新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證方法探討

馬珂，許實(shí)清，白乃貴

（1.海軍裝備部駐上海地區(qū)軍事代表局，上海 201206； 2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

引言

近年來(lái)，得益于我國(guó)電子元器件工業(yè)基礎(chǔ)的發(fā)展和國(guó)家的大力投入，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)了一大批技術(shù)新穎的高端電子元器件生產(chǎn)廠家，國(guó)內(nèi)新研電子元器件形成了較好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。但是隨著新一代裝備性能、質(zhì)量和可靠性等要求的逐漸提高，裝備研制單位和裝備主管部門越來(lái)越重視影響裝備性能和可靠性的元器件的質(zhì)量和水平，而國(guó)內(nèi)新研電子元器件由于缺少技術(shù)積淀和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，如何合理、科學(xué)的開(kāi)展新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證，識(shí)別新研元器件潛在風(fēng)險(xiǎn)，改進(jìn)其自身可靠性，加快推進(jìn)新研元器件上裝應(yīng)用，尚缺少系統(tǒng)性的指導(dǎo)方法。

本文借鑒當(dāng)前相關(guān)應(yīng)用驗(yàn)證管理方法和元器件應(yīng)用驗(yàn)證的理論研究成果[1-6]，提出了新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證流程，明確了各層級(jí)驗(yàn)證方法和內(nèi)容要求，同時(shí)，從裝備應(yīng)用角度，提出了驗(yàn)證效果評(píng)估和成果共享的原則方法，為加快推進(jìn)新研電子元器件上裝應(yīng)用、確保裝備研制質(zhì)量提供參考。

1 新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證現(xiàn)狀分析

當(dāng)前新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證工作逐漸得到各單位重視，相關(guān)驗(yàn)證工作逐步在各裝備領(lǐng)域開(kāi)展起來(lái)，應(yīng)用驗(yàn)證實(shí)施較早的航天領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用驗(yàn)證成果。但是更多的裝備研制單位在開(kāi)展新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證工作時(shí)，尚存在以下問(wèn)題：一方面，由于技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)不足，應(yīng)用驗(yàn)證工作不能全面覆蓋裝備實(shí)際使用環(huán)境的要求，存在驗(yàn)證項(xiàng)目不充分的情況，多數(shù)僅完成裝備要求的例行試驗(yàn)，未對(duì)新研電子元器件開(kāi)展典型的應(yīng)用驗(yàn)證項(xiàng)目，導(dǎo)致裝備研制單位在應(yīng)用新研電子元器件時(shí)存在“不好用”、“不敢用”和“用不好”等諸多情況；另一方面，由于缺乏統(tǒng)一的應(yīng)用驗(yàn)證方法，各單位獨(dú)自規(guī)劃開(kāi)展應(yīng)用驗(yàn)證，驗(yàn)證效果不理想，且驗(yàn)證過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)、成果不能及時(shí)共享，不同研制單位存在同一器件重復(fù)驗(yàn)證、相同設(shè)計(jì)錯(cuò)誤重復(fù)發(fā)生的情況。

2 裝備新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證方法探討

2.1 總體驗(yàn)證流程

裝備新研電子元器件的應(yīng)用驗(yàn)證工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它涉及多個(gè)種類元器件的特性分析、試驗(yàn)考核、測(cè)試驗(yàn)證、綜合評(píng)估等復(fù)雜技術(shù)，其根本目的是確定國(guó)內(nèi)新研電子元器件在裝備中的可用性，及其工程應(yīng)用中的成熟度和邊界條件，為國(guó)內(nèi)新研電子元器件上裝應(yīng)用提供支撐。

應(yīng)用驗(yàn)證工作開(kāi)始前，裝備研制單位需要完成元器件應(yīng)用驗(yàn)證總體方案的編制，在總體方案中明確應(yīng)用驗(yàn)證工作小組的成員及其具體分工、驗(yàn)證內(nèi)容及計(jì)劃等。方案編制完成后由裝備主管機(jī)關(guān)組織相關(guān)單位和專家進(jìn)行評(píng)審，評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后由各小組成員按分工情況開(kāi)展具體的應(yīng)用驗(yàn)證工作。

電子元器件的應(yīng)用驗(yàn)證等級(jí)分為元器件級(jí)、板卡級(jí)、設(shè)備級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、裝備級(jí)，為便于應(yīng)用驗(yàn)證工作實(shí)施，通常根據(jù)驗(yàn)證項(xiàng)目及內(nèi)容的相似性劃分為三組：元器件級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證、板級(jí)/設(shè)備級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證、系統(tǒng)級(jí)/裝備級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證。裝備新研電子元器件的應(yīng)用驗(yàn)證流程如圖1所示。

圖1 應(yīng)用驗(yàn)證流程

2.2 應(yīng)用驗(yàn)證方法

1）元器件級(jí)驗(yàn)證

元器件級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證是整個(gè)應(yīng)用驗(yàn)證工作中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、改進(jìn)設(shè)計(jì)成本最低的環(huán)節(jié)，為此需要元器件廠家與元器件檢測(cè)機(jī)構(gòu)齊心協(xié)力，共同完成元器件級(jí)的應(yīng)用驗(yàn)證工作。

元器件級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證項(xiàng)目應(yīng)充分借鑒現(xiàn)有檢測(cè)、篩選、鑒定試驗(yàn)的成果，補(bǔ)充開(kāi)展非常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目，需開(kāi)展的應(yīng)用驗(yàn)證項(xiàng)目包括：基本電性能參數(shù)測(cè)試、比對(duì)分析、關(guān)鍵參數(shù)特性曲線測(cè)試、極限測(cè)試、壽命強(qiáng)化和環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試等。還應(yīng)根據(jù)元器件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，適用性開(kāi)展結(jié)構(gòu)分析，包括禁限用工藝、材料分析，偽國(guó)產(chǎn)化、空心國(guó)產(chǎn)化分析等，常用的技術(shù)分析手段包括外部目檢、X射線檢查、制樣鏡檢、SEM、紅外光譜分析、內(nèi)部檢查等，具體項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)剪裁[7]。

元器件級(jí)的應(yīng)用驗(yàn)證一方面可以使設(shè)計(jì)師更清晰的掌握元器件本身固有的耐受力裕度、實(shí)際性能能力、極限應(yīng)力邊界等參數(shù)，為設(shè)計(jì)選型提供參考依據(jù)；另一方面應(yīng)用驗(yàn)證工作切實(shí)提升了元器件可靠性，通過(guò)極限應(yīng)力測(cè)試可以挖掘出常規(guī)鑒定試驗(yàn)無(wú)法發(fā)現(xiàn)的故障模式，為新研元器件改進(jìn)工藝和設(shè)計(jì)缺陷提供了參考依據(jù)。

2）板級(jí)/設(shè)備級(jí)驗(yàn)證

新研電子元器件的板級(jí)/設(shè)備級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證應(yīng)充分依托裝備研制過(guò)程開(kāi)展相關(guān)工作，以新研電子元器件為基礎(chǔ)開(kāi)展裝備的相關(guān)設(shè)計(jì)，減少應(yīng)用驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)的投入，同時(shí)可以保證新研電子元器件的應(yīng)用能夠落到實(shí)處，避免研而未用。

板級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證的目的是使新研電子元器件在板卡正常工作的條件下，通過(guò)外圍軟硬件相互配合，提供新研元器件的外部所需激勵(lì)、接口、數(shù)據(jù)等，以實(shí)現(xiàn)新研電子元器件板級(jí)功能、性能的測(cè)試和驗(yàn)證，同時(shí)在板卡級(jí)對(duì)擬進(jìn)行原位替代的新研電子元器件的可焊性進(jìn)行驗(yàn)證，避免新研元器件封裝尺寸與進(jìn)口器件一致而焊盤尺寸有差異引入的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

設(shè)備級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證側(cè)重于裝備應(yīng)用基線，結(jié)合裝備研制階段的各項(xiàng)試驗(yàn)開(kāi)展驗(yàn)證，主要開(kāi)展電熱特性試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)等。在實(shí)驗(yàn)室條件下，通過(guò)模擬設(shè)備實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和模擬設(shè)備極限應(yīng)用環(huán)境等，考核新研電子元器件在極限測(cè)試、壓力測(cè)試和環(huán)境測(cè)試等條件下的功能、性能是否滿足實(shí)際應(yīng)用需求[8]。

3）系統(tǒng)級(jí)/裝備級(jí)驗(yàn)證

新研電子元器件的系統(tǒng)級(jí)/裝備級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證工作側(cè)重于考核新研電子元器件在實(shí)際裝備上的使用情況，驗(yàn)證其在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的功能和性能，同時(shí)依托裝備研制總要求對(duì)電子元器件選用管理要求，推動(dòng)新研電子元器件的應(yīng)用率，可以促進(jìn)電子元器件產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

系統(tǒng)級(jí)/裝備級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證旨在搭建新研電子元器件與其他電子元器件協(xié)同工作平臺(tái)，開(kāi)展新研電子元器件在裝備實(shí)際使用環(huán)境下的驗(yàn)證工作，對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境無(wú)法暴露的問(wèn)題通過(guò)真實(shí)的外場(chǎng)試驗(yàn)可以得到補(bǔ)充驗(yàn)證，例如在沿海地區(qū)高溫高濕、高鹽腐蝕、復(fù)雜電磁環(huán)境條件等外場(chǎng)環(huán)境下開(kāi)展新研電子元器件的系統(tǒng)級(jí)/裝備級(jí)驗(yàn)證，對(duì)提升新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證覆蓋率，切實(shí)提高新研電子元器件的可靠性具有重要意義。

2.3 驗(yàn)證效果評(píng)估

裝備新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證的效果評(píng)估擬采用專家評(píng)審的方式進(jìn)行，驗(yàn)證效果分為三個(gè)等級(jí)：滿足使用要求；基本滿足使用要求，需補(bǔ)充驗(yàn)證；不滿足使用要求。

專家評(píng)審考核的主要內(nèi)容包括：元器件指標(biāo)評(píng)判、成熟度評(píng)判、適應(yīng)性評(píng)判、可用度評(píng)判。具體要求如下：

1）元器件指標(biāo)評(píng)判：評(píng)價(jià)新研元器件性能指標(biāo)能否達(dá)到或者趕超進(jìn)口電子元器件，結(jié)合壽命強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)其可靠性是否滿足裝備的基本使用要求，同時(shí)通過(guò)結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)證新研元器件的設(shè)計(jì)、材料和工藝是否滿足裝備使用要求。

2）成熟度評(píng)判：評(píng)價(jià)元器件應(yīng)用驗(yàn)證過(guò)程中在設(shè)計(jì)、工藝、材料、過(guò)程控制等方面所表現(xiàn)出的應(yīng)用效果。

3）適應(yīng)性評(píng)判：充分考慮力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性、熱學(xué)環(huán)境適應(yīng)性、系統(tǒng)適應(yīng)性、工藝適應(yīng)性、外場(chǎng)試驗(yàn)適應(yīng)性等方面的測(cè)試、驗(yàn)證效果。

4）可用度評(píng)判：評(píng)價(jià)元器件在裝備應(yīng)用中的風(fēng)險(xiǎn)程度，需要綜合元器件的指標(biāo)評(píng)判結(jié)果、成熟度評(píng)判結(jié)果和適應(yīng)性評(píng)判結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步綜合分析評(píng)估，可用度越高、應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)越小。

2.4 驗(yàn)證成果共享

本著驗(yàn)證一批，總結(jié)一批，推廣一批的原則，以裝備鑒定為應(yīng)用驗(yàn)證工作總結(jié)的考核節(jié)點(diǎn)，促使裝備研制單位在裝備定型前完成該裝備所涉及新研電子元器件的應(yīng)用驗(yàn)證成果總結(jié)，匯總應(yīng)用驗(yàn)證成果編制新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證成果簡(jiǎn)報(bào)或數(shù)據(jù)庫(kù)，報(bào)裝備主管機(jī)關(guān)審批后，由機(jī)關(guān)組織定期向各裝備研制單位推送相關(guān)信息。

元器件應(yīng)用驗(yàn)證成果信息共享，一方面可以幫助設(shè)計(jì)師在選用元器件時(shí)更好的了解該元器件，避免“不敢用”的尷尬境地；另一方面可以消除信息壁壘，避免不同研制單位對(duì)同一器件進(jìn)行重復(fù)性驗(yàn)證工作以及相同設(shè)計(jì)錯(cuò)誤重復(fù)出現(xiàn)的情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用驗(yàn)證對(duì)于促進(jìn)我國(guó)電子元器件的自主研制、提升自主創(chuàng)新和自主保障能力具有重要的戰(zhàn)略意義。在裝備研制管理過(guò)程中，新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證工作尤為重要，它將是解決關(guān)鍵進(jìn)口電子元器件“卡脖子”的有力措施。為實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵電子元器件全面采用國(guó)產(chǎn)元器件的要求，以裝備研制為依托的，聯(lián)合設(shè)備研制單位、元器件廠家、元器件檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及技術(shù)支撐單位等各方資源，逐級(jí)開(kāi)展驗(yàn)證工作，結(jié)合裝備研制內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)、外場(chǎng)試驗(yàn)充分暴露新研電子元器件缺陷，并建立應(yīng)用驗(yàn)證成果共享機(jī)制等，以促進(jìn)國(guó)內(nèi)新研電子元器件在實(shí)際裝備中的使用，為提升裝備用新研電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證能力和水平，完善新研元器件的可靠性及應(yīng)用驗(yàn)證覆蓋率提供了解決辦法。