牛姜楓

（北京京瀚禹電子工程技術(shù)有限公司，北京 100000）

0 引言

在過(guò)去十幾年，中國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展突飛猛進(jìn)，在國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中廣泛使用電子元器件，隨著電子元器件國(guó)產(chǎn)化的比重越來(lái)越大，越來(lái)越多的“中國(guó)芯”被用在民用、軍工領(lǐng)域。從民用的電子產(chǎn)品，到軍用的武器裝備，其性能主要依賴半導(dǎo)體電子元器件的質(zhì)量，國(guó)產(chǎn)元器件的質(zhì)量直接關(guān)系到國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的安全，由于高速的發(fā)展帶來(lái)質(zhì)量的良莠不齊，給可靠性工作帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，也因?yàn)橘|(zhì)量問(wèn)題造成重大質(zhì)量事故。通過(guò)可靠性篩選和DPA 工作，可以把一些問(wèn)題提前暴露出來(lái)，剔除有缺陷的產(chǎn)品，減少上機(jī)之后的質(zhì)量隱患，極大地提高了電子元器件的使用可靠性，同時(shí)也解決生產(chǎn)廠家質(zhì)量工藝控制存在的問(wèn)題。

1 篩選檢測(cè)和DPA 概述

篩選是是一種通過(guò)試驗(yàn)和檢測(cè)剔除有缺陷的或不合格元器的方法，一般包括一次篩選和二次篩選，是一種可以增加產(chǎn)品使用穩(wěn)定性的方法。通常因?yàn)樯a(chǎn)工藝失控，或者制造原材料的缺陷，在制造過(guò)程中，使有些產(chǎn)品存在問(wèn)題或缺陷，如果經(jīng)過(guò)篩選及早清除這些問(wèn)題或缺陷的產(chǎn)品，能夠使產(chǎn)品的使用可靠性大大地提高[1]。電子元器件的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性。電子元器件的固有可靠性是產(chǎn)品固有屬性，在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中所帶來(lái)的，不能通過(guò)后期試驗(yàn)和檢測(cè)來(lái)提高。但是元器件的使用可靠性可以通過(guò)相應(yīng)的手段來(lái)提高，經(jīng)過(guò)一系列的試驗(yàn)和檢測(cè)手段來(lái)提高電子元器件的使用可靠性。

常見(jiàn)的篩選檢測(cè)項(xiàng)目包括：外觀檢查、常溫初測(cè)、高溫貯存、溫度循環(huán)、恒定加速度、PIND、常溫中測(cè)、老煉、常溫中測(cè)、低溫測(cè)試、高溫測(cè)試、細(xì)檢漏、粗檢漏、常溫終測(cè)、外觀復(fù)查。

破壞性物理分析，即DPA，是一種對(duì)電子元器件的潛在問(wèn)題加以發(fā)現(xiàn)，并研究其成因和危害的方法。該方法由美國(guó)最先開(kāi)始使用。它是在元器件制造過(guò)程中、上機(jī)前，在產(chǎn)品批中隨機(jī)選擇相應(yīng)數(shù)量的電子元器件，并通過(guò)各種非破壞和破壞性試驗(yàn)的方式，檢驗(yàn)元器件構(gòu)造、材質(zhì)、設(shè)計(jì)、制作工序的產(chǎn)品質(zhì)量，能否達(dá)到所規(guī)定的可靠性條件。刨析元器件內(nèi)部的材質(zhì)、工藝等問(wèn)題后，對(duì)元器件樣品加以解剖，刨析其內(nèi)在元素以及前后所進(jìn)行一系列檢驗(yàn)的全過(guò)程，用于判定是否存在批次產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，奠定工藝改進(jìn)基礎(chǔ)，以提高元器件質(zhì)量，保障整個(gè)電子系統(tǒng)的可靠性。

2 篩選檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

篩選檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題還是比較多的。以某電子元器件二次篩選知名可靠性檢測(cè)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)為例，近三年（2019—2021 年），不合格數(shù)量為49.5 萬(wàn)只，不合格批次為2.4 萬(wàn)批。表1 為失效批次對(duì)比，從表1 可以看出，不合格數(shù)量和不合格批次較多。

表1 2019—2021 失效批次對(duì)比

外觀檢查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題有：管腳彎曲、標(biāo)示不清、劃痕、尺寸超差、銹蝕、沾污、鍍層缺陷、殼體缺損裂紋、絕緣子裂紋、焊料缺損、標(biāo)志錯(cuò)誤等。這些問(wèn)題可能存在于生產(chǎn)廠家人員、原材料、生產(chǎn)方法、檢驗(yàn)方法等環(huán)節(jié)[2]。

高溫貯存、溫度循環(huán)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題有：塑封器件變形、塑封器件殼體裂紋缺損、金屬表面變色、金屬表面腐蝕等?？赡艽嬖谟谏a(chǎn)廠家設(shè)計(jì)、原材料、生產(chǎn)方法、檢驗(yàn)方法等環(huán)節(jié)。

恒定加速度發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：封裝結(jié)構(gòu)達(dá)不到要求?？赡艽嬖谟谏a(chǎn)廠家設(shè)計(jì)、原材料等環(huán)節(jié)。

PIND 發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：氣密封器件內(nèi)部存在微小顆粒?？赡艽嬖谟谏a(chǎn)廠家人員、環(huán)境等環(huán)節(jié)。

老煉發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：器件相當(dāng)數(shù)量的早期失效情況、個(gè)別器件存在老煉后失效的情況。可能存在于生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)、人員、設(shè)備、環(huán)境等環(huán)節(jié)。

常溫測(cè)試發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：測(cè)試參數(shù)比較少，性能指標(biāo)偏差大，和國(guó)外器件性能差距較大?？赡艽嬖谟谏a(chǎn)廠家設(shè)計(jì)、人員、原材料、生產(chǎn)方法、設(shè)備等環(huán)節(jié)。

高低溫測(cè)試發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：低溫條件下器件不能工作，高低溫條件下性能變差?？赡艽嬖谟谏a(chǎn)廠家設(shè)計(jì)、人員、原材料、生產(chǎn)方法、設(shè)備等環(huán)節(jié)。

檢漏試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：氣密封器件存在密封不良，有漏率超差的情況出現(xiàn)。可能存在于生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)、原材料等環(huán)節(jié)。

3 DPA 發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

DPA 失效數(shù)據(jù)也逐年增高，2019 年到2021 年不合格批次占比分別為6.97%、8.23%、7.93%，國(guó)產(chǎn)不合格批次占比分別為3.29%、3.26%、4.21%，主要集中在密封、內(nèi)檢、外檢、X 射線、聲掃、水汽。國(guó)產(chǎn)電子元器件翻新、假冒、以次充好的情況大量存在，塑封器件應(yīng)用越來(lái)越多，但是塑封器件分層情況嚴(yán)重。

在70 余項(xiàng)通用國(guó)產(chǎn)元器件分析中，發(fā)現(xiàn)9 項(xiàng)器件存在問(wèn)題，比例還是很大。主要為國(guó)產(chǎn)偽空包器件、外觀結(jié)構(gòu)問(wèn)題等。國(guó)產(chǎn)元器件質(zhì)量不穩(wěn)定，批次一致性差，且生產(chǎn)單位的檢測(cè)條件良莠不齊，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)各不相同，障覆蓋率達(dá)不到100%。

（1）國(guó)產(chǎn)偽空包器件：與國(guó)產(chǎn)廠家確認(rèn)，自主設(shè)計(jì)產(chǎn)品，且經(jīng)過(guò)了鑒定。但是，存在供貨周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性差的問(wèn)題，故會(huì)使用國(guó)外晶片生產(chǎn)。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)中能看到器件有美國(guó)半導(dǎo)體廠家標(biāo)志，非國(guó)產(chǎn)器件。

（2）外觀結(jié)構(gòu)問(wèn)題：器件焊盤(pán)變形，導(dǎo)致絕緣間距減小，導(dǎo)致絕緣性能下降；焊盤(pán)腐蝕，導(dǎo)致焊接不良；器件側(cè)面塑封料存在空洞，存在吸潮導(dǎo)致參數(shù)漂移、爆米花效應(yīng)等風(fēng)險(xiǎn)；玻璃絕緣子存在裂紋，存在密封性隱患。

4 生產(chǎn)廠家存在的問(wèn)題及措施

4.1 人員方面

隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)新增半導(dǎo)體企業(yè)越來(lái)越多。根據(jù)企查查數(shù)據(jù)的分析，2022 年中國(guó)共有半導(dǎo)體公司7 萬(wàn)多個(gè)?！吨袊?guó)集成電路產(chǎn)業(yè)人才白皮書(shū)（2019—2022 年版）》中表示，根據(jù)當(dāng)前行業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，至2022 年，全產(chǎn)業(yè)的人才需求將近80 萬(wàn)人，但是從現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)從業(yè)人數(shù)來(lái)看，只能滿足40 萬(wàn)的人員，還缺少30 萬(wàn)人，只是集成電路一類的人才，如果加上功率器件、光電子器件等領(lǐng)域，缺口可達(dá)60 萬(wàn)左右，這一數(shù)量還會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大。我國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域人才匱乏嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了半導(dǎo)體行業(yè)的質(zhì)量水平，沒(méi)有充足和經(jīng)驗(yàn)豐富的人員，影響到半導(dǎo)體產(chǎn)品的質(zhì)量水平[3]。

操作人員應(yīng)參加培訓(xùn)，通過(guò)考核持證上崗，掌握相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和檢驗(yàn)的基本原理，能熟練使用相關(guān)儀器設(shè)備，能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做出分析和判斷。

4.2 設(shè)備方面

半導(dǎo)體分為設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)三大核心產(chǎn)業(yè)，以及對(duì)應(yīng)的原材料，以及制造、封裝、測(cè)試環(huán)節(jié)所需的專業(yè)設(shè)備。

芯片設(shè)計(jì)軟件都集中在歐美國(guó)家，國(guó)內(nèi)廠家需要花費(fèi)昂貴的費(fèi)用，才可以使用國(guó)外軟件的精簡(jiǎn)版本。沒(méi)有好的設(shè)計(jì)，談何質(zhì)量。

晶圓的成分是硅，晶圓越薄，成本越低，但是工藝的要求就越高。晶圓生產(chǎn)過(guò)程中，使用的比較普遍的有光刻設(shè)備、刻蝕裝置、離子注入機(jī)、電子擴(kuò)散裝置、氧化爐、拋光裝置、清洗機(jī)等。國(guó)內(nèi)不具備核心設(shè)備生產(chǎn)能力，只具備一部分設(shè)備生產(chǎn)能力，但是在質(zhì)量方面和國(guó)外設(shè)備廠家相差巨大，自然而然的影響質(zhì)量。

封測(cè)方面使用的設(shè)備大多為國(guó)外設(shè)備，半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備基本集中在國(guó)外，半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備技術(shù)難度大，主要由愛(ài)德萬(wàn)和泰瑞達(dá)兩家壟斷，價(jià)格昂貴，國(guó)產(chǎn)廠家配置的數(shù)量有限，不足以滿足大規(guī)模生產(chǎn)測(cè)試需要。測(cè)試設(shè)備方面存在差距，設(shè)備能力、測(cè)試精度、頻率范圍和國(guó)外設(shè)備差距較大。

儀器設(shè)備有相應(yīng)的管理方法，關(guān)鍵設(shè)備由專人操作和檢查；設(shè)備按計(jì)量計(jì)劃進(jìn)行計(jì)量檢定，計(jì)量合格后粘貼合格標(biāo)識(shí)并注明及有效期，需在設(shè)備有效期內(nèi)使用，使用時(shí)做好使用臺(tái)賬，無(wú)法檢定時(shí)由相應(yīng)的比對(duì)報(bào)告等。儀器設(shè)備應(yīng)符合生產(chǎn)和檢驗(yàn)的要求。設(shè)備管理辦法有效執(zhí)行，有對(duì)應(yīng)的設(shè)備檔案、設(shè)備臺(tái)賬、儀器設(shè)備計(jì)量檢定計(jì)劃，設(shè)備維修記錄，能清晰準(zhǔn)確查詢到設(shè)備的運(yùn)行情況[4]。

4.3 原材料方面

半導(dǎo)體行業(yè)主材料為硅晶圓，硅晶圓的好壞直接決定了芯片的好壞。硅晶圓是制造技術(shù)門(mén)檻極高，高科技尖端產(chǎn)品，大多集中在國(guó)外。我國(guó)電子元器件生產(chǎn)廠家大多依賴進(jìn)口，自主生產(chǎn)的很少。

由于國(guó)產(chǎn)廠家大部分從國(guó)外采購(gòu)，供貨渠道是否正規(guī)，有沒(méi)有斷供的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)混料等問(wèn)題，國(guó)產(chǎn)廠家可以識(shí)別一些信息，但是無(wú)法識(shí)別的就有可能會(huì)發(fā)生問(wèn)題。

對(duì)原材料生產(chǎn)實(shí)施一系列的質(zhì)量控制，從原材料的選擇與采買到進(jìn)場(chǎng)儲(chǔ)存，還包括原材料的周轉(zhuǎn)輸送，和進(jìn)場(chǎng)的篩選與檢測(cè)，并根據(jù)國(guó)家規(guī)范的要求執(zhí)行，把控生產(chǎn)質(zhì)量。對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中每步操作的原料或半成品，必須進(jìn)行檢測(cè)，確保符合相關(guān)規(guī)定，并設(shè)置有流轉(zhuǎn)卡，對(duì)原材料做一定的識(shí)別與跟蹤，對(duì)重要工藝可配備監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)制造過(guò)程。能夠有效識(shí)別合格品與不合格品，不合格品有專用的容器儲(chǔ)存，并有相應(yīng)的不合格品標(biāo)識(shí)，對(duì)不合格品登記、查詢、處理。企業(yè)物料管理全面有效，可以溯源從入庫(kù)到產(chǎn)品的全流程，質(zhì)量問(wèn)題可追溯。

4.4 試驗(yàn)方法方面

國(guó)內(nèi)質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，特別是軍用器件，有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企軍標(biāo)、七專標(biāo)準(zhǔn)、GJB 標(biāo)準(zhǔn)、普軍標(biāo)準(zhǔn)、軍品標(biāo)準(zhǔn)等，相應(yīng)的軍用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是沿用美軍標(biāo)的，項(xiàng)目和內(nèi)容很多年沒(méi)有更新過(guò)，對(duì)于一些新類型器件、新型號(hào)器件不能很好起到質(zhì)量管控作用。產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范也不一致，同樣的器件，國(guó)外產(chǎn)品手冊(cè)有直流參數(shù)、時(shí)間參數(shù)、動(dòng)態(tài)參數(shù)等，國(guó)產(chǎn)手冊(cè)要么只有直流參數(shù)，要么只有部分參數(shù)，參數(shù)數(shù)量比國(guó)外要少很多，性能指標(biāo)比國(guó)外的低，參數(shù)數(shù)量和指標(biāo)與國(guó)外的一致，但使用性能和穩(wěn)定性不如國(guó)外器件。

建立統(tǒng)一的試驗(yàn)方法和管理方法，對(duì)每一類器件都有相同的試驗(yàn)方法和管理方法，并能很好的指導(dǎo)相應(yīng)工作，無(wú)論生產(chǎn)廠家或者是配套單位，都能明確的知道怎么做如何做。每個(gè)作業(yè)都有作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，每個(gè)操作都有操作規(guī)程，具體怎么作業(yè)、怎么操作，絕對(duì)不能出現(xiàn)操作標(biāo)準(zhǔn)不一的情況。工序技術(shù)參數(shù)的更改，需要進(jìn)行專家論證審核批準(zhǔn)后，才能變更內(nèi)容。工藝文件的編制、評(píng)定和審批都有相應(yīng)的流程和規(guī)定，保證所使用文件的正確性和統(tǒng)一性。技術(shù)文件和管理文件的撰寫(xiě)，評(píng)定和審核要有一定的制度和要求，確保所使用文檔的正確性和統(tǒng)一性，工藝文件都應(yīng)嚴(yán)格管理，發(fā)布、修改、執(zhí)行都應(yīng)受控并能追溯，現(xiàn)場(chǎng)能取得的文件都是效的，生產(chǎn)過(guò)程中的記錄能及時(shí)填寫(xiě)并匯總上交[5]。

4.5 環(huán)境方面

擁有相應(yīng)資質(zhì)的生產(chǎn)廠家，環(huán)境方面都是達(dá)標(biāo)的，通過(guò)相關(guān)機(jī)構(gòu)審核和認(rèn)可，滿足生產(chǎn)的相關(guān)環(huán)境要求。對(duì)于沒(méi)有相應(yīng)資質(zhì)的生產(chǎn)廠家，其生產(chǎn)環(huán)境存在不達(dá)標(biāo)的情況，無(wú)法滿足生產(chǎn)的環(huán)境要求。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境方面的要求：溫度、濕度、光線、防靜電等符合相關(guān)要求；有安全環(huán)保設(shè)備和措施，符合職工健康安全法律法規(guī)要求；現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行6S 要求，物品擺放合理，布局科學(xué)，無(wú)與生產(chǎn)無(wú)關(guān)的雜物；有相應(yīng)的溫度、濕度、光線、防靜電監(jiān)測(cè)設(shè)施及方法，對(duì)應(yīng)的措施能及時(shí)糾正偏差。

4.6 檢驗(yàn)方面

生產(chǎn)廠家的檢驗(yàn)方案是經(jīng)過(guò)內(nèi)部評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)的，但是評(píng)審委員會(huì)的專業(yè)程度是否滿足要求，評(píng)審方案是否合適，是否滿足要求，不同廠家的方案可能不一樣，則會(huì)導(dǎo)致不同廠家的產(chǎn)品存在不同。

選擇使用能滿足準(zhǔn)確度和精度的測(cè)量設(shè)備；定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行確認(rèn)、校準(zhǔn)，規(guī)定相應(yīng)的確認(rèn)和校準(zhǔn)方法規(guī)程，保存相關(guān)記錄；發(fā)現(xiàn)設(shè)備處于非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，立即排查，對(duì)之前測(cè)量和試驗(yàn)結(jié)果的有效性進(jìn)行分析評(píng)定，并記入相關(guān)文件；檢驗(yàn)有相應(yīng)的檢驗(yàn)規(guī)程和作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，相應(yīng)的檢驗(yàn)方案經(jīng)過(guò)評(píng)審固化，通過(guò)后發(fā)布執(zhí)行。

5 建議

一方面需要生產(chǎn)廠家方面加強(qiáng)工藝和質(zhì)量控制，從人員、設(shè)備、原材料、方法、環(huán)境、檢驗(yàn)方法6 個(gè)方面加強(qiáng)管控，通過(guò)一系列方法和手段，通過(guò)控制工藝，提高元器件的固有質(zhì)量；另一方面需要篩選方面做把關(guān)，把元器件的使用可靠性提高，把使用質(zhì)量不過(guò)關(guān)的器件篩選出去；通過(guò)雙方共同努力，為元器件的可靠性做保障工作。

6 結(jié)語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)電子元器件應(yīng)用越來(lái)越多，產(chǎn)業(yè)鏈也逐步完善，在工業(yè)和國(guó)防應(yīng)用中，比重越來(lái)越重，自然而然的對(duì)質(zhì)量要求也越來(lái)越高，就需要相關(guān)生產(chǎn)廠家和配套單位共同努力做好質(zhì)量保障工作。隨著技術(shù)的不斷提高，人員能力的提高，生產(chǎn)廠家的質(zhì)量控制越來(lái)越好，國(guó)產(chǎn)電子元器件質(zhì)量會(huì)越來(lái)越好。