微系統(tǒng)電子產(chǎn)品宇航應(yīng)用的保證要求

朱恒靜，張延偉，張偉，祝名，匡潛瑋

（中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京　100094）

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微系統(tǒng)電子產(chǎn)品宇航應(yīng)用的保證要求

朱恒靜，張延偉，張偉，祝名，匡潛瑋

（中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京100094）

摘要：對(duì)國(guó)內(nèi)外微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及管理模式進(jìn)行了分析，針對(duì)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的特點(diǎn)及目前存在的問題，提出了宇航型號(hào)用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品應(yīng)按照“制定規(guī)劃、統(tǒng)一管理，全面保證、統(tǒng)一要求”的原則進(jìn)行管理的工作思路，分析了微系統(tǒng)電子產(chǎn)品保證應(yīng)重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，給出了微系統(tǒng)電子產(chǎn)品全研制流程保證的總體要求。

關(guān)鍵詞：微系統(tǒng)；封裝；空間應(yīng)用；產(chǎn)品保證

0　引言

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，幾乎所有的發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了有關(guān)全面開發(fā)和使用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)的計(jì)劃。微系統(tǒng)電子產(chǎn)品一般指以處理器為核心，將傳統(tǒng)的CMOS技術(shù)與其他領(lǐng)域的技術(shù)相結(jié)合，采用異構(gòu)集成技術(shù)，按需要集成的“多樣化”的微小型化器件，包括SIP、SOC和ASIC等。目前國(guó)外正在積極地推動(dòng)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的宇航應(yīng)用，例如：美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA：Defense Advanced Research Projects A-genct）啟動(dòng)了一項(xiàng)涵蓋了未來、快速、靈活、自由飛行和模塊化航天器等內(nèi)容的“F6計(jì)劃”，其新型衛(wèi)星均采用了模塊化和組合的概念；歐洲則利用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)來改變歐洲電子產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀，例如：ESA航天電子系統(tǒng)開放式接口架構(gòu)SAVOIR，可以說就是一種基于歐洲電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化需求的典型應(yīng)用。

NASA、ESA設(shè)有專門的微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的管理部門，對(duì)型號(hào)用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一的管理；設(shè)置專門的組織機(jī)構(gòu)，例如：NEPP、NEPAG，以此來強(qiáng)化產(chǎn)品保證技術(shù)的研究和保證的實(shí)施，重點(diǎn)研究封裝可靠性評(píng)價(jià)和納米器件的失效機(jī)理等。

所謂微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的支撐技術(shù)，包括微系統(tǒng)綜合集成技術(shù)、總體規(guī)劃與設(shè)計(jì)技術(shù)、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、測(cè)試技術(shù)和集成封裝技術(shù)，以及新材料、新工藝和新技術(shù)的可靠性保證技術(shù)。

1　國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展路線

1.1.1美國(guó)

為了滿足空間活動(dòng)和軍用需求，美國(guó)大力地發(fā)展微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)，管理責(zé)任落實(shí)到位、發(fā)展路線明確、指導(dǎo)思想清晰，始終保持國(guó)際領(lǐng)先地位。美國(guó)國(guó)防部率先提出了采用異構(gòu)集成技術(shù)，將微電子器件、光電子器件和MEMS器件整合集成在一起，形成集成微系統(tǒng)。DARPA將集成微系統(tǒng)列為重點(diǎn)領(lǐng)域，加速推進(jìn)發(fā)展，成立了微系統(tǒng)集成辦公室（MTO），統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調(diào)發(fā)展集成微系統(tǒng)技術(shù)，將微系統(tǒng)技術(shù)列為8大核心技術(shù)基礎(chǔ)之一。NASA航天電子技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)（ASC）負(fù)責(zé)推進(jìn)航天電子技術(shù)的發(fā)展，2013年發(fā)布了“航天飛行電子系統(tǒng)硬件路線圖”，列出了2030年前的重點(diǎn)投資領(lǐng)域，在制定任務(wù)規(guī)劃的同時(shí)，分析了未來任務(wù)對(duì)電子技術(shù)的需求，制定了微系統(tǒng)電子產(chǎn)品兩個(gè)層次、多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)共同發(fā)展的發(fā)展路線圖[1]，路線圖包括多項(xiàng)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)，涉及系統(tǒng)應(yīng)用和元器件基礎(chǔ)技術(shù)兩個(gè)層面，而且要求這些技術(shù)的成熟度達(dá)到6級(jí)，才能為項(xiàng)目所選用。

美國(guó)系統(tǒng)均衡發(fā)展微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的各項(xiàng)支撐技術(shù)。為了保持軍事優(yōu)勢(shì)地位，美國(guó)收購了國(guó)際上先進(jìn)的微電子設(shè)計(jì)公司和最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)線。美國(guó)國(guó)防部資助了國(guó)防部等下屬8家機(jī)構(gòu)開展先進(jìn)微電子器件的原型研制和批量生產(chǎn)，開展“信得過”集成電路戰(zhàn)略，為國(guó)家安全和國(guó)防提供保證；DARPA聯(lián)合NASA、Aerospace等機(jī)構(gòu)和部門成立了“高可靠電子產(chǎn)品中心”，專門開展納米級(jí)器件可靠性相關(guān)技術(shù)研究[2]；NASA成立了NEPP和NEPAG機(jī)構(gòu)，針對(duì)空間應(yīng)用的需求，重點(diǎn)開展納米級(jí)器件可靠性、先進(jìn)封裝可靠性等研究工作。上述各項(xiàng)技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展，確保元器件技術(shù)的成熟度能夠滿足微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的需求。

1.1.2歐洲

面對(duì)21世紀(jì)的挑戰(zhàn)，歐洲認(rèn)為空間技術(shù)的發(fā)展具有經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義，超越摩爾定律的微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)是改變歐洲電子產(chǎn)品現(xiàn)狀的重要機(jī)會(huì)，因而其從空間應(yīng)用領(lǐng)域和電子系統(tǒng)/分系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展出發(fā)，在制定空間技術(shù)長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃的同時(shí)，制定了微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)路線圖。主要宗旨為制定頂層規(guī)劃，堅(jiān)持獨(dú)立發(fā)展；在這些技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，牢記的準(zhǔn)則是：自主、不依賴。歐洲國(guó)防部與ESA簽署了戰(zhàn)略協(xié)議——?dú)W洲空間關(guān)鍵技術(shù)緊急行動(dòng)計(jì)劃，投資14億歐元，發(fā)展包括微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。歐洲建立了由8個(gè)成員國(guó)、歐洲宇航工業(yè)、宇航機(jī)構(gòu)、研究實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)等組成的歐洲宇航技術(shù)平臺(tái)——ESTP，旨在建立堅(jiān)實(shí)、非依賴性的宇航技術(shù)平臺(tái)，重點(diǎn)發(fā)展微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)。此外，歐洲還成立了高效系統(tǒng)級(jí)封裝（ESiP：Efficient Ststem in Package）組織，開展宇航用SiP的開發(fā)、應(yīng)用、可靠性分析、失效分析和試驗(yàn)等工作。

歐洲高度重視產(chǎn)品性能的驗(yàn)證與評(píng)估，為了解決微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的可靠性問題，必須掌握其失效機(jī)理，建立適合宇航應(yīng)用的保證方法。歐洲開展了微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的質(zhì)量保證研究工作，包括新產(chǎn)品評(píng)價(jià)鑒定技術(shù)、產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)技術(shù)、產(chǎn)品失效模式和失效機(jī)理研究，取得了一定的成果。例如：ST公司采用65 nm CMOS技術(shù)進(jìn)行ASIC研制，針對(duì)HCI和NBTI失效機(jī)理，開展了系統(tǒng)應(yīng)用可靠性設(shè)計(jì)方法的研究[3]；針對(duì)復(fù)雜的制造過程，開展了有關(guān)應(yīng)用制造設(shè)計(jì)方法的研究，擬通過研究建立相應(yīng)的流程和方法，從而全部地覆蓋可靠性問題。

1.1.3中國(guó)

國(guó)家在開發(fā)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)方面部署了相應(yīng)的工作，國(guó)內(nèi)抗輻射加固設(shè)計(jì)能力達(dá)到0.18 m～0.13 nm的水平，正在開發(fā)和完善65 nm抗輻射單元庫。在集成封裝方面，SiP技術(shù)已開始向高端邁進(jìn)，二維封裝、3D堆疊封裝的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)取得了突破。與國(guó)外的先進(jìn)水平相比，我國(guó)的微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)的整體水平還有一定的差距，表現(xiàn)在對(duì)微觀性與系統(tǒng)性協(xié)同發(fā)展的認(rèn)識(shí)不足，需求的超前探索力度不夠，系統(tǒng)性研究不夠；目前國(guó)內(nèi)宇航用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的發(fā)展缺乏統(tǒng)一的頂層規(guī)劃，多數(shù)產(chǎn)品的使用數(shù)量少，無法有效地降低開發(fā)和應(yīng)用成本。

1.2國(guó)內(nèi)外管理模式

1.2.1國(guó)外宇航機(jī)構(gòu)的管理模式

NASA、ESA對(duì)宇航型號(hào)用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的規(guī)劃和應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一的管理，采用垂直分工的研制實(shí)施模式，設(shè)立了專業(yè)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)產(chǎn)品保證。

a）對(duì)產(chǎn)品規(guī)劃和應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一的管理。

NASA、ESA設(shè)有專門的微系統(tǒng)電子產(chǎn)品管理部門，對(duì)型號(hào)用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一的管理，工作內(nèi)容偏重于微系統(tǒng)電子產(chǎn)品規(guī)劃制定、需求確認(rèn)和研制過程質(zhì)量控制。

b）采用垂直分工的研制實(shí)施模式。

用戶方提出需求，并且要完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)采用自主或部分委托；流片、封裝采用委托外協(xié)開展；管理部門負(fù)責(zé)研制和實(shí)施單位的選擇與控制、生產(chǎn)過程的管理等工作。

c）專業(yè)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)產(chǎn)品保證。

設(shè)置專門的組織機(jī)構(gòu)，強(qiáng)化產(chǎn)品保證技術(shù)的研究和保證的實(shí)施，例如：NEPP、NEPAG重點(diǎn)研究封裝可靠性評(píng)價(jià)、納米器件的失效機(jī)理等；TESAT等質(zhì)量保證機(jī)構(gòu)承擔(dān)保證工作。

NASA JPL實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了定制集成電路保證指南，包括產(chǎn)品管理、制造廠評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)和用戶接收4個(gè)部分。歐州發(fā)布了定制電路管理標(biāo)準(zhǔn)ECSS-QST-60-02，著重于產(chǎn)品開發(fā)、驗(yàn)證和確認(rèn)3個(gè)主要階段，從計(jì)劃管理、工程實(shí)踐和質(zhì)量保證3個(gè)方面對(duì)定制集成電路的研制過程提出要求[4]。質(zhì)量保證機(jī)構(gòu)在保證實(shí)施的過程中，高度重視項(xiàng)目管理工作，例如：TESAT將SoC/SiP供應(yīng)鏈分為設(shè)計(jì)、布線、生產(chǎn)、封裝、電測(cè)、環(huán)境試驗(yàn)、篩選和認(rèn)證8大部分，管理作為重要支撐，貫穿于整個(gè)項(xiàng)目的研制過程中。

1.2.2國(guó)內(nèi)的管理模式

國(guó)內(nèi)某衛(wèi)星研制單位提出了對(duì)型號(hào)用定制集成電路按照“統(tǒng)一管理，統(tǒng)一保證”的原則進(jìn)行管理的總體要求，并提出保證應(yīng)從需求論證和確認(rèn)開始，一直延續(xù)到型號(hào)應(yīng)用的全過程中。

2　空間用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的特點(diǎn)與挑戰(zhàn)

目前產(chǎn)品的空間應(yīng)用缺乏頂層規(guī)劃，以SiP為代表的微系統(tǒng)電子產(chǎn)品一般采用定制電路，需要根據(jù)空間應(yīng)用的具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，與通用元器件相比具有諸多的特點(diǎn)。由于集成系統(tǒng)的高性能、小型化、異質(zhì)集成、結(jié)構(gòu)多樣化和成本需求，與通用元器件相比，集成系統(tǒng)的可靠性保證存在諸多的難點(diǎn)，空間應(yīng)用面臨著眾多的挑戰(zhàn)。

2.1空間用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的特點(diǎn)

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品具有3個(gè)特點(diǎn)：需求特定、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和開發(fā)流程繁多。

a）需求特定

在缺乏統(tǒng)一規(guī)劃的情況下，用戶可以針對(duì)特定的需求自行確定產(chǎn)品的功能。在實(shí)現(xiàn)方式上，可選擇的因素很多，例如：生產(chǎn)廠、設(shè)計(jì)方法、生產(chǎn)工藝和集成方式；產(chǎn)品驗(yàn)證充分性、質(zhì)量和可靠性均難以保證。

用量少、成本高，可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)抽樣需要綜合考慮。一方面，與通用元器件相比，微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的用量較少，如果完全按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核，用于試驗(yàn)的樣品會(huì)較多，會(huì)相對(duì)地增加產(chǎn)品的研制成本；另一方面，由于微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的復(fù)雜性，因而需要開展針對(duì)其新技術(shù)的一系列的分析和評(píng)價(jià)試驗(yàn)，這在一定程序上也會(huì)增加試驗(yàn)樣品的數(shù)量，因而需要綜合考慮成本與可靠性，制定特定的微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的保證方法，滿足型號(hào)需求。

b）結(jié)構(gòu)復(fù)雜

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品功能先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及多方面的新技術(shù)，但新技術(shù)、新材料和新工藝會(huì)引入新的失效機(jī)理和失效模式，針對(duì)新的失效機(jī)理、失效模式的可靠性保證方法尚需研究和建立，研制成熟度與應(yīng)用成熟度還需要充分的驗(yàn)證。

c）開發(fā)流程繁多

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的開發(fā)不同于傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)的開發(fā)，其具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)和芯片設(shè)計(jì)密切相關(guān)、軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)并行開展的特殊性。設(shè)計(jì)方法、研制流程的多變，導(dǎo)致了產(chǎn)品的質(zhì)量不易保證；研制過程包括設(shè)計(jì)、流片、封裝和保證等多個(gè)環(huán)節(jié)，涉及多個(gè)單位，產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性難以控制。

2.2微系統(tǒng)電子產(chǎn)品空間應(yīng)用的挑戰(zhàn)

由于集成系統(tǒng)的高性能、小型化、異質(zhì)集成、結(jié)構(gòu)多樣化和成本需求，與通用元器件相比，其可靠性保證面臨著諸多的挑戰(zhàn)。可靠性保證的難點(diǎn)包括：1）設(shè)計(jì)可靠性保證——復(fù)雜系統(tǒng)的芯片-封裝-系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)，軟件、硬件并行設(shè)計(jì)；2）集成封裝新技術(shù)可靠性保證——系統(tǒng)集成電、熱和力特性的新技術(shù)、創(chuàng)新的封裝工藝技術(shù)和測(cè)試工具與方法；3）新技術(shù)器件的可靠性保證——深亞微米器件的可靠性保證。

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的研制和保證，是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，歐洲認(rèn)為，宇航用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、開發(fā)到應(yīng)用，需10年時(shí)間[5]。

2.3小結(jié)

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的空間應(yīng)用面臨以下挑戰(zhàn)。

a）缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，產(chǎn)品的通用性較差，用量少、成本高，可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)抽樣與驗(yàn)證充分性需綜合地考慮，產(chǎn)品驗(yàn)證充分性、質(zhì)量和可靠性難以保證。

b）對(duì)產(chǎn)品研發(fā)的項(xiàng)目管理、設(shè)計(jì)和制造過程的質(zhì)量控制等缺乏統(tǒng)一的管理，存在諸多的可靠性隱患。

c）可靠性保證技術(shù)研究需不斷地深入。微系統(tǒng)電子產(chǎn)品涉及多方面的新技術(shù)，集成封裝涉及的新技術(shù)、新材料和新工藝引入了新的失效機(jī)理和失效模式；采用納米技術(shù)的關(guān)鍵新器件的可靠性保證技術(shù)尚未獲得有效的突破；系統(tǒng)設(shè)計(jì)和芯片設(shè)計(jì)密切相關(guān)，軟件、硬件設(shè)計(jì)并行開展的特點(diǎn)，更給微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的保證帶來了技術(shù)壁壘。

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品在迅速發(fā)展的過程中，由于集成系統(tǒng)具有高性能、小型化、異質(zhì)集成和結(jié)構(gòu)多樣化等特點(diǎn)，以及成本需求，其空間應(yīng)用面臨著眾多的挑戰(zhàn)。微系統(tǒng)電子產(chǎn)品中大量地引入了新材料、新工藝和新設(shè)計(jì)，研制過程所涉及的環(huán)節(jié)多，傳統(tǒng)的保證方法難以滿足可靠性要求的實(shí)現(xiàn)，需要由專門的機(jī)構(gòu)統(tǒng)一組織開展微系統(tǒng)電子產(chǎn)品全研制流程的保證工作。

3　產(chǎn)品規(guī)范化管理的考慮

針對(duì)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的特點(diǎn)，提出了應(yīng)按照“制定規(guī)劃、統(tǒng)一管理，全面保證、統(tǒng)一要求”的發(fā)展思路來對(duì)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)劃、發(fā)展和保證。

3.1制定規(guī)劃、統(tǒng)一管理

a）制定規(guī)劃

對(duì)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃，對(duì)需求進(jìn)行統(tǒng)一的控制和規(guī)劃管理，實(shí)現(xiàn)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的系列化、通用化和規(guī)范化，提升成熟度，打造貨架產(chǎn)品，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。

b）統(tǒng)一管理

重點(diǎn)開展微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的規(guī)劃管理，設(shè)計(jì)、流片和封裝階段的質(zhì)量控制，應(yīng)用驗(yàn)證，質(zhì)量保證和應(yīng)用指導(dǎo)。

在微系統(tǒng)電子產(chǎn)品型譜規(guī)劃的指引下，依托國(guó)內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ)，開展微系統(tǒng)電子產(chǎn)品系統(tǒng)研制。以需求為牽引，推動(dòng)國(guó)內(nèi)宇航用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品研制行業(yè)的技術(shù)與質(zhì)量控制水平的提升，促進(jìn)產(chǎn)品制造領(lǐng)域核心技術(shù)的突破。

3.2全面保證、統(tǒng)一要求

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的保證應(yīng)貫穿于研制與應(yīng)用的全過程。微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的保證工作必須從研制初期介入，并貫穿于產(chǎn)品研制的全過程，保證工作應(yīng)由專業(yè)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一實(shí)施，并按照“全面保證、統(tǒng)一要求”的管理模式實(shí)施。

a）全面保證

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的保證應(yīng)從研制初期介入，并貫穿于研制與應(yīng)用的全過程。

b）統(tǒng)一要求

由專業(yè)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一實(shí)施保證，按照統(tǒng)一的要求開展保證工作；結(jié)合微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的特點(diǎn)，重點(diǎn)開展需求分析和確認(rèn)，設(shè)計(jì)、流片與封裝階段的質(zhì)量控制，應(yīng)用驗(yàn)證，質(zhì)量保證和應(yīng)用指導(dǎo)工作。概括為：一個(gè)流程，二個(gè)確認(rèn)，三個(gè)重點(diǎn)，四個(gè)階段。

3.2.1一個(gè)流程

首先，應(yīng)建立微系統(tǒng)電子產(chǎn)品保證的技術(shù)流程。微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的保證工作必須從研制初期介入，并貫穿于產(chǎn)品研制的全過程，包括需求分析與確認(rèn)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、流片（有需要時(shí)）、集成封裝考核和認(rèn)定各個(gè)環(huán)節(jié)。微系統(tǒng)電子產(chǎn)品保證的本質(zhì)屬性決定了它不是一個(gè)普通的孤立項(xiàng)目，而是與需求、產(chǎn)品研制和型號(hào)研制3個(gè)相關(guān)流程關(guān)聯(lián)進(jìn)行、并有機(jī)地結(jié)合在一起的復(fù)雜過程。

3.2.2兩個(gè)確認(rèn)

在需求階段，應(yīng)考慮產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)和可靠性等諸多因素；保證的概念應(yīng)延伸到用戶需求提出和確認(rèn)階段。

a）用戶需求確認(rèn)

用戶方應(yīng)明確需求，包括邏輯功能、性能參數(shù)和物理結(jié)構(gòu)等方面的需求，并經(jīng)過充分的驗(yàn)證，需求定義可追溯。質(zhì)量保證機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)用戶的需求進(jìn)行確認(rèn)。

b）研制要求落實(shí)確認(rèn)

研制單位應(yīng)對(duì)需求文件逐項(xiàng)地進(jìn)行確認(rèn)，并建立可追溯性；應(yīng)針對(duì)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的需求和現(xiàn)有的資源進(jìn)行可行性分析，包括設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度、封裝可行性、頻率要求、熱設(shè)計(jì)和抗輻射設(shè)計(jì)等，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，針對(duì)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，提出解決措施。質(zhì)量保證機(jī)構(gòu)對(duì)研制要求的落實(shí)進(jìn)行確認(rèn)。

3.2.3三個(gè)重點(diǎn)

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品保證的3個(gè)重點(diǎn)方面為：系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)、集成封裝新技術(shù)評(píng)價(jià)和新技術(shù)器件可靠性保證。

a）系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品是異類器件的綜合集成，是能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能的電子系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)為復(fù)雜系統(tǒng)的芯片-封裝-系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)，軟件、硬件并行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)就是要對(duì)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)涉及的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)和軟件等進(jìn)行評(píng)價(jià)；集成電路設(shè)計(jì)保證包括前端邏輯和后端版圖設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。

b）集成封裝新技術(shù)評(píng)價(jià)

集成封裝新技術(shù)是設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成電、熱和力特性的新技術(shù)，創(chuàng)新的封裝工藝技術(shù)，新的測(cè)試工具與方法等。集成封裝新技術(shù)評(píng)價(jià)包括電、熱和力等一系列評(píng)價(jià)試驗(yàn)，例如：步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)、高溫反偏試驗(yàn)、加速電應(yīng)力耐久性試驗(yàn)和針對(duì)具體裝聯(lián)工藝的評(píng)價(jià)試驗(yàn)等。目前，美國(guó)、歐洲均開展了封裝可靠性相關(guān)技術(shù)研究，例如：NASA NEPP的重點(diǎn)研究方向就是封裝可靠性評(píng)價(jià)方法研究，目前針對(duì)封裝可靠性的評(píng)價(jià)尚未建立通用的方法，需要根據(jù)具體采用的工藝研究制定專門的評(píng)價(jià)方法。

c）新技術(shù)器件可靠性保證

SiP等微系統(tǒng)電子產(chǎn)品內(nèi)部多采用深亞微米集成電路，特征尺寸進(jìn)入深亞微米后，經(jīng)時(shí)擊穿（TDDB）、熱載流子（HCI）、負(fù)偏溫不穩(wěn)定（NBTI）和電遷移（EM）就成為了集成電路的主要失效機(jī)理，國(guó)外均開展了深亞微米器件的可靠性研究，結(jié)果表明：先進(jìn)技術(shù)帶來了浴盆曲線三階段的變化，同時(shí)，已經(jīng)發(fā)布的鑒定方法已經(jīng)不能完全適用，需要根據(jù)器件的具體工藝和新的失效機(jī)理來制定一種具有針對(duì)性的鑒定方法。鑒定方法的核心在于：通過力、熱和電等步進(jìn)加速試驗(yàn)，確定器件的失效機(jī)理，確定可靠性試驗(yàn)的項(xiàng)目和應(yīng)力。例如：NASA提出針對(duì)新型FPGA，需要開展6 000 h壽命試驗(yàn)（常規(guī)為1 000 h）、500次溫度試驗(yàn)（常規(guī)為100次）；JPL提出針對(duì)NOR Flash，需要開展基于應(yīng)用需求的讀干擾等針對(duì)浮柵工藝的試驗(yàn)。另外，根據(jù)美國(guó)集成電路協(xié)會(huì)G12聯(lián)合NASA研究的結(jié)果，大規(guī)模集成電路老練試驗(yàn)應(yīng)在其工作頻率下開展，才有可能達(dá)到盡快剔出早期失效的目的；而目前國(guó)內(nèi)老煉設(shè)備的頻率僅能達(dá)到10 MHz，需要根據(jù)器件的功能開發(fā)滿足要求的老煉設(shè)備。此外，測(cè)試覆蓋率也是保證器件可靠性的一個(gè)重要方面，需要進(jìn)行針對(duì)性的開發(fā)和分析，在測(cè)試成本和測(cè)試覆蓋率方面尋找平衡。

分析認(rèn)為，微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的保證，需要從3個(gè)維度、13個(gè)要素進(jìn)行考慮。1）系統(tǒng)級(jí)總體規(guī)劃與設(shè)計(jì)層面，要素包括：需求分析與確認(rèn)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、可靠性和成熟度；2）集成封裝可靠性保證，要素包括：封裝設(shè)計(jì)、工藝、材料和裝聯(lián)；3）內(nèi)部元器件可靠性保證，要素包括：選用、設(shè)計(jì)、成熟度和抗輻射能力。微系統(tǒng)電子產(chǎn)品保證需重點(diǎn)關(guān)注的維度和要素如表1所示。

3.2.44個(gè)階段

微系統(tǒng)電子產(chǎn)品保證包括研制保證、宇航鑒定、應(yīng)用驗(yàn)證和質(zhì)量保證4個(gè)階段。

a）研制保證

對(duì)研制過程的質(zhì)量進(jìn)行可靠性保證。

b）宇航鑒定

針對(duì)宇航應(yīng)用的微系統(tǒng)電子產(chǎn)品特定的失效模式開展宇航鑒定。

c）應(yīng)用驗(yàn)證

包括評(píng)價(jià)和驗(yàn)證2個(gè)部分，評(píng)價(jià)主要包括功能性能分析、極限評(píng)估、應(yīng)用功能驗(yàn)證和抗輻射（單粒子、總劑量）能力評(píng)估；驗(yàn)證主要是針對(duì)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行驗(yàn)證。

d）質(zhì)量保證

指針對(duì)宇航應(yīng)用的一致性和穩(wěn)定性開展的保證工作。

表1　微系統(tǒng)電子產(chǎn)品保證需重點(diǎn)關(guān)注的維度和要素

4　結(jié)束語

歐美各知名宇航機(jī)構(gòu)都非常重視并在大力地推動(dòng)宇航用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的應(yīng)用，宇航用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的選用呈不斷上升的趨勢(shì)；歐美宇航強(qiáng)國(guó)都將宇航用微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用作為重點(diǎn)的發(fā)展方向，明確了微系統(tǒng)電子產(chǎn)品在下一代國(guó)防系統(tǒng)中的應(yīng)用。隨著國(guó)內(nèi)微電子技術(shù)水平的提高，以及微系統(tǒng)電子產(chǎn)品在推動(dòng)宇航型號(hào)微小型化、高功能集成度上的優(yōu)勢(shì)日益顯現(xiàn)，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)宇航型號(hào)微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的需求將顯著地增加。

我國(guó)應(yīng)在國(guó)家層面上建立權(quán)責(zé)明確的組織機(jī)構(gòu)，開展微系統(tǒng)電子產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略研究，加大對(duì)核心關(guān)鍵元器件的支持力度，建立能夠獨(dú)立自主、穩(wěn)定持續(xù)地研發(fā)、生產(chǎn)和供應(yīng)航天元器件產(chǎn)品的平臺(tái)，提升自主研發(fā)和制造能力；應(yīng)加強(qiáng)空間微系統(tǒng)電子產(chǎn)品的頂層規(guī)劃，對(duì)空間微系統(tǒng)電子產(chǎn)品需求進(jìn)行統(tǒng)一控制，對(duì)產(chǎn)品需求進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化、通用化和規(guī)范化；加強(qiáng)深亞微米器件保證方法和實(shí)施技術(shù)的研究和建立，先進(jìn)集成封裝可靠性評(píng)價(jià)方法研究等，提升成熟度，打造貨架產(chǎn)品，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。

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Assurance Requirements for Aerospace Application of Micro System Electronic Products

ZHU Heng-jing，ZHANG Yan-wei，ZHANG Wei，ZHU Ming，KUANG Qian-wei
（China Academt of Space Technologt，Beijing 100094，China）

Abstract：The development trend and management mode of micro ststem electronic products technologt are analtzed. And the work idea that micro ststem electronic products for aerospace application should be managed according to the principle of“making plans，unified management，comprehensive guarantee and unified requirements”aiming at the characteristics of micro ststem electronic products and the existing problems. Besides，the ket issues that deserve primart concern during the guarantee of micro ststem electronic products are analtzed，and the overall requirements of the guarantee of micro system electronic products during the whole development process are given.

Key words：micro ststem；package；aerospace application；product assurance

作者簡(jiǎn)介：朱恒靜（1964-），女，山東萊蕪人，中國(guó)空間技術(shù)研究院宇航物資保障事業(yè)部研究員，從事航天元器件保證工作。

收稿日期：2015-10-13

doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2016.02.006

中圖分類號(hào)：TN 305.94

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-5468（2016）02-0027-06