Интегральная микросхема или чип – сердце любого современного изделия. Мобильные телефоны, бытовая техника, детские игрушки, банковские карты – везде стоит эта маленькая пластинка из кристаллов и полупроводников. Правда, есть одна неутешительная статистика: каждый десятый, выпущенный с конвейера, чип может оказаться бракованным. Если такая неправильно работающая схема случайно появится в бытовом приборе, его можно легко починить. Но когда сбой в электронике приводит к отказу систем спутника или ракеты,- никакой сервис уже не поможет. Несколько лет назад московские инженеры разработали специальную тестирующую аппаратуру, которая позволяет выявлять бракованные чипы еще до того, как они окажутся в корпусе изделия.
"Любая микросхема – это сложный прибор и технически, и интеллектуально. И как любой прибор она может работать некорректно, отказывать. На производстве нельзя достигнуть совершенства и производить со стопроцентным качеством. Даже когда производятся макароны, производится контроль качества их длинны, веса и прочее, а микросхема – это сверхсложный продукт, который имеет категорически ответственное применение в частности в авиакосмической отрасли, в автомобильной промышленности", — говорит Федор Крекотень, генеральный директор компании "Совтест Микро".
Завод "Микрон" — крупнейший производитель полупроводниковой продукции в странах СНГ и Восточной Европы. В стерильных помещениях, где буквально каждая пылинка на счету, делают чипы памяти, интегральные микросхемы для транспортных и банковских карт, сим-карты для мобильных телефонов. У многих изделий солидный гарантийный срок. Самый большой, пятнадцать лет, для чипов, которые должны работе в космосе.
"На обрабатываемых кремниевых пластинах находится в зависимости от сложности и размеров чипов от сотен до тысяч этих микросхем. И силу специфики этого производства не все 100 процентов этих микросхем на каждой пластине являются годными", — пояснил Николай Шелепин, заместитель генерального директора по науке ОАО "НИИМЭ и Микрон".
Проверять каждый изготовленный чип, особенно когда речь идет о многомиллионных партиях, — процесс весьма дорогой. Именно поэтому производители контрафактных микросхем стараются его избежать. На "Микроне" изделия тестируют после каждого технологического цикла. Строгий контроль проходят даже одноразовые бумажные карты для поездок в московском метрополитене.
"Наличие даже двух-трех процентов бракованных карт создаст большие сложности в метрополитене. Поэтому продукция, поставляемая в метрополитен, должна быть годна на 100 процентов, а не на 95, как это бывает", — говорит Николай Шелепин.
Еще несколько лет назад для тестирования практически всех типов интегральных микросхем на заводе использовалось импортное оборудование. Но не так давно в чистых комнатах появились и российские аппараты. Производитель — резидент бизнес-инкубатора в Зеленограде компания "Совтест Микро".
"Разработки "Совтест Микро", сделанные по нашему техническому заданию, стоят именно в цехе, обеспечивающем контроль функционирования таких интегральных микросхем, как радиочастотные метки – те же самые чипы для транспортных билетов, которые в Москве используются. Их разработки стоят на контроле микросхем для паспортно-визовых документов и для универсальной электронной карты", — рассказал Николай Шелепин.
Чтобы разработать и сделать первый прототип тестера для интегральных микросхем, инженерам и программистам компании "Совтест Микро" понадобилось три года. Весьма небольшой срок, если учесть, что такого опыта и таких средств как, например, у американских производителей, у этой команды не было.
"Это определенный вызов возможностям. Это междисциплинарные научно-исследовательские разработки. На них объединены самые разные отрасли знания – программное обеспечение, разработка аппаратуры, разработка прецизионной механики, обеспечение исследовательских изысканий в области методологии измерения тестирования, то есть это очень многономенклатурное с точки зрения научных и инженерных дисциплин направления. И мы им гордимся, потому что сумели достичь видимых результатов", — говорит Федор Крекотень.
FT-17 – это средний по габаритам аппарат из целой линейки тестеров, разработанных компанией для разных по мощности производств. Его задача – производить функциональный и параметрический контроль чипов. Измерить сопротивление, рабочее напряжение, ток – для него это самое простое. Но когда необходимо протестировать, например, аналоговую микросхему, где параметры находятся с диапазоне пикаампер, здесь и нужны особые свойства.
"Такие токи сложно отделить от каких-то естественных процессов и наводок. Возникает проблема электромагнитной совместимости, экранирования, обеспечения защиты от помех", — пояснил Федор Крекотень.
Чтобы решать такие задачи, разработчикам пришлось создать очень сложную и многофункциональную электронную начинку. Если заглянуть внутрь аппарата, там можно увидеть четыре, установленные на шасси, платы. Каждая из них – это целый самостоятельный комплекс по подаче воздействий и контролю ответных реакций на микросхему.
"Платы, входящие в установку, уникальные. Они большого размера, на них много деталей. По ширине проводников здесь на 1 миллиметр приходится пять связей и таких слоев металла в этой самой плате до четырнадцати слоев. По сравнению с персональными компьютерами эта плата в 4-5 раз превосходит их по сложности", — пояснил Николай Боровской, ведущий инженер-конструктор компании "Совтест Микро".
Более тысячи компонентов, десятки тысяч точек пайки – такую плату можно считать настоящим произведением электронного искусства. Ведь только на так называемую трассировку одной из них уходит почти целый год, а точнее 200 рабочих смен. Производят их, кстати, не в Москве, а на заводе в Курске. После того, как готовая плата возвращается в бизнес-инкубатор, ее проверяют с десятикратной бдительностью. Автоматический, электрический, рентгеновский контроль. Тестирующее устройство само по себе должно быть безупречно в первую очередь. В финале — обязательный визуальный контроль. Часто бывает, что человеческий глаз за счет объемного зрения видит на плате дефекты в виде различных затемнений намного лучше рентгена.
"Если в процессе тестирования выявились какие-то дефекты, мы передаем плату на контроль. В данном случае проводится визуальный контроль", — сказал Николай Боровской.
Создавая тестирующее оборудования для производств с большим потоком изделий, разработчикам, помимо контрольных функций, пришлось изобретать и собственную прецизионную механику.
"Высокочастотные линии передачи данных позволяют до нескольких миллионов раз обеспечивать цикл прижатия-разжатия, что позволяет на производстве снижать себестоимость расходных материалов", — говорит Федор Крекотень.
Не смотря на всю электронную и механическую сложность прибора, пользоваться им достаточно просто. Программное обеспечение, тоже собственный продукт компании, очень быстро и самостоятельно проводит анализ всех данных, поступающих от электронного пациента.
"Чтобы контролировать этот прибор, нужно иметь обыкновенный ноутбук с нашим программным обеспечением, который соединяется с этим прибором через USB-кабель. Достаточно двух нажатий, чтобы запустить тестовую программу. Благодаря нашему прибору время тестирования чипа сократилось в разы. Если раньше оно составляло 30 секунд для одного объекта контроля, то сейчас оно составляет 30 секунд для четырех объектов контроля", — говорит Руслан Канаев, инженер-программист компании "Совтест Микро".
Армия – еще один перспективный партнер для этой инновационной компании. Ведь вся современная военная техника — это сплошной набор сложнейших микросхем. Тот же танк или боевая машина пехоты имеют электронные системы наведения, прицеливания и ведения огня. Не говоря уже о самолетах и баллистических ракетах.
"Эти системы тестируют или контролируют параметры в соответствии с военными требованиями, в частности, это крайний диапазон температур, предельные режимы эксплуатации, что позволит надеяться, что когда микросхема будет установлена в танк, то она не откажет на поле боя в условиях высокой радиации, влажности, низкой температуры", — отметил Федор Крекотень.
Такое тестовое оборудование нельзя назвать в полной мере уникальным. Аналогичные системы на рынке существуют уже давно. Однако преимущество этой разработки очевидны. И даже низкая цена здесь не самое главное.
"Как бы ни была замечательна компания "Эдван Тест", производящая сложнейшее замечательное оборудование самых сложных микросхем, все-таки оперативность их технической поддержки в силу того что здесь только представительство, а основные технари сидят в Соединенных Штатах, она будет уступать технической поддержке со стороны компании "Совтест Микро", — уверен Николай Шелепин.
Не беда, что многие компоненты новых российских тестирующих приборов производятся за рубежом. Даже такой гигант как "Эппл" давно и успешно собирает свою продукцию в Китае. И делает при этом тысячепроцентную прибыль с каждого изделия. Одни изобретают, другие производят. Очевидно, что выгоднее все же быть первыми.
"Мне кажется, больше надо уделять внимание развитию интеллектуальных продуктов, которые стоили бы денег. И создать все условия, для того чтобы компании, которые создают эти продукты, шли на глобальный рынок, и чтобы свой капитал и свои доходы они хотели аккумулировать в России", — считает Александр Галицкий, управляющий партнер компании "Almaz Capital".
Благодаря столичному департменту науки, промышленной политики и предпринимательства города Москвы, компании, занимающиеся подобными IT-разработками, имеют возможность получить основательную поддержку. За последние два года для этих целей была создана серьезная законодательная база, которая определяет и льготы при аренде помещений, и некоторые таможенные послабления при ввозе необходимых комплектующих. Если компания отвечает определенным критериям, она может стать резидентом Московского технопарка или поселиться в особой экономической зоне.
"В ближайшем будущем, начиная с конца этого года и далее, компания может получить статус приоритетного инновационного проекта. Каждый из этих статусов дает возможность получения целого пакета налоговых льгот. Чуть больше, чуть меньше – они различаются по сути и по объему, по налогу на прибыль, по налогу на землю. В случае с фондом "Сколково" и особой зоны "Зеленоград" – по социальным выплатам", — сообщил Константин Фокин, генеральный директор Центра инновационного развития Москвы.
В семидесятые годы у отечественной электроники были отличные шансы занять лидирующие позиции в мире, но отсутствие рынка и свободной коммерции погубили многие перспективные разработки. Теперь, когда все это есть, российские инженеры и программисты явно пытаются наверстать упущенное. Первый шаг – к импортозамещению – уже сделан.
