125 °C

    Отбраковка ИС с применением операции "облучение-отжиг" может производиться как в процессе их производства на пластинах перед операцией 100% контроля [7,14], так и на готовых изделиях в корпусах [15]. Однако, в последнем случае температура отжига ограничена предельной температурой, установленной для ИС, и время процесса перетекания заряда из точечных дефектов в макродефекты значительно возрастает. Это видно на рис. 2, взятом из [15]. В течение 120 ч. отжига в пассивном режиме при 125°С партия КМОП ИС разделилась на три группы: с высокой (1), средней (2) и низкой (3) плотностями точечных дефектов (DI-центров, поскольку E▓-центры при температуре ~100oC практически полностью разряжаются). Кроме того, на этом рисунке виден случайный отказ одного изделия из-за зарядки макродефекта (0). Для обеспечения заданной ошибки второго рода (риска Потребителя) операцию "облучение-отжиг" целесообразно дополнить методом распознавания образов [15 и 16].
    Таким образом, отбраковка ИС с макродефектами оксидной пленки возможна при использовании операции "облучение-отжиг". Именно поэтому в военный стандарт MIL-STD-883 недавно введен метод 10.19.5, включающий радиационно-термическую обработку (РТО) перед ЭТТ.

Системная надежность

    РТО и ЭТТ все-таки не выявляют все потенциально ненадежные ИС, и при эксплуатации изделий возникают случайные отказы. В этом случае на помощь приходят методы обеспечения надежности системы. Совокупность этих методов получила название "системная надежность". В ее основе применение различных видов избыточности. Всем хорошо известен метод резервирования аппаратная избыточность. Но она не всегда эффективна. Поэтому в последнее время разработчики микроэлектронных систем применяют другие виды избыточности. Например, режимная избыточность увеличение напряжения питания в случае, показанном на рис. 1, с 5 В до 7 В или 10 В увеличивает ресурс по накопленной дозе соответст-венно в 3 раза и 7 раз. Примером информационной избыточности может служить кодирование информации. Известный код Хеминга позволяет избежать неприятностей при "мягких" сбоях ИС ОЗУ, возникающих при попадании в "чувствительный" объем элемента ИС тяжелой заряженной частицы с высокой энергией. Разрабатываются и методы алгоритмической избыточности, когда решение задачи производится разными путями. Применение методов системной надежности приводит к тому, что ИС может отказать, а система будет продолжать работать.
    Однако, как отмечает профессор Нихал Синнадурай (Nihal Sinnadurai) [17], отсутствует системное изложение методов и, как следствие, не существуют программы обучения методам системной надежности. Эти методы развиваются мастерами-одиночками (например, в нашей стране Б.М. Петровым [18]). Но, несмотря на отсутствие руководящих документов по этим методам и их противоречие с военными стандартами, "любительские", по словам того же профессора Н. Синнадурая, спутниковые разработки, стимулированные простым недостатком денег , закончились приобретением "прогрессивной информации и знаний, как покупать изделия, какие изделия выборочно квалифицировать и как разрабатывать, чтобы система отработала заданный отрезок времени".
    Итак, системная надежность позволяет достигнуть высокого уровня вероятности нормальной работы отсутствия отказов системы в течение 20 лет, что соответствует 0,2% отказов ИС [17], т. е. в пересчете на ИС получаем интенсивность случайных отказов l~10-8 ч-1. Заметим, что коммерческие изделия характеризуются большей интенсивностью случайных отказов (~10-7ч-1).

Экономический аспект

    Стоимость изъятия дефектных ИС на разных этапах изготовления микроэлектронной системы резко возрастает при приближении к этапу эксплуатации. Это можно видеть по данным, взятым из [8], и представленным в табл. 2. Поэтому разработчики систем военного и космического применения стоят перед проблемой: необходимо с минимальными затратами обеспечить максимальную надежность.

Таблица 2. Относительная стоимость изъятия дефектных ИС

Этап Входной контроль Монтаж блока Испытания системы Эксплуатация системы
Военная 1,0 7,1 15,7 1
43
Космическая 2,1 10,7 43 30 000 000

    Затраты имеют место на всех этапах жизненного цикла системы. Однако издержки на каждом этапе можно изменять. Применение ИС с высокой надежностью и радиационной стойкостью дает низкий уровень затрат на разработку системы, но большие затраты на поставку изделий микроэлектроники. По данным [19] cоотношение надежности и стоимости для различных классов ИС можно оценить по данным табл. 3.

Таблица 3. Сопоставление надежности и стоимости испытаний ИС

Класс ИС Industrial C B A Сособой проверкой
Частота отказов, % за 1000ч. 0,1 0,06 0,006 0,003 0,001
Относительная стоимость 1,0 1,3 1,8 2,8 4-8

    Надо заметить, что в представленной таблице указаны затраты только на контроль изделий по методам стандарта MIL-STD-883. Затраты на производство высоконадежных и радиационно- стойких ИС увеличивают стоимость на 2...3 порядка. Применение методов системной надежности дает возможность приобретения менее дорогих и, по-видимому, менее надежных изделий. В этом случае соотношение затрат на разных этапах жизненного цикла микроэлектронной системы для космических аппаратов при использовании коммерческих микросхем и вклад отдельных этапов в стоимость эксплуатации (поддержания в исправном состоянии) показаны на рис. 3 [17]. Видно, что минимальные затраты на разработку при использовании системной надежности дают максимальный вклад в стоимость эксплуатации системы.

Рис. 3. Относительная стоимость разных этапов жизненного цикла спутниковой системы:
ряд 1 - стоимость этапов в % от общей стоимости;
ряд 2 - вклад этапов (в %) в стоимость эксплуатации (поддержания в исправном состоянии)

    Технология ИС непрерывно развивается. На смену выпускаемым в настоящее время большим (БИС) и сверхбольшим (СБИС) микросхемам приходят ультрабольшие ИС (УБИС), число транзисторов в которых до-стигает 10 млн. на 1 см2 площади чипа. На таких кристаллах может быть реализована целая система. В [20] отмечается, что стоимость однокристальной системы может быть менее 50$, в то время как аналогичная система, построенная на БИС и СБИС, стоит более 500$. Поэтому однокристальные системы экономически выгодны.

Заключение

    British Telecommunications и AMSAT, используя представленный выше "интеллектуальный" подход, названный "системной надежностью", доказали на практике его эффективность успешным многолетним орбитальным функционированием спутниковых систем, которые отказывали, когда солнечные батареи истощались [17]. Актуальность этого подхода возрастает при переходе на системы, построенные на УБИС. Однако, если при переходе на СБИС возникли "мягкие" сбои, при которых искажается информация, а элементы не повреждаются и сохраняют работоспособность, то в случае использования УБИС возникла проблема повреждения одной высокоэнергетичной частицей отдельных элементов. Поэтому УБИС в принципе не могут быть радиационно- стойкими, поскольку размеры транзисторов в них стали соизмеримы с разупорядоченной областью (кластером) крупным радиационным дефектом, и обеспечить работоспособность таких устройств на борту КА можно только методами системной надежности.
    Таким образом, вынужденная "коммерциализация" спутниковых микроэлектронных систем создает необходимые знания и опыт для применения в космической технике однокристальных систем на основе УБИС.
    Автор благодарит О.П. Гобчанского и А.Б. Симакова за предоставленные материалы и А.П. Поливанова за помощь в подготовке графического материала.

Литература



МИФИ, Кафедра микроэлектроники
Тел. (095) 323-9068






Ваш комментарий к статье
Проблемы и возможности применения коммерческих интегральных схем в военной и космической технике :
Ваше имя:
Отзыв: Разрешено использование тэгов:
<b>жирный текст</b>
<i>курсив</i>
<a href="http://site.ru"> ссылка</a>