Направления развития системы управления качеством радиационных испытаний электронной компонентной базы Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ОЖЕГИН1 Юрий Анатольевич, к.т.н.; НИКИФОРОВ2 Александр Юрьевич, д.т.н.;

ТЕЛЕЦ3 Виталий Арсеньевич, д.т.н.; УВАРКИН4 Денис Сергеевич;

ПЫХТИНА5 Анна Сергеевна

НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ РАДИАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ

Рассмотрены, основные направления, развития, системы, управления, качеством Испытательного центра ИЭПЭ НИЯУ «МИФИ» — ОАО «ЭНПО «СПЭЛС». Определен перечень задач, которые необходимо решить для. их реализации, и пути решения, этих задач.

Ключевые слова: радиационные испытания, управление качеством, электронная компонентная база

В современных условиях к электронной компонентной базе (ЭКБ), применяемой в промышленности для создания высокотехнологичных систем и аппаратуры, в первую очередь, космической и военной, предъявляются все более жесткие требования по условиям эксплуатации, в том числе по условиям радиационного воздействия. Это вынуждает предприятия более ответственно относиться к используемой в аппаратуре ЭКБ, обращать пристальное внимание на ее сертификацию, в том числе на радиационную стойкость. В свою очередь, такой подход приводит к постоянно возрастающей нагрузке на сертификационные и испытательные центры, а разнообразие решаемых создаваемой аппаратурой задач и стремление к ее миниатюризации — к существенному увеличению количества типов изделий ЭКБ, поставляемых на радиационные испытания. В этих условиях все более значимую роль начинает играть совершенствование системы управления качеством на всех стадиях процесса выполнения работ по подготовке и проведению испытаний.

В целом задачи, которые должна решать система управления качеством на предприятии (или система менеджмента качества в терминологии нормативных документов), определены в государственных стандартах [1, 2]. Единые для всех испытательных центров вопросы обеспечения качества радиационных испытаний изложены

ранее в [3], а в данной работе развиты рассмотренные авторами в [4] особенности развития системы управления качеством испытаний в Испытательном центре ИЭПЭ НИЯУ «МИФИ» — ОАО «ЭНПО «СПЭЛС» (далее по тексту — Испытательный центр).

К основным особенностям, в наибольшей степени оказывающим влияние на качество конечного продукта радиационных испытаний при их подготовке и проведении, следует отнести:

♦ разнообразие классов испытываемой ЭКБ: от относительно простых пассивных элементов и полупроводниковых приборов до процессоров и многофункциональных микросборок, включая микроэлектромехани-ческие системы;

♦ разнообразие типов испытываемой ЭКБ: доля повторно испытываемых типов изделий не превышает 5%;

♦ разнообразие объемов выполняемых работ: от проведения исследований одного типа изделий до сертификации перечней, насчитывающих в некоторых случаях несколько тысяч типономиналов;

♦ смещение общего объема испытаний в сторону усложнения и комп-лексирования методов и способов их проведения;

♦ увеличение количества контролируемых в процессе испытаний параметров ЭКБ;

♦ необходимость проведения тщательного входного контроля и иден-

тификации подлинности поступающих на испытания образцов в целях обоснованного выбора метода оценки стойкости и повышения достоверности проводимых испытаний;

♦ все более жесткие требования к уменьшению сроков проведения испытаний и предоставления отчетной документации при увеличении объема первичной (получаемой непосредственно в процессе испытаний) информации;

♦ необходимость проведения мероприятий по анализу результатов испытаний с выдачей рекомендаций по парированию отказов в аппаратуре.

Для учета этих особенностей в Испытательном центре эффективно действует Служба сопровождения проектов и контроля качества, причем спектр и объем решаемых ею практических задач далеко выходит за рамки минимальных требований к системе менеджмента качества, определяемых нормативными документами.

Система внутренней нормативной документации испытательного центра определяет основные процессы и операции технологии испытаний, а также основные точки контроля, от входного контроля образцов до контроля договорной и отчетной документации.

В рамках системы проводится:

♦ контроль подготовки договорных документов на соответствие требованиям законодательства и требованиям заказчика;

1 — начальник Службы сопровождения проектов ОАО «ЭНПО «СПЭЛС»;

2 — профессор НИЯУ «МИФИ» генеральный директор ОАО «ЭНПО «СПЭЛС»;3 — директор ИЭПЭ НИЯУ «МИФИ»;

4 — начальник группы автоматизации ОАО «ЭНПО «СПЭЛС»;5 — младший научный сотрудник ОАО «ЭНПО «СПЭЛС».

Текст договора, ТЗ, ВИ, (КП), протокол цены с приложениями

Заказчик

Коэффициенты к стоимости

> Заказ-наряд -

Заключение -• договора '

.(Авансирование * работ

Прайс-лист

Сдача работ по договору

Оплата

работы

Предварительный перечень образцов

Предложение о заключении договора

Оценка

стоимости

заказа

Корректировка и (или) утверждение стоимости заказа

Г редварительна* спецификация со і

Поступление и ■ регистрация . образцов

Проведение

испытаний

Подготовка

отчетной

документации

Протоколы и программы методики испыта шйй, заключения, уведомление, акты, счета, счета-фаьауры

Рис. 1. Типовая схема информационных потоков при выполнении договора на проведение испытаний (сертификации) ЭКБ в Испытательном центре ИЭПЭ НИЯУ «МИФИ» - ОАО «ЭНПО «СПЭЛС»

♦ контроль своевременности и комплектности поставки образцов на испытания;

♦ сплошной входной контроль и идентификация образцов, в том числе контроль упаковки и маркировки, фотографирование и рентгеноскопия образцов, при необходимости также декапсуляция (удаление крышек) корпусов и документирование маркировки кристалла;

♦ сплошной контроль качества методической (программы-методики) и отчетной (протоколы испытаний) документации;

♦ контроль сроков представления отчетных документов и документов о закрытии выполняемых договоров.

Перспективными направлениями развития системы можно считать:

1) создание современного высокотехнологичного автоматизированного комплекса на основе САЯЕ-техно-логий, объединяющей в себе договорную и отчетную информацию в привязке к поступающим на испытания образцам;

2) создание комплекса дистанционного (сетевого) визуального и приборного контроля проведения испытаний на основе современных интернет-технологий;

3) разработку и создание автоматизированного комплекса контроля и анализа испытываемой продукции по результатам испытаний. Основными задачами, которые в настоящее время решаются и близки к завершению по первому направлению, являются:

♦ анализ информационных потоков на предприятии при взаимодействии с заказчиками, при подготовке договорной документации и при подготовке и проведении исследований и испытаний. В качестве примера на рис. 1 приведена типовая схема информационных потоков при выполнении договора, выполненная в стандарте IDEF1, в соответствии с которым стрелками обозначаются информационные потоки, а прямоугольниками — процессы (действия), производимые над информационными потоками;

♦ разработка структуры базы данных с учетом проведенного анализа информационных потоков и требований государственных и внутренних нормативных документов;

♦ разработка мер защиты информации базы данных от несанкционированного доступа;

♦ выбор программно-аппаратной реализации для функционирования комплекса;

♦ разработка пользовательского интерфейса;

♦ разработка и реализация алгоритмов выборки информации из базы данных в зависимости от ее потребителей;

♦ наполнение базы данных исходной информацией;

♦ привязка данных, хранящихся в базе, к электронным эквивалентам твердых копий договорных и отчетных материалов (включая утвержденные общие и частные программы-методики и протоколы испытаний, заключения по результатам расчетно-экспериментальных оценок и заключения по результатам испытаний, научнотехнические отчеты и т.д.);

♦ тестирование и коррекция структуры базы данных и алгоритмов обработки информации по результатам опытной эксплуатации.

Накопленный опыт эксплуатации прототипа системы показал, что ключевыми параметрами, позволяющими создавать однозначную связь между различными базами данных при проведении испытаний, должны являться договор с заказчиком и типономинал испытываемого образца ЭКБ.

УДАЛЕННЫЙ

КОМПЬЮТЕР

РАБОЧЕЕ МЕСТО ИСПЫТАТЕЛЯ

Рис. 2. Структурная схема реализации системы контроля испытаний

Следует отметить, что наиболее важной, с точки зрения потребителя, особенностью данного направления является точно определенный юридический статус всех используемых информационных ресурсов, так как обеспечивается однозначная привязка сводных данных к конкретным образцам и партиям, техническим требованиям, параметрам-критериям годности, методическим и техническим особенностям испытаний, а также конкретным первичным результатам всех измерений, изложенных соответственно в программах-методиках и протоколах испытаний. При этом программы-методики и протоколы испытаний используются в качестве информационного ресурса только после их согласования установленным порядком.

Второе направление, хотя и достаточно широко используется в современных системах управления, в том числе основанных на ERP-технологиях, вместе с тем является прорывным в области радиационных испытаний. Оно основывается на том, что современные приборные комплексы для проведения испытаний, регистрации, анализа и обработки первичной (приборной) информации работают под управлением компьютеров, а современные интернет-технологии позволяют компьютерам обмениваться данными в режиме реального времени.

Современные технологии позволяют осуществлять непосредственный опИпе-контроль процедуры проведения и первичных результатов испыта-

ний (включая рабочие показания всех приборов) со стороны руководства предприятием, управленческого персонала, службы управления качеством продукции, военного представительства или потребителя (которые при этом могут находиться за тысячи километров от испытательного комплекса). Это особенно значимо в условиях длительного эксперимента (например, при проведении испытаний в условиях низкой интенсивности радиационных источников), а также в ходе выездных испытаний на удаленных базах. Технический облик такой системы контроля испытаний представляется следующим.

1. Со стороны Испытательного центра:

♦ комплекс автоматизированных рабочих мест (стационарных или мобильных) для проведения испытаний (например, на основе оборудования фирмы National Instruments), управляемых компьютерами;

♦ комплекс средств визуального наблюдения, в качестве которых могут использоваться веб-камеры;

♦ комплекс средств маршрутизации потоков данных и их защиты от несанкционированного доступа;

♦ комплекс средств хранения данных (кластер серверов), в котором хранятся первичные данные измерений, а также необходимая видеоинформация.

2. Со стороны потребителя: персональный компьютер со штатными средствами удаленного доступа операционных систем, широкополосным доступом в

интернет и специализированным программным обеспечением для дешифровки поступающей информации.

Структурная схема разрабатываемой системы приведена на рис. 2.

Практическая реализация такой системы не требует значимых материальных затрат от потребителя или контролера (за исключением необходимости высокоскоростного (широкополосного) доступа в интернет), и в то же время позволяет его представителям непосредственно участвовать в испытаниях по собственным заказам с получением всех первичных материалов в режиме реального времени.

В ходе реализации системы контроля испытаний должны быть решены следующие задачи:

♦ оснащение испытательных рабочих мест современным оборудованием, работающим под управлением персональных компьютеров, средствами сетевого информационного обмена и средствами визуализации. В настоящее время Испытательный центр оснащен 16-ю рабочими местами, удовлетворяющими этим критериям, в ближайшее время количество рабочих мест планируется увеличить до 20;

♦ создание распределенной локальной сети, объединяющей испытательные рабочие места;

♦ создание шлюза из локальной сети в интернет с защитой передаваемой информации;

♦ выбор программного обеспечения для надежного шифрования данных;

♦ разработка интерфейсного программного обеспечения для повышения удобства работы с принимаемой на стороне потребителя информацией;

♦ создание кластера серверов для хранения и защиты от изменения первичной испытательной информации;

♦ создание базы данных внутренних и внешних потребителей с разграничением доступа к информации;

♦ создание надежной системы защиты информации от несанкционированного доступа.

Первые четыре из указанных задач в настоящее время решены, ведется работа над оставшимися задачами. Пилотный вариант системы прошел апробацию в Испытательном центре ИЭПЭ НИЯУ «МИФИ» - ОАО «ЭНПО «СПЭЛС».

Реализация системы контроля испыта-

ЕЯ

16.01.2012 13:26:54

- •№28

: •№35 •

: •

: •

•

- •

- • •

• • •

с 8 8 • • • •

20 ,40

Дозовое воздействие, отн.ед. х10

Рис. 3. Зависимость тока потребления ПЛИС ХС5210-5РС841 от дозового воздействия для разных партий ПЛИС с различными размерами кристаллов

нии в режиме реального времени с возможностью доступа внешних потребителей планируется в течение 1 — 2 лет. Реализация системы контроля испытаний в режиме реального времени в полном объеме позволит потребителям и контролирующим органам непосредственно со своего рабочего места получать, протоколировать, сохранять первичную приборную и визуальную информацию, а по существу реально участвовать в испытаниях с возможностью непосредственного оперативного решения всех спорных вопросов по условиям и результатам испытаний, в том числе в режиме видеоконференций.

Основой третьего направления является экспериментально установленная корреляция техпроцесса изготовителя и характера радиационного отклика ЭКБ [6]. В качестве примера на рис. 3 приведены рентгенограммы и зависимость тока потребления от дозового воздействия для двух образцов ПЛИС ХС5210-5РС841, выполненных по разным технологиям и имеющим разные размеры кристаллов, но поставленных на испытания как одна закупочная партия. Из анализа приведенных зависимостей видно, что в целом характер зависимости сохраняется, что может свидетельствовать о близости топологии либо техпроцессов изготовления образцов, в то же время численные значения различаются более чем в 1,5 раза. Выявленные в ходе радиационных испытаний закономерности откликов предлагается использовать для иденти-

фикации изделий микроэлектроники и определения некачественной или несоответствующей продукции. Характер радиационного отклика может также быть использован для контроля стабильности продукции в случаях испытаний разных партий однотипных изделий одного изготовителя. В определенных случаях результаты испытаний различных партий микросхем могут быть верифицированы между собой по характеру зависимостей параметров от уровня воздействующих факторов и результатам анализа эквивалентности кристаллов, включая рентгенографию и визуальный анализ

Литература

топологии.

Для доказательного решения указанной проблемы необходимо:

♦ провести теоретические исследования по обоснованию и возможным ограничениям предлагаемого метода идентификации (верификации) результатов;

♦ провести анализ имеющихся экспериментальных данных по зависимостям параметров ЭРИ от радиационных воздействий;

♦ выбрать и обосновать наиболее информативные измеряемые параметры ЭРИ для контроля;

♦ на основе обобщения имеющейся информации создать банк данных типовых радиационных откликов ЭРИ;

♦ разработать и оттестировать методику проверки результатов испытаний с использованием типовых радиационных откликов.

Решение этой проблемы позволит повысить достоверность и качество результатов испытаний, выявлять возможную некачественную или несоответствующую продукцию в тех случаях, когда стандартные методы выявления не срабатывают, использовать накопленные опыт и результаты для сокращения сроков проведения испытаний.

В перспективе все три указанные системы планируется объединить в единый информационно-испытательный комплекс■

1. ГОСТ Р ИСО 9001-2008.

2. ГОСТРВ 15.002-2003.

3. Развитие системы управления качеством в сфере испытаний электронной компонентной базы на радиационную стойкость./ Никифоров А.Ю., Телец В.А./ В сб.: Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-2011». - М.: МИФИ, 2011. - вып.14. - С. 7 - 8.

4. Особенности и перспективы развития системы контроля качества испытательного центра ОАО «ЭНПО «СПЭЛС» - ИЭПЭ НИЯУ «МИФИ»./ Ю.А. Оже-гин, А.Ю. Никифоров, В.А. Телец, А.С. Пыхтина./ Доклады Х Международной юбилейной конференции «Электронная компонентная база космических систем» 25.09. - 01.10.2011 г. - Адлер, 2011. - С. 142 - 145.

5. IDEF1 Information Modeling, Richard J. Mayer, Knowledge Based Systems Inc.,

1992.

6. Идентификация изделий микроэлектроники и полупроводниковых приборов по радиационному отклику./ Никифоров А.Ю., Скоробогатов П.К., Телец В.А./ В сб.: «Электроника, микро- и наноэлектроника». - М.: МИФИ, 2006. - С. 140 - 144.