Нашата лаборатория е насочена към откриване и анализиране на дефекти и откази в интегрални схеми и печатни платки. Реално става дума за проверка на годността на най-различни устройства, базирани на интегрални схеми и печатни платки. Целта е да обхванем максимален кръг от потребители на този тип услуги. Те са силно специализирани, откриването на откази е творческа работа, тя не е рутинна. Макар да има общи принципи, всяка задача има в себе си някаква уникалност и затова е необходимо изследователския екип да разполага освен с оборудване и със съответната експертиза. И ние по този начин сме реализирали нашия екип, той произхожда от съответните специалности в Техническия университет и надгражда експертизата.
Ние сме представители на един дългосрочен труд и развитие за да имаме възможността да предлагаме един доброкачествен продукт и съответно оборудване.
Имаме няколко уникални машини, които не са налични в съседните страни и другаде в България. Едната е машина за разкриване на интегрални схеми и премахване на корпуси.
Другото е така нареченият емисионен микроскоп. Това е емисионна микроскопия, с която могат да се изследват свойствата на интегрални схеми в чипа, това е силициевият кристал.
Третата е свързана с т. нар. повърхностна акустична микроскопия. Там имаме възможност с акустични вълни да следим състоянието под корпуса на интегралните схеми.
Имаме и широк набор от по-конвенционални туулове като микроскопи и измервателно оборудване за съответни тестове. Така че сме се опитали освен рутинните и често очаквани откази се опитваме да засичаме и такива, които са по-трудно срещани.
Как сме избрали точно този тип услуги?
В България има клъстер по микроелектроника и индустриални електронни системи, чийто изпълнителен директор сега съм аз. Но назад в годините моите предшественици се събраха на едни срещи, на които аз тогава участвах като представител на Техническия университет. На тях фирмите представиха своите виждания какъв тип услуги са им необходими, но всъщност не са достатъчно често използвани за да оправдаят закупуване от тези фирми и се стигна до една пресечна точка, при която ние дефинирахме този тип интересни за индустрията дейности, които да се изнесат в лаборатория. И полека-лека този първоначален план прерастна в един сериозен бизнес план, който беше облечен в съответна форма и финансиране, за което благодарим на София Тех Парк и всички, които участваха в този проект. Това беше дългогодишен труд, лабораторията стартира в края на 2015 г., като имаше и няколко години преди това когато всичко се разработваше. Сега вече можем да кажем, че сме проходили и наистина изпълняваме и даже надграждаме някои от първоначалните идеи в областта на тестването на дефекти и проблеми в интегрални схеми и печатни платки.
Тук сме пред сканиращ акустичен микроскоп, много интересна машина, позволяваща да откриваме дефекти под корпуса на интегралната схема. Първо да припомним, че интегралната схема представлява силициев кристал, който е облечен в един “кожух” и това е нейният корпус. Много пъти вследствие на механични деформации, които може да са от огъване, например еластични или термични, се получават кухини – това е т. нар. деламинация. Те водят до дефекти на работата на интегралната схема и с този уред, сканиращ акустичен микроскоп можем да откриваме тези кухини.
Клиент на тази услуга за откриване на кухини или деламинация е една от големите фирми в България, чиято централа е извън нашата страна, а имаме и още няколко по-малки клиенти, с които ние успешно работим и откриваме такива дефекти. Така че това е една машина, имаща и комерсиално приложение освен изследователско и ние вече имаме щастието да оперираме професионално с нея и да постигаме положителни резултати.
Рентгеновият сканиращ микроскоп е едно от бижутата на нашата лаборатория. Той е с много актуални и широки възможности, в България има и други такива, но нашия е с едни от най-добрите. Тъй като редица фирми, които са сред нашите клиенти, често имат в тяхната ежедневна дейност нужда от тази машина и идват при нас да я използват. С тази машина имаме възможност да видим какво се случва вътре в самия силициев кристал под неговия корпус. Имайте предвид, че размерите на съвременните интегрални схеми и микропроцесори, широко разпространени в компютри, лаптопи, телефони и др. устройства, са с характерен размер от нанометри. В момента актуалната технология е 7 нанометра, предстои 5-нанометровата да се вкара в комерсиализация. За сравнение – дебелината на човешкия косъм е 1 микрон, тоест – 1000 пъти повече. Така че с тази машина успяваме да надникнем какво се случва вътре в кристала, като това може не само визуално да се види, но и да се анализира посредством редица тестове, чрез които имаме възможност да получим количествени характеристики.
Тази услуга представлява интерес и от изследователска гледна точка, тъй като можем при разработване на нови схеми, основно тестове, да проверим доколко е изпипана технологията и доколко има възможности за нейното подобрение.
Нашият фотоемисионен микроскоп е устройство, което позволява да се наблюдава инфрачервена емисия от различни полупроводникови прибори. Той открива дефекти на базата на това дали съществува тази емисия или не съществува. Фотоемисионният микроскоп реално се използва на края в процеса на откриване на дефекти и това е след като бива отворена интегралната схема, подложена на различни тестове и на финала ние гледаме какво се е случило в самата интегрална схема. Дали има пробив на металния гейт, дали има ефект на горещи електрони. С този микроскоп могат да се открият няколко (6 или 7) различни дефекта.
Има интерес към него най-вече от компании, занимаващи се с производство на интегрални схеми. Това е една от най-стандартните традиционни техники за откриване на откази във вече произведени интегрални схеми. Ние работим с почти всички фирми в областта от България и Източна Европа за да им помагаме в откриването на техните дефекти.
Силициевите чипове в тази пластина се начупват и след това се поставят в интегралната схема, където изпълняват съответната функционалност. Така че технологично процеса на производство на интегрални схеми е по т. нар. планарна технология, развита през 1960-те години и развита през следващия половин век, представлява именно това – възможност на една технологична стъпка в равнина по равнина да се реализират множество еднотипни интегрални схеми. Това е един от основните аргументи цената на електронните микрочипове да е постижима и да има разпространение в най-различни устройства. Така успяваме с една технологична стъпка да реализираме множество идентични във функционално отношение устройства. И точно този тип силициеви пластини можем да тестваме на настоящото устройство, което се нарича емисионен микроскоп (ЕМИ). Тази машина е черешката на тортата на нашата лаборатория – най-висока цена с най-широкообхватна функционалност.
Най-общо казано посредством фотоемисионната микроскопия ние успяваме да получим един образ вътре в самите интегрални схеми, който представлява отражение на облъчване. Това позволява да онагледим, т. е. количествено да характеризираме функционалност. Например ако някоя област вътре в интегралната схема дефектира или се нагрява повече или не функционира според предназначението можем да го установим и да видим какви са причините за това.
Освен самите тестове, които са директно върху пластината, ние имаме възможност и за модулност, т. е. да добавяме допълнителни модули, които разширяват функционалността. Това е една рамка, в която ние можем модулно да надграждаме и да увеличаваме тестовете.
Така че с тази машина ние имаме уникалната за България възможност да правим тестове директно върху интегралната схема. Не върху нейната цялост вече с корпуси и изводи, а вътре в самия кристал.
Това е полуавтоматична машина, която извършва насищане на компоненти върху печатни платки. Печатната платка представлява текстолит с метални слоеве отгоре, в които са изработени различни пътечки, където имате контакти и нямате контакти. Реално с тази машина ние успяваме да вземем интегралната схема и да я поставим и запоим на точното място, за което тя е проектирана. Тази машина позволява да има до 90 различни компонента, които могат да бъдат поставени на различни места.
Основното приложение на тази машина реално е да се правят прототипи. Много често прототипът е момент от производството, подготовката и проектирането на едно изделие, което преди да се подготви за масово производство трябва да се види в единични бройки. Съответно тази машина и въобще цялата линия за изготвяне на печатни платки е насочена към изготвяне на прототипи. Компаниите, преди да подготвят нещо за производство в хиляди бройки, първо идват при нас и си поръчват да им направим прототипи на техните изделия, за да могат после те да ги тестват и открият дефектите преди продукта да бъде пуснат в масово производство.
Тези машини, свързани с печатните платки и тази наша линия е може би една от най-използваните от компаниите в региона, искащи да им правим прототипи на различни устройства.
Това е т. нар. плазмен декапсулатор – машина, която позволява разкриването на пластини на корпусирани интегрални схеми и премахването на корпуса с цел да може да се види какво става под корпуса и в самата интегрална схема. Тази машина е част от целия поток, свързан с фотоемисионния микроскоп. За да изследваме нещо на него ние първо трябва да разкрием неговата пластина.
Разкритата пластина представлява следното нещо. Това е функциониращ микроконтролер Ардуино – един от най-използваните обучителни микроконтролери.
Ние сме подложили този микроконтролер на декапсулация с цел да разкрием самата интегрална схема. Целта е да може това нещо да функционира и така да се отвори и премахне корпусът, че интегралната схема да може да функционира, с цел да можем да я подложим на различни анализи защо тя не работи или съответно защо работи.
Как работи самата машина? Тя представлява генератор на плазма, който използва няколко газа, правейки смес от тях, в резултат в камерата му се получава плазма под високо налягане и реално тя изяжда, извършва т. нар. ецване върху корпуса на интегралната схема и позволява да достигнем до пластината без да нараним самия корпус. Така реално можем да видим една функционираща интегрална схема без корпус.
В тази традиционна офис обстановка е предвидено да се реализира интелигентната част от нашите услуги, а именно проектирането и създаването на нови устройства. Всяко едно устройство, за което говорихме дотук, всъщност представлява хардуер – било то чипове, било печатни платки. Това нещо за да бъде създадено се нуждае от предварителна стъпка, наречена проектиране или дизайн и ние отново стъпваме върху изградения си през годините опит. Идеята ни е да създадем една група за печатни платки, но това е свързано най-вече с пари, човешки ресурси и организация. Имаме контакти с международни компании, които са лидери в разработването на т. нар. Research & Development на интегрални схеми, технологии и продукти. Ще спомена само един от тях, това е IMEC, институтът по микроелектроника, базиран в Льовен (Белгия). Той силно се разрастна в последните десетилетия и е водещ в областта на разработване на технологии за производство на интегрални схеми. Съответно негови клиенти са гиганти в световен мащаб като Intel, Samsung, TSMC, Global founders и т. н. Нашите интеракции във взаимодействие с този център в последните 5-7 години ни позволиха съвместно да стигнем до идеята за създаване на такъв дизайн център. В него разбира се са привлечени и други компании, но няма да ги споменавам, тъй като все още нямаме финални договорености. Идеята е, че разполагаме с международните контакти да реализираме такива нещо. И то ще бъде много интересно, защото ще позволи задържане на голяма част от специалистите в България, а в същото време ще им даде и възможност за реализация на световния пазар със своите дейности. Това са т. нар. дейности с висока добавена стойност, които в последните години се превръщат в приоритет за нас.
Също така за всички установки и прибори, които показахме ние в ежедневието си ангажираме студенти като част от тяхното образование. Било то упражнения в ежедневните курсове за бакалавърски и магистърски специалности на ТУ София, а също и на СУ “Св. Климент Охридски”, било то за реализиране на докторски дисертации.
Мога да кажа, че в последните няколко години освен студенти на университети ние ангажираме и ученици. Знаете към ТУ София има две училища, едното се намира срещу София Тех Парк – Технологично училище за електронни системи (ТУЕС). Ние имаме много добри контакти с тях и част от учениците в горните класове идват и провеждаме съвместни дипломни работи, даже имаме и успешни примери за такива, които след като са завършили училище влизат в Техническия университет, продължават образованието си, стигат до докторска степен и остават на работа при нас. С което реално ние изпълняваме и образователни действия извън нашата дейност за индустриалния пазар.
Най-дългосрочната ни идея е да реализираме една образователна инициатива, отново в координация и сътрудничество с международни партньори, т. нар. Академия за изграждане на специалисти в областта на тестване и проектиране на интегрални схеми. С оглед на всичко споменато дотук може да се заключи, че имаме възможността да обединим едно разработване на устройство от самата идея, претворяването му в прототип (единична бройка с функционалност) и неговото пускане след това в серийно производство и тестване на серийното производство.
Като тук трябва да отбележим, че нашата лаборатория няма за цел производство, а само проектиране и тестване на произведени продукти.
