+7 495 221 28 50

Как выявить контрафактные электронные компоненты?

19 июля, 2013 - 13:47 -- Theodore Krekoten
Русский

Количество не всегда переходит в качество, особенно если это количество - некачественное.

Проблема контрафактной электронной компонентной базы (ЭКБ) – на сегодняшний день, пожалуй,  одна из наиболее актуальных в электронной индустрии. Одинаково значимый урон от нее получает как российская промышленность, так и промышленность западных стран (Рис.1). Например, в США в течение последних десяти лет ежегодно в среднем более 1,4 млн. экземпляров компонентов попадают под подозрение в контрафактном происхождении или становятся предметами сомнительных сделок. Действенным методом борьбы с контрафактом является тщательный  входной контроль ЭКБ, поступающей в производство. Специализируясь в данной области уже более 20 лет, инженеры группы компаний «Совтест» разработали ряд решений, способных обеспечить эффективную отбраковку электронных компонентов, а  значит, и гарантировать надежность выпускаемой продукции.

Электронная компонентная база составляет основу аппаратной части объектов практически в любой отрасли промышленности, включая сферы ответственного применения – аэрокосмическую и ВПК, где с повышением уровня сложности производимых изделий повышается и уровень ответственности каждого компонента РЭА. Особенно важна 100% исправность комплектующих при сборке узлов управляющих систем, когда повреждение какой-либо одной детали может повлечь за собой выход из строя других деталей, узлов, а возможно, и всего комплекса в целом.

Главная опасность контрафакта заключается в том, что никто не может гарантировать исправность компонента и точно определить, сколько он прослужит. Вкладывая средства в высококачественную продукцию зарекомендовавших себя производителей, потребитель рассчитывает на определенный положительный результат, однако иногда вместо заявленных радиоэлектронных  компонентов, не подозревая об этом,  получает более дешевый аналог китайского производства, т.е. контрафакт. Так ли он плох? Стоит задать лишь один вопрос: «Почему эти компоненты дешево стоят?» и ответ становится очевидным –  вероятно, из-за того, что продукция не соответствует требованиям качества.

 

Рис.1 Пример эксплуатационного отказа летной техники за рубежом

          (причина отказа списана на поддельные микросхемы)

Локализатор неисправностей SFL. Бюджетное решение для борьбы с контрафактом

Универсальным методом для диагностики радиокомпонентов, в том числе и интегральных микросхем (ИМС), является аналого-сигнатурный анализ (ASA), принцип которого заключается в сравнении вольт-амперной характеристики тестируемого компонента с эталонной. Таким образом, метод ASA наглядно отображает состояние компонента, включая полупроводники. 

Оборудование, в основу работы которого положен метод ASA, в России представлено в виде целого модельного ряда (Рис.2,3,4) локализаторов неисправностей на компонентном уровне SFL (Sovtest Fault Locator). Технические особенности, универсальность и надежность данного оборудования обеспечивают эффективную отбраковку контрафактных электронных компонентов любых видов.

В отличие от большинства зарубежных аналогов данный прибор в полной мере соответствует производственным потребностям отечественных производителей, так как является результатом работы российских инженеров. Различное конструктивное исполнение и возможности локализаторов неисправностей SFL позволяют представить приборы в нескольких ценовых категориях. 

                            

Рис.2 Локализатор неисправностей   SFL 1500                    Рис.3 Локализатор неисправностей   SFL 2500                 Рис.4 Локализатор неисправностей SFL 3000

При тестировании компонентов РЭА до монтажа на плату для облегчения контактирования используется ZIF-колодка с «нулевым усилием». Возможно изготовление специализированной оснастки с учетом особенностей корпуса элемента. Сигнатуры являются уникальными для каждого типа логики ТТЛ или КМОП, но могут быть различны для ИМС разных производителей, а также разных партий. Поэтому, для подтверждения типа ИМС необходимо использовать в качестве эталона хотя бы одну заведомо годную микросхему из партии.

Для наглядного примера представляем сравнительные характеристики сигнатур двух интегральных микросхем (Рис.5): MAX 232 фирмы Texas Instruments, США (далее – Микросхема 1) и аналог китайского производства (далее – Микросхема 2). Последовательно на разных выводах зеленый график отображает сигнатуры Микросхемы 1, красный график – сигнатуры Микросхемы 2 (Рис.6). Разница очевидна.

Рис.5 Микросхема MAX 232 фирмы Texas Instruments, США и аналог китайского производства

1     2  

3     4  

5     6  

                                       7  

                           Рис.6 Сравнительные характеристики сигнатур Микросхем 1 и 2

Тестовая система FT-17DT. Параметрический и функциональный контроль ИМС широкой номенклатуры

Как показывает практика, существующее на сегодняшний день тестовое оборудование для контроля качества сложных электронных компонентов не всегда соответствует требованиям пользователей. Развитие ЭКБ предусматривает применение более мощных средств контроля по сравнению с использовавшимися ранее. Также немаловажен вопрос универсальности: наличие единого решения как для тестирования цифровой, так и цифро-аналоговой (если речь, к примеру, идёт о цифровых микросхемах и микросхемах ЦАП/АЦП) микроэлектроники существенно бы сократило расходы сертификационных центров на испытания.

Еще одна проблема: многие тестовые системы, используемые в центрах по сертификации, представляют собой так называемый «чёрный ящик», в котором принцип тестирования параметров и функционирования компонента основан на выдаче результата ГОДЕН/БРАК. Зачастую «закрыт» и сам метод контроля того или иного параметра. В данном случае понять, что происходит внутри тестовой системы, пользователю невозможно, как и невозможно скорректировать метод или задать иной алгоритм контроля.

Таким образом, сегодня существует потребность в системах с открытым доступом ко всем измерительным возможностям. Особенно это актуально для сертификационных центров, которым важен не только потоковый режим проверки ЭКБ (контроль параметров больших партий), но и исследовательский, что позволит оценить динамику изменения параметров ЭКБ.

Подобные системы предлагают зарубежные компании-производители тестеров для электронной компонентной базы. Они лишены недостатков, указанных выше, но все-таки имеют свои слабые стороны. Во-первых, это стоимость, которая может в несколько раз увеличить затраты на проведение контроля и испытаний ЭКБ. К тому же, при отсутствии в России авторизированных сервисных центров очень затратной является и поддержка данных систем во время эксплуатации. Во-вторых, зарубежное оборудование проектируется с учётом зарубежных стандартов и поэтому не учитывает  специфику российского применения, не говоря уже о том, что всё программное обеспечение к таким системам использует английский язык.

  Обратимся к другому аспекту тестирования ЭКБ авиакосмического применения. Сегодня для повышения надежности спутников широко используется импортная ЭКБ, которую также необходимо сертифицировать. Ситуация осложнена тем, что на такие компоненты, в отличие от ЭКБ российского производства, есть только так называемый «datasheet» (прим.: перечень технических характеристик), которого недостаточно для получения достоверной методики тестирования. В datasheet описан лишь принцип работы того или иного компонента, зачастую ложный или ошибочный. Использовать эти сведения для формирования нормальной программы контроля получается крайне редко.

Для решения вышеперечисленных задач в 2012 году инженерами ООО «Совтест АТЕ» и дизайн-центра «Совтест Микро» (прим.: дочерняя компания ООО «Совтест АТЕ») была разработана и изготовлена тестовая система FT-17DT (Рис.7) (англ.: DT, desk top – настольный). Контрольно-измерительная система является универсальной и позволяет тестировать как цифровые, так и микросхемы смешанного сигнала (ЦАП/АЦП). Открытый программный код дает возможность получать доступ к аппаратным и программным функциям системы. Конструктив системы имеет удобный эргономичный дизайн, что делает ее лучшим решением для потребителей, которые занимаются сертификационными испытаниями микросхем или применяют у себя на предприятии входной контроль небольших партий компонентов.

Рис.7 Тестовая система FT-17DT

По своим техническим характеристикам тестер не уступает зарубежным аналогам, однако по сравнению с ними имеет более низкую стоимость за счет отечественного производства. Основу  комплекса составляет набор универсальных плат, выполненных по технологии «тестер-на-канал». Подобная архитектура позволяет получить максимум измерительных возможностей при минимальном времени контроля и затратах на изготовление измерительной оснастки. В состав комплекса может входить до 4-х  универсальных плат с общим количеством выводов до 256-ти. Кроме того, в тестере реализована программно-аппаратная поддержка подключения внешнего измерительного оборудования для контроля компонентов смешанного сигнала (АЦП, ЦАП, ФАПЧ и др.). Дополнительно к базовым возможностям в системе могут быть реализованы заданные алгоритмы тестирования структур памяти (галоп, марш, шахматы и др.) Механическая конструкция тестера разработана с учетом требований по электромагнитной совместимости, эргономики и безопасности.

Для управления работой комплекса FT-17DT используется программное обеспечение XperTest, также разработанное специалистами «Совтест АТЕ». ПО представляет собой графический интерфейс пользователя, в котором удобно самостоятельно разрабатывать тестовые последовательности для тестирования микросхем, а также контролировать результаты измерений (Рис.8). Важно, что данное ПО может быть видоизменено и адаптировано под конкретные требования пользователя.

Создание тестовой программы в общем случае сводится к введению данных, которые пользователь получает из технических условий на тестируемые компоненты в диалоговые окна программы. Тестовые последовательности формируются таблично или в графическом редакторе, который также выполняет функцию монитора входных/выходных сигналов. Таблицы тестовых последовательностей вводятся вручную или автоматически транслируются в формат тестера из файла САПР типа «Невод», VCD, STIL и др. Разработка тестовых программ основана на применении стандартных и пользовательских методов контроля (библиотек контроля). При этом значительно сокращается и упрощается процесс разработки тестовых программ, повышается полнота и достоверность результатов тестирования. Программное обеспечение включает в себя также мощный инструментарий для отладки тестовых программ и исследования выдаваемых и считываемых значений. 

    

                  Пример высокого уровня брака в выборке                                                                  Пример допустимого брака в выборке

                                  Рис.8 Распределение диаграммы годности изделия по категориям в ПО XperTest

Области применения:

  • Выходной контроль интегральных микросхем (в корпусе и на полупроводниковой пластине) на производстве и в лабораторных условиях.
  • Входной контроль интегральных микросхем на предприятиях-потребителях.
  • Научно-исследовательские работы, контроль граничных параметров изделий микроэлектроники.
  • Образовательный процесс, изучение принципов работы микроэлектроники и тестового оборудования.
  • Оснащение сертификационных центров для проверки продукции на соответствия стандартам качества

Отличительные особенности:

  • Высокая производительность – за счет современной архитектуры «тестер-на-канал» и широких возможностей параллельного контроля.
  • Универсальность – контроль как цифровых, так и цифро-аналоговых схем.
  • Измерительная часть тестера выполнена с применением последних технологий в области компонентой базы.
  • Простота создания тестовых последовательностей.
  • Простота в эксплуатации и обслуживании.

 

Эффективность входного контроля. Проверено на собственном опыте

Эффективность входного контроля подтверждена на собственном опыте «Совтест АТЕ». На предприятии существует ряд подразделений, занимающихся управлением и организацией закупок, а именно:

  • отдел закупок, отвечающий за выбор надежных поставщиков и формирование четкой номенклатуры  комплектующих;
  • служба логистики, реализующая своевременную доставку комплектующих;
  • отдел технического контроля (ОТК), осуществляющий входной контроль комплектующих и сырья, поступающих на производство.

С целью предотвращения запуска в производство продукции, не соответствующей требованиям конструкторской и нормативно-технической документации все комплектующие проходят визуальную проверку внешнего вида,  а также проверку электропригодности, комплектности, маркировки, упаковки на соответствие требованиям стандарта на поставляемые материалы, конструкторской документации и образцу-эталону, утвержденному в установленном порядке.

На производстве «Совтест АТЕ» сформирован комплексный участок входного контроля (Рис.9), в рамках которого успешно применяются предлагаемые компанией решения. Так, для 100% контроля готовой продукции применяется система машинного зрения FT-VISION, тестовая система с подвижными пробниками Pilot V8, цифровой микроскоп ShuttlePix, стереомикроскоп SMZ800 с поворотным столиком и модулем наклонного наблюдения, рентгеноскопическая система XT V 160 CT с опцией компьютерной томографии.  Организован участок тестирования и испытаний, где проводится автоматическая оптическая инспекция (ультразвуковой акустический микроскоп Velox), функциональный  и контроль производственных дефектов с помощью локализатора неисправностей на компонентном уровне SFL и тестовая система FT-17DT.

В результате тщательный контроль на всех этапах производственного процесса позволяет отслеживать качество продукции «Совтест АТЕ» и при необходимости своевременно вносить коррективы для его улучшения. Это является необходимым условием, учитывая постоянное повышение сложности выпускаемых изделий. Например, сейчас производственные возможности «Совтест АТЕ» позволяют осуществлять монтаж печатных плат, соответствующих требованиям, которые предъявляются к изделиям 2-го класса по стандарту IPC-А-610 («Изделия с повышенными требованиями к надежности. Системы связи и управления, другие устройства, функционирование которых необходимо в течение длительного срока).

   

                             

  

                          Рис.9 Участок входного контроля на производстве «Совтест АТЕ»

Автор: Игорь Рыков, руководитель Службы тестового оборудования ООО «Совтест АТЕ»