電子元器件車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)與GJB體系對比分析與建議

周圣澤，倪義強，張樹琨，任艷

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370）

0 引言

電子元器件行業(yè)是當(dāng)前電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)支撐，也是新時代發(fā)展革新的重點領(lǐng)域。在國防軍工領(lǐng)域，電子元器件是國防戰(zhàn)略資源，是整機裝備的核心組成部分，是維護國家利益、強軍強國的重要基石。在汽車行業(yè)，隨著汽車向“三化一升”（智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化+底層零部件升級）發(fā)展，芯片需求量大幅度地增加，據(jù)統(tǒng)計，2021年平均每輛車所需的芯片數(shù)量已經(jīng)達到了1 000顆以上。近年來，高端元器件已成為西方強國對我國戰(zhàn)略遏制的重要領(lǐng)域，特別是高端芯片產(chǎn)業(yè)屢次成為美國對我國制裁的重要手段。

標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品質(zhì)量保證、考核評價的技術(shù)基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)體系是電子元器件產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性評價、保障活動開展的基石，目前我國最為成熟、完整的是軍用電子元器件標(biāo)準(zhǔn)體系。經(jīng)過多年的努力，中國汽車安全性標(biāo)準(zhǔn)體系的基本框架已經(jīng)建立，車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系主要包括IATF 16949、ISO 26262系列和AECQ體系。在標(biāo)準(zhǔn)體系框架、質(zhì)量控制核心思想等方面，軍用電子元器件標(biāo)準(zhǔn)體系和車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系均突出了一些共性思想，但也存在一定的差異；分析這兩種標(biāo)準(zhǔn)體系的整體特色及理念，總結(jié)其可供借鑒的思想，將有助于我國國軍標(biāo)體系及專用標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建和完善。

1 軍標(biāo)體系的特色分析

1.1 國軍標(biāo)體系龐大，產(chǎn)品門類覆蓋全，已成為軍用電子元器件質(zhì)量控制與可靠性保障的主體平臺

我國電子元器件軍用標(biāo)準(zhǔn)體系從20世紀(jì)80年代初開始建立，初期主要參考和借鑒美國軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL）體系。通過近40年的建設(shè)，軍用電子元器件國軍標(biāo)體系不斷地完善，已成為軍用電子元器件質(zhì)量控制與可靠性保障的主體平臺，形成了覆蓋元器件各個專業(yè)門類的標(biāo)準(zhǔn)體系，有力地支撐了軍用電子元器件科研生產(chǎn)和整機裝備的配套建設(shè)。目前現(xiàn)行有效的電子元器件國家軍用標(biāo)準(zhǔn)有千余項，包括管理標(biāo)準(zhǔn)、通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等[1]。產(chǎn)品類別覆蓋了GJB 8118《軍用電子元器件分類與代碼》中的34大類，對整個軍用電子元器件產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量保證、考核評價、應(yīng)用評估起到了保障作用。

1.2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)占GJB體系的大部分，便于科研項目的考核評價保障

國軍標(biāo)體系的一大特點是以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為主，目的是充分地支撐軍用電子元器件過程質(zhì)量保證、考核評價、應(yīng)用評估等環(huán)節(jié)。以2019年體系內(nèi)有效的943項標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)共計828項（通用規(guī)范397項，系列型譜及詳細規(guī)范431項），基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、試驗檢測標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)共計115項。每年支撐裝發(fā)及海、陸、空等各軍兵種的各類元器件產(chǎn)品研制任務(wù)數(shù)千項，覆蓋新品、型譜、貫標(biāo)、核高基和質(zhì)量增長等所有的元器件產(chǎn)品研制任務(wù)和專項工程，貫穿協(xié)議約定、鑒定依據(jù)和驗收評價等各個環(huán)節(jié)， “提必及可靠性、言必談標(biāo)準(zhǔn)”是軍用電子元器件領(lǐng)域的各類節(jié)點檢查、審查驗收的基本要求。

1.3 國軍標(biāo)體系重點面向全軍提供廣泛的產(chǎn)品選擇

國軍標(biāo)體系為電子元器件產(chǎn)品構(gòu)建了基本的產(chǎn)品準(zhǔn)入門檻，通過質(zhì)量管理體系認(rèn)證、生產(chǎn)制造過程認(rèn)證和產(chǎn)品鑒定檢驗等方式，面向全軍提供符合相應(yīng)質(zhì)量水平的電子元器件產(chǎn)品。經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)已建立起較為完善的高可靠性軍用芯片設(shè)計、制造、測試和驗證的質(zhì)量管理體系，并通過宇航級和高可靠元器件質(zhì)量認(rèn)證來確保軍用芯片生產(chǎn)線、產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。一是通過合格產(chǎn)品目錄（QPL：Qualified Product List）認(rèn)證來確保芯片的質(zhì)量滿足軍用可靠性要求。如以GJB 597B—2012對芯片經(jīng)過篩選、質(zhì)量一致性檢驗等程序，經(jīng)過抽樣進行電性能測試、封裝可靠性試驗、壽命試驗、環(huán)境適應(yīng)性試驗，認(rèn)定為高質(zhì)量、高可靠性的軍用芯片。二是通過合格制造商目錄 （QML：Qualified Manufactures List）認(rèn)證來確保芯片制造廠商的設(shè)計、制造過程具備生產(chǎn)滿足軍用可靠性芯片的能力。QML認(rèn)證的對象是芯片及其制造廠商，是對與芯片實現(xiàn)相關(guān)的所有制造環(huán)節(jié)（設(shè)計、掩模、晶圓、組裝/封裝和檢測）及廠商制造能力的認(rèn)證[2]。

1.4 國軍標(biāo)體系對特定應(yīng)用領(lǐng)域的質(zhì)量與可靠性保障針對性不強

國軍標(biāo)體系對特定應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注度、對特定技術(shù)的側(cè)重度不高，對特定應(yīng)用領(lǐng)域的保障針對性不強，缺乏專門的技術(shù)分委會或工作組，開展熱點問題及重大專業(yè)小體系的深入和強化工作。一是在技術(shù)熱點方面，如熱特性評價、高速接口技術(shù)和新型封裝技術(shù)等，只是通過零散化制定一兩項或幾項標(biāo)準(zhǔn)項目的方式來開展技術(shù)突破，難以形成持續(xù)發(fā)力的標(biāo)準(zhǔn)工作方式來牽引行業(yè)持續(xù)發(fā)展并搶占國際話語權(quán)。二是在特殊應(yīng)用領(lǐng)域的質(zhì)量保證方面，現(xiàn)有的國軍標(biāo)體系并未重點關(guān)注，未形成專門適用于深空、深海、遠洋和極地等應(yīng)用領(lǐng)域的質(zhì)量可靠性保證要求。導(dǎo)致以上現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因與國軍標(biāo)體系“行動驅(qū)動、軍方主導(dǎo)”的思想，以及國軍標(biāo)制修訂以項目方式開展有一定的關(guān)系，標(biāo)準(zhǔn)的需求和立項并未交由產(chǎn)業(yè)推動，轉(zhuǎn)向“軍方引導(dǎo)、企業(yè)主體、市場導(dǎo)向”，更多的是側(cè)重于軍方機關(guān)對國軍標(biāo)平臺的主導(dǎo)和管理，側(cè)重方向把握，規(guī)劃各類標(biāo)準(zhǔn)工作組解決行業(yè)需求，而將技術(shù)內(nèi)容充分下沉到市場，交由工作組協(xié)調(diào)討論構(gòu)建，讓企業(yè)、科研機構(gòu)和高校等組織充分地參與到標(biāo)準(zhǔn)制修訂的過程中。

2 車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系的特色分析

2.1 車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)突出零失效率控制的核心思想

全球車規(guī)級芯片產(chǎn)業(yè)鏈形成了“逐層拆解的質(zhì)量管控零失效+功能安全認(rèn)證”的共識，并成為必備的準(zhǔn)入門檻。一是通過IATF 16949質(zhì)量管理體系來管控芯片制程工藝的失效率。IATF 16949認(rèn)證是車規(guī)芯片IDM或代工廠商的必備認(rèn)證，是車規(guī)芯片上車權(quán)威且必要的準(zhǔn)入資質(zhì)，涉及從前端晶圓光刻、離子注入、擴散、薄膜沉積、刻蝕和研磨到后端封裝、測試等一系列制造環(huán)節(jié)，保障芯片制造端的零失效、零故障、零事故[3]。二是通過AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)來管控芯片產(chǎn)品層級的失效率。AECQ100（集成電路IC）標(biāo)準(zhǔn)的測試項目涵蓋溫度、濕度、機械沖擊、振動、EMC、ESD、電遷移和應(yīng)力遷移，以及芯片剪切等45類試驗，涉及芯片設(shè)計、晶圓制造到封裝測試等芯片全流程，并且需要驗證3個批次的可靠性。在評價早期壽命失效率（ELFR）時，每批次需驗證800個樣品，3批次的2 400個樣品均要求零失效，其復(fù)雜且嚴(yán)苛的測試認(rèn)證保障了芯片層級的質(zhì)量穩(wěn)定性[4]。三是通過ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)來保障汽車電子電氣功能的失效率[5]。ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)圍繞設(shè)定的電子電氣功能安全等級ASIL劃分，通過“整車——ECU——板卡——芯片——制程工藝”自上而下的功能進行安全拆解和失效率評估，對象涵蓋從車輛的功能構(gòu)思到系統(tǒng)開發(fā)、芯片設(shè)計架構(gòu)、芯片制造流程和嵌入式軟件適配，以及相關(guān)的安全生產(chǎn)、維護等整個車輛功能安全開發(fā)生命周期?？梢杂行У乇苊庑酒?器件-系統(tǒng)的失效風(fēng)險，進而保障整車電子電氣功能安全的失效率。

2.2 車規(guī)電子標(biāo)準(zhǔn)體系精煉、行業(yè)專用

以產(chǎn)品層級失效率考核評價標(biāo)準(zhǔn)體系A(chǔ)ECQ為例，該體系共有37個標(biāo)準(zhǔn)，建成了完整的特色體系標(biāo)準(zhǔn)。一是零失效率質(zhì)量管理類標(biāo)準(zhǔn)共6項，即AECQ 001-AECQ 006，規(guī)范了零缺陷質(zhì)量控制原則、參數(shù)一致性、過程控制、良率控制和無鉛合規(guī)評定等基本原則和方法論。二是產(chǎn)品要求類標(biāo)準(zhǔn)共7項，即AECQ 100、AECQ 101、AECQ 104和AECQ 200等標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了集成電路、分立器件、模組及無源元件等大類產(chǎn)品的可靠性考核要求。三是配套試驗標(biāo)準(zhǔn)，共24項，如AECQ-100-00X、AECQ-101-00X和AECQ-200-00X系列，補充相應(yīng)產(chǎn)品要求標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的考核試驗項目的基本方法和程序。可以看出，車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系以廣泛的軍標(biāo)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系為基礎(chǔ)，重點關(guān)注汽車應(yīng)用需求，基于失效機理和核心關(guān)注，以追求零失效率為最終目標(biāo)，建立一個精煉并為汽車行業(yè)服務(wù)的專用小體系。

2.3 車規(guī)電子標(biāo)準(zhǔn)重視驗證和持續(xù)發(fā)展但仍有不足

一是重視行業(yè)驗證和數(shù)據(jù)積累，以AEC-Q系列標(biāo)準(zhǔn)為例，在AEC網(wǎng)站上的“文檔”頁面共列出的37項標(biāo)準(zhǔn)中，其中7個被列為“New（新）”或“Initial release（初始版本）”[6]。此類標(biāo)準(zhǔn)版本主要是供行業(yè)參考，并鼓勵行業(yè)進行廣泛的技術(shù)驗證，在充分吸收行業(yè)的經(jīng)驗后，將推出固定版本（版本以字母表示）。二是始終保持迭代更新，其中AEC-Q100已發(fā)布至H版，前后迭代8個版本，跟隨行業(yè)技術(shù)發(fā)展，在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)理念、技術(shù)要求及技術(shù)覆蓋性等方面進行了多種更新迭代，最新一版更新內(nèi)容多達14項，并且包括多處重大更新，如在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)理念方面更加突出滿足汽車應(yīng)用的需求分析，給出了完整的流程，指導(dǎo)如何根據(jù)應(yīng)用需求來確定產(chǎn)品考核評價是否完整地覆蓋產(chǎn)品的失效機理，以滿足應(yīng)用零失效率目標(biāo)。三是AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)始終保持與時俱進的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，特別是隨著高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛等新技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)還將持續(xù)地更新以適應(yīng)新技術(shù)和應(yīng)用的需求。例如：專門為光電半導(dǎo)體、MEMS傳感器和多芯片模組制定的標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q102、AEC-Q103和AEC-Q104等。但需要指出的是，盡管作為新制定的標(biāo)準(zhǔn)，仍然存在一些不足之處。以AEC-Q103標(biāo)準(zhǔn)為例，其范圍僅覆蓋麥克風(fēng)和壓力傳感器兩大類，缺乏圖像傳感器、加速度計等芯片的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 發(fā)展建議

3.1 推動國軍標(biāo)體系的創(chuàng)新工作

創(chuàng)新地設(shè)置專用領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)工作分委會或工作組，調(diào)動產(chǎn)業(yè)力量，合力地推動熱點、前沿技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的快速制定和落地，構(gòu)建精準(zhǔn)適用的標(biāo)準(zhǔn)小體系，推動相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的突破和完善。

3.2 引入零失效率的理念

綜合地考慮國軍標(biāo)體系的服務(wù)對象，結(jié)合應(yīng)用需求，試點深空、深海、遠洋等分類別的失效率和可靠性保證需求工作組，確定應(yīng)用要求剖面，分類分級地確定零失效率控制原則，探索制定各類應(yīng)用領(lǐng)域元器件的質(zhì)量與可靠性考核評價標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 加強標(biāo)準(zhǔn)實施驗證制作，建立應(yīng)用效果評估機制

創(chuàng)新地建立標(biāo)準(zhǔn)驗證實施基地，積累應(yīng)用實施經(jīng)驗，鼓勵全行業(yè)參與標(biāo)準(zhǔn)的實施應(yīng)用，促進標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)與生產(chǎn)、檢驗的融合，提升標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)性水平。催生標(biāo)準(zhǔn)自主創(chuàng)新活力，完善標(biāo)準(zhǔn)制定機制，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)制定和實施反饋制度，推動標(biāo)準(zhǔn)體系持續(xù)地迭代更新。

4 結(jié)束語

電子元器件產(chǎn)業(yè)是國家經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，其持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。自2020年汽車領(lǐng)域“芯片荒”的出現(xiàn)，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到了一定的影響，在國防軍工、航空、航天等其他領(lǐng)域，電子元器件特別是芯片產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的安全穩(wěn)定成為上游產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要一環(huán)，有必要發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)業(yè)的牽引作用，充分地總結(jié)現(xiàn)有國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的思路和理念，并在標(biāo)準(zhǔn)化工作中做出快速響應(yīng)，推動基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)持續(xù)地高質(zhì)量發(fā)展，為我國國防及工業(yè)體系打牢基礎(chǔ)。