Разность затрат при смене варианта ИС с уменьшенными нормами проектирования

Успехи в микроэлектронике позволили продвинуться по пути интеграции до самых минимальных топологических норм. Процессы, приводящие к возникновению новых топологических норм, следуют друг за другом. Недавно реализован технологический процесс с нормой 0,15 мкм, сейчас зарубежные технологи получают схемы с минимальным размером 0,05 мкм. Такой процесс стал возможным благодаря совместным усилиям в различных областях техники и технологии изготовления ИС.

Попробуем определить какие достижения с экономической точки зрения стали возможны. Для этого нужно определить баланс приращений, реализуемых, при переходе от одной технологии с более крупными топологическими нормами к следующей характеризующиеся более мелкими нормами. Конкретно от 0,5 мкм до 0,35 мкм переход на новые топологические нормы был реализован с эффектом: ΔС = ΔЦ – ΔС_экс – ΔС_изг[1] , где ΔЦ- разность стоимостей характеристик качества разрабатываемого варианта и изделия аналога, ΔС_экс – разность стоимостей эксплуатации этих изделий, ΔС_изг – разность стоимостей изготовления этих изделий. Здесь изменение стоимости характеристика качества ΔЦ выражается в денежных единицах, однако характеристики качества существуют в физических единицах: электрических, механических, тепловых. При помощи метода экспертных оценок множество показателей K_j переведены в удобную для будущих вычислений форму. Каждый показатель К_j умножили на величину , здесь – показатель весомости в любых единицах умножаются на соответствующий коэффициент, так чтобы результат был в денежных единицах. Таким образом сумма всех показателей умноженных, на коэффициенты весомости дает нам сумму показателей качества выраженных в денежных единицах . Назовем этот показатель обобщенным параметром качества К _обобщ = . Определим разность обобщенных параметров качества относительно нового и старого вариантов нашего изделия:

ΔС = Е_р – Е_а = К_{обобщ_р} – К_{обобщ_а} = ΔК_обобщ ; Принимая во внимание [1] получим ΔЦ = ΔК _обобщ

Разберем ситуацию, когда топологические нормы изменились с 0.5 мкм до 0.35 мкм. В этом случае выполняется = или ΔЦ= Ц_р . Определим приращение цены ΔЦ = ΔЦ_р – ΔЦ_а, или ΔЦ= Ц_а ,

Рассмотрим типовую ситуацию в результате прорывного процесса топологические нормы проектирования изменились с α_а до α_р. Воспользуемся тем что цены разработанного и аналогового вариантов относятся как обобщающие показатели качества рассматриваемых вариантов , где Цр - цена разрабатываемого варианта, Ца - цена изделия аналога, К_{обобщ_р} - обобщенные коэффициент качества разработанного, К_{обобщ_а} - это обобщенный коэффициент качества аналога или Ц_р= Ц_а . Определим приращение цены рассматриваемых вариантов ΔЦ = ΔЦ_р – ΔЦ_а = Ц_а - Ц_а .

Уменьшение геометрических размеров элементов, сопровождается: увеличением плотности монтажа, перераспределение удельной мощности и связанной с ним перераспределением тепловых нагрузок, либо безвозвратных потерь, обусловленных отдачей части энергии электронами при их перемещении под действием электрического тока, в условиях взаимодействия с материалами. Наличие указанных процессов вызовет действие таких процессов, как электрическая удельная мощность, диэлектрические потери и другие характеристики.

Сокращение суммарных затрат на эксплуатацию можно рассматривать, имея конкретные технологические процессы, в которых нам известны механизмы старения подлежащие исключению на данном этапе. Допустим рассматривается технологический процесс в котором присутствует дефект, обусловленный индуцируемой плазмой [ 2], приводящей к отказу подзатворных слоев исключение этого дефекта даст требуемое обеспечение качества. И так данный процесс будет по отношению к предыдущему менее дефектным. ΔС_{экс 1} = С_{экс_р} – С_{экс_а} = С_отк ΔΛ Δτ, гдеΔΛ = Λ_р – Λ_а часть увеличения интенсивности от надежности, связанная с исключением дефектов, приводящим к отказам. Δτ = τ_р-τ_а, Δτ – время в течение которого отсутствует действие дефектов.

Условия эксплуатации изменяются в связи со сменой среды воздействующей на образец аппаратуры, так элементы находились на складе в условиях с влажностью –Т₁, а затем вся партия попала на сборку, где влажность среды Т₂. Произошло изменение условий пребывания элементов. Стоимость эксплуатации в этом случае изменилась С_экс =С_отк Λ₂ τ₂ , гдеΛ₂ – изменение интенсивности отказов в связи с изменением влажности второй среды, по отношению к первой, τ₂ – изменение длительности пребывания во второй среде.

Аналогично может быть учтена смена обслуживающего персонала. Старые изделия производили лица, имеющие третий разряд, и были заменены на специалистов четвертого разряда. Это также повлияло на стоимость эксплуатации элементной базы. С_{экс 3} = С_отк Λ₃ τ₃ – изменения интенсивности отказов аппаратуры со сменой квалификации исполнителей, τ₃ – изменение времени работы новых исполнителей.

Итак, суммарное изменение стоимости эксплуатации,

С_∑ = С_{экс 1} +С_{экс 2} + С_{экс 3} ; С_отк (Λ₁ τ₁ + Λ₂ τ₂ + Λ₃ τ₃).

Стоимость изготовления состоит из стоимостей отдельных частей аппаратуры. Она может быть составлена из стоимостей отдельных блоков различного целевого назначения. Блоки функционируют на микросборках, предназначенных для выполнения конкретных задач микросборки, микросборка выполняется из элементно-компонентной базы. В целом стоимость изготовления аппаратуры С_{изг_а} = _{изг_бл} + _мсб, состоит из стоимости изготовления блоков, включающих микросборку, выполняющих целевые задачи, обслуживающих блоков и стоимости микросборки. Кроме стоимости самой аппаратуры включается стоимость контроля и испытаний объекта: _ко + _ис , где _ко - сумма всех операций контроля; _ис - сумма всех видов испытаний. Итак, полная стоимость изготовления аппаратуры:

С_изг = _изг__мкс + _{изг_бл} + _ко + _ис - включает затраты по изготовлению всех составляющих аппаратуры и всех видов ее контроля и испытаний.

Литература:

1. Коротков А.А. Оценка технических решений по проектированию функциональных узлов теплонапряженных конструкций. Технология приборостроения 2007, №22.

2. Красников Г.Я. Конструктивно технологические особенности субмикронных МОП транзисторов часть 2 – Москва Техносфера, 2004. -536 с.