新研電子元器件應用驗證方法探討

馬珂，許實清，白乃貴

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

引言

近年來，得益于我國電子元器件工業基礎的發展和國家的大力投入，國內涌現了一大批技術新穎的高端電子元器件生產廠家，國內新研電子元器件形成了較好的發展態勢。但是隨著新一代裝備性能、質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越重視影響裝備性能和可靠性的元器件的質量和水平，而國內新研電子元器件由于缺少技術積淀和應用經驗，如何合理、科學的開展新研電子元器件應用驗證，識別新研元器件潛在風險，改進其自身可靠性，加快推進新研元器件上裝應用，尚缺少系統性的指導方法。

本文借鑒當前相關應用驗證管理方法和元器件應用驗證的理論研究成果[1-6]，提出了新研電子元器件應用驗證流程，明確了各層級驗證方法和內容要求，同時，從裝備應用角度，提出了驗證效果評估和成果共享的原則方法，為加快推進新研電子元器件上裝應用、確保裝備研制質量提供參考。

1 新研電子元器件應用驗證現狀分析

當前新研電子元器件應用驗證工作逐漸得到各單位重視，相關驗證工作逐步在各裝備領域開展起來，應用驗證實施較早的航天領域已經取得了一定的應用驗證成果。但是更多的裝備研制單位在開展新研電子元器件應用驗證工作時，尚存在以下問題：一方面，由于技術和經驗不足，應用驗證工作不能全面覆蓋裝備實際使用環境的要求，存在驗證項目不充分的情況，多數僅完成裝備要求的例行試驗，未對新研電子元器件開展典型的應用驗證項目，導致裝備研制單位在應用新研電子元器件時存在“不好用”、“不敢用”和“用不好”等諸多情況；另一方面，由于缺乏統一的應用驗證方法，各單位獨自規劃開展應用驗證，驗證效果不理想，且驗證過程中的經驗、成果不能及時共享，不同研制單位存在同一器件重復驗證、相同設計錯誤重復發生的情況。

2 裝備新研電子元器件應用驗證方法探討

2.1 總體驗證流程

裝備新研電子元器件的應用驗證工作是一項系統工程，它涉及多個種類元器件的特性分析、試驗考核、測試驗證、綜合評估等復雜技術，其根本目的是確定國內新研電子元器件在裝備中的可用性，及其工程應用中的成熟度和邊界條件，為國內新研電子元器件上裝應用提供支撐。

應用驗證工作開始前，裝備研制單位需要完成元器件應用驗證總體方案的編制，在總體方案中明確應用驗證工作小組的成員及其具體分工、驗證內容及計劃等。方案編制完成后由裝備主管機關組織相關單位和專家進行評審，評審通過后由各小組成員按分工情況開展具體的應用驗證工作。

電子元器件的應用驗證等級分為元器件級、板卡級、設備級、系統級、裝備級，為便于應用驗證工作實施，通常根據驗證項目及內容的相似性劃分為三組：元器件級應用驗證、板級/設備級應用驗證、系統級/裝備級應用驗證。裝備新研電子元器件的應用驗證流程如圖1所示。

圖1 應用驗證流程

2.2 應用驗證方法

1）元器件級驗證

元器件級應用驗證是整個應用驗證工作中最關鍵的環節，也是發現問題、改進設計成本最低的環節，為此需要元器件廠家與元器件檢測機構齊心協力，共同完成元器件級的應用驗證工作。

元器件級應用驗證項目應充分借鑒現有檢測、篩選、鑒定試驗的成果，補充開展非常規試驗項目，需開展的應用驗證項目包括：基本電性能參數測試、比對分析、關鍵參數特性曲線測試、極限測試、壽命強化和環境適應性測試等。還應根據元器件結構特點，適用性開展結構分析，包括禁限用工藝、材料分析，偽國產化、空心國產化分析等，常用的技術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、內部檢查等，具體項目根據實際情況進行適當剪裁[7]。

元器件級的應用驗證一方面可以使設計師更清晰的掌握元器件本身固有的耐受力裕度、實際性能能力、極限應力邊界等參數，為設計選型提供參考依據；另一方面應用驗證工作切實提升了元器件可靠性，通過極限應力測試可以挖掘出常規鑒定試驗無法發現的故障模式，為新研元器件改進工藝和設計缺陷提供了參考依據。

2）板級/設備級驗證

新研電子元器件的板級/設備級應用驗證應充分依托裝備研制過程開展相關工作，以新研電子元器件為基礎開展裝備的相關設計，減少應用驗證平臺建設的投入，同時可以保證新研電子元器件的應用能夠落到實處，避免研而未用。

板級應用驗證的目的是使新研電子元器件在板卡正常工作的條件下，通過外圍軟硬件相互配合，提供新研元器件的外部所需激勵、接口、數據等，以實現新研電子元器件板級功能、性能的測試和驗證，同時在板卡級對擬進行原位替代的新研電子元器件的可焊性進行驗證，避免新研元器件封裝尺寸與進口器件一致而焊盤尺寸有差異引入的潛在風險。

設備級應用驗證側重于裝備應用基線，結合裝備研制階段的各項試驗開展驗證，主要開展電熱特性試驗、環境適應性試驗和可靠性試驗等。在實驗室條件下，通過模擬設備實際應用環境和模擬設備極限應用環境等，考核新研電子元器件在極限測試、壓力測試和環境測試等條件下的功能、性能是否滿足實際應用需求[8]。

3）系統級/裝備級驗證

新研電子元器件的系統級/裝備級應用驗證工作側重于考核新研電子元器件在實際裝備上的使用情況，驗證其在實際應用環境中的功能和性能，同時依托裝備研制總要求對電子元器件選用管理要求，推動新研電子元器件的應用率，可以促進電子元器件產業的良性發展。

系統級/裝備級應用驗證旨在搭建新研電子元器件與其他電子元器件協同工作平臺，開展新研電子元器件在裝備實際使用環境下的驗證工作，對實驗室環境無法暴露的問題通過真實的外場試驗可以得到補充驗證，例如在沿海地區高溫高濕、高鹽腐蝕、復雜電磁環境條件等外場環境下開展新研電子元器件的系統級/裝備級驗證，對提升新研電子元器件應用驗證覆蓋率，切實提高新研電子元器件的可靠性具有重要意義。

2.3 驗證效果評估

裝備新研電子元器件應用驗證的效果評估擬采用專家評審的方式進行，驗證效果分為三個等級：滿足使用要求；基本滿足使用要求，需補充驗證；不滿足使用要求。

專家評審考核的主要內容包括：元器件指標評判、成熟度評判、適應性評判、可用度評判。具體要求如下：

1）元器件指標評判：評價新研元器件性能指標能否達到或者趕超進口電子元器件，結合壽命強化試驗結果評價其可靠性是否滿足裝備的基本使用要求，同時通過結構分析驗證新研元器件的設計、材料和工藝是否滿足裝備使用要求。

2）成熟度評判：評價元器件應用驗證過程中在設計、工藝、材料、過程控制等方面所表現出的應用效果。

3）適應性評判：充分考慮力學環境適應性、熱學環境適應性、系統適應性、工藝適應性、外場試驗適應性等方面的測試、驗證效果。

4）可用度評判：評價元器件在裝備應用中的風險程度，需要綜合元器件的指標評判結果、成熟度評判結果和適應性評判結果進行進一步綜合分析評估，可用度越高、應用風險越小。

2.4 驗證成果共享

本著驗證一批，總結一批，推廣一批的原則，以裝備鑒定為應用驗證工作總結的考核節點，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用驗證成果總結，匯總應用驗證成果編制新研電子元器件應用驗證成果簡報或數據庫，報裝備主管機關審批后，由機關組織定期向各裝備研制單位推送相關信息。

元器件應用驗證成果信息共享，一方面可以幫助設計師在選用元器件時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同一器件進行重復性驗證工作以及相同設計錯誤重復出現的情況。

3 結束語

應用驗證對于促進我國電子元器件的自主研制、提升自主創新和自主保障能力具有重要的戰略意義。在裝備研制管理過程中，新研電子元器件應用驗證工作尤為重要，它將是解決關鍵進口電子元器件“卡脖子”的有力措施。為實現關鍵電子元器件全面采用國產元器件的要求，以裝備研制為依托的，聯合設備研制單位、元器件廠家、元器件檢測機構以及技術支撐單位等各方資源，逐級開展驗證工作，結合裝備研制內場試驗、外場試驗充分暴露新研電子元器件缺陷，并建立應用驗證成果共享機制等，以促進國內新研電子元器件在實際裝備中的使用，為提升裝備用新研電子元器件應用驗證能力和水平，完善新研元器件的可靠性及應用驗證覆蓋率提供了解決辦法。