電子元器件車規標準與GJB體系對比分析與建議

周圣澤，倪義強，張樹琨，任艷

（工業和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370）

0 引言

電子元器件行業是當前電子信息產業發展的基礎支撐，也是新時代發展革新的重點領域。在國防軍工領域，電子元器件是國防戰略資源，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，隨著汽車向“三化一升”（智能化、電動化、網聯化+底層零部件升級）發展，芯片需求量大幅度地增加，據統計，2021年平均每輛車所需的芯片數量已經達到了1 000顆以上。近年來，高端元器件已成為西方強國對我國戰略遏制的重要領域，特別是高端芯片產業屢次成為美國對我國制裁的重要手段。

標準是產品質量保證、考核評價的技術基礎，標準體系是電子元器件產品質量與可靠性評價、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準體系。經過多年的努力，中國汽車安全性標準體系的基本框架已經建立，車規標準體系主要包括IATF 16949、ISO 26262系列和AECQ體系。在標準體系框架、質量控制核心思想等方面，軍用電子元器件標準體系和車規標準體系均突出了一些共性思想，但也存在一定的差異；分析這兩種標準體系的整體特色及理念，總結其可供借鑒的思想，將有助于我國國軍標體系及專用標準體系的構建和完善。

1 軍標體系的特色分析

1.1 國軍標體系龐大，產品門類覆蓋全，已成為軍用電子元器件質量控制與可靠性保障的主體平臺

我國電子元器件軍用標準體系從20世紀80年代初開始建立，初期主要參考和借鑒美國軍用標準（MIL）體系。通過近40年的建設，軍用電子元器件國軍標體系不斷地完善，已成為軍用電子元器件質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門類的標準體系，有力地支撐了軍用電子元器件科研生產和整機裝備的配套建設。目前現行有效的電子元器件國家軍用標準有千余項，包括管理標準、通用基礎標準、產品標準和應用標準等[1]。產品類別覆蓋了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品的生產質量保證、考核評價、應用評估起到了保障作用。

1.2 產品標準占GJB體系的大部分，便于科研項目的考核評價保障

國軍標體系的一大特點是以產品標準為主，目的是充分地支撐軍用電子元器件過程質量保證、考核評價、應用評估等環節。以2019年體系內有效的943項標準統計，產品標準共計828項（通用規范397項，系列型譜及詳細規范431項），基礎標準、試驗檢測標準和應用標準共計115項。每年支撐裝發及海、陸、空等各軍兵種的各類元器件產品研制任務數千項，覆蓋新品、型譜、貫標、核高基和質量增長等所有的元器件產品研制任務和專項工程，貫穿協議約定、鑒定依據和驗收評價等各個環節， “提必及可靠性、言必談標準”是軍用電子元器件領域的各類節點檢查、審查驗收的基本要求。

1.3 國軍標體系重點面向全軍提供廣泛的產品選擇

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

1.4 國軍標體系對特定應用領域的質量與可靠性保障針對性不強

國軍標體系對特定應用領域的關注度、對特定技術的側重度不高，對特定應用領域的保障針對性不強，缺乏專門的技術分委會或工作組，開展熱點問題及重大專業小體系的深入和強化工作。一是在技術熱點方面，如熱特性評價、高速接口技術和新型封裝技術等，只是通過零散化制定一兩項或幾項標準項目的方式來開展技術突破，難以形成持續發力的標準工作方式來牽引行業持續發展并搶占國際話語權。二是在特殊應用領域的質量保證方面，現有的國軍標體系并未重點關注，未形成專門適用于深空、深海、遠洋和極地等應用領域的質量可靠性保證要求。導致以上現象出現的主要原因與國軍標體系“行動驅動、軍方主導”的思想，以及國軍標制修訂以項目方式開展有一定的關系，標準的需求和立項并未交由產業推動，轉向“軍方引導、企業主體、市場導向”，更多的是側重于軍方機關對國軍標平臺的主導和管理，側重方向把握，規劃各類標準工作組解決行業需求，而將技術內容充分下沉到市場，交由工作組協調討論構建，讓企業、科研機構和高校等組織充分地參與到標準制修訂的過程中。

2 車規標準體系的特色分析

2.1 車規標準突出零失效率控制的核心思想

全球車規級芯片產業鏈形成了“逐層拆解的質量管控零失效+功能安全認證”的共識，并成為必備的準入門檻。一是通過IATF 16949質量管理體系來管控芯片制程工藝的失效率。IATF 16949認證是車規芯片IDM或代工廠商的必備認證，是車規芯片上車權威且必要的準入資質，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節，保障芯片制造端的零失效、零故障、零事故[3]。二是通過AEC-Q標準來管控芯片產品層級的失效率。AECQ100（集成電路IC）標準的測試項目涵蓋溫度、濕度、機械沖擊、振動、EMC、ESD、電遷移和應力遷移，以及芯片剪切等45類試驗，涉及芯片設計、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，其復雜且嚴苛的測試認證保障了芯片層級的質量穩定性[4]。三是通過ISO 26262標準來保障汽車電子電氣功能的失效率[5]。ISO 26262標準圍繞設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思到系統開發、芯片設計架構、芯片制造流程和嵌入式軟件適配，以及相關的安全生產、維護等整個車輛功能安全開發生命周期?？梢杂行У乇苊庑酒?器件-系統的失效風險，進而保障整車電子電氣功能安全的失效率。

2.2 車規電子標準體系精煉、行業專用

以產品層級失效率考核評價標準體系AECQ為例，該體系共有37個標準，建成了完整的特色體系標準。一是零失效率質量管理類標準共6項，即AECQ 001-AECQ 006，規范了零缺陷質量控制原則、參數一致性、過程控制、良率控制和無鉛合規評定等基本原則和方法論。二是產品要求類標準共7項，即AECQ 100、AECQ 101、AECQ 104和AECQ 200等標準，規范了集成電路、分立器件、模組及無源元件等大類產品的可靠性考核要求。三是配套試驗標準，共24項，如AECQ-100-00X、AECQ-101-00X和AECQ-200-00X系列，補充相應產品要求標準中規定的考核試驗項目的基本方法和程序?？梢钥闯?，車規標準體系以廣泛的軍標和工業標準體系為基礎，重點關注汽車應用需求，基于失效機理和核心關注，以追求零失效率為最終目標，建立一個精煉并為汽車行業服務的專用小體系。

2.3 車規電子標準重視驗證和持續發展但仍有不足

一是重視行業驗證和數據積累，以AEC-Q系列標準為例，在AEC網站上的“文檔”頁面共列出的37項標準中，其中7個被列為“New（新）”或“Initial release（初始版本）”[6]。此類標準版本主要是供行業參考，并鼓勵行業進行廣泛的技術驗證，在充分吸收行業的經驗后，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已發布至H版，前后迭代8個版本，跟隨行業技術發展，在標準技術理念、技術要求及技術覆蓋性等方面進行了多種更新迭代，最新一版更新內容多達14項，并且包括多處重大更新，如在標準技術理念方面更加突出滿足汽車應用的需求分析，給出了完整的流程，指導如何根據應用需求來確定產品考核評價是否完整地覆蓋產品的失效機理，以滿足應用零失效率目標。三是AEC-Q標準技術始終保持與時俱進的發展狀態，特別是隨著高級駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛等新技術的發展，標準還將持續地更新以適應新技術和應用的需求。例如：專門為光電半導體、MEMS傳感器和多芯片模組制定的標準AEC-Q102、AEC-Q103和AEC-Q104等。但需要指出的是，盡管作為新制定的標準，仍然存在一些不足之處。以AEC-Q103標準為例，其范圍僅覆蓋麥克風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標準。

3 發展建議

3.1 推動國軍標體系的創新工作

創新地設置專用領域標準工作分委會或工作組，調動產業力量，合力地推動熱點、前沿技術標準的快速制定和落地，構建精準適用的標準小體系，推動相關領域技術的突破和完善。

3.2 引入零失效率的理念

綜合地考慮國軍標體系的服務對象，結合應用需求，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，探索制定各類應用領域元器件的質量與可靠性考核評價標準。

3.3 加強標準實施驗證制作，建立應用效果評估機制

創新地建立標準驗證實施基地，積累應用實施經驗，鼓勵全行業參與標準的實施應用，促進標準技術與生產、檢驗的融合，提升標準科學性水平。催生標準自主創新活力，完善標準制定機制，構建標準制定和實施反饋制度，推動標準體系持續地迭代更新。

4 結束語

電子元器件產業是國家經濟的重要支柱產業之一，其持續發展至關重要。自2020年汽車領域“芯片荒”的出現，汽車產業的發展受到了一定的影響，在國防軍工、航空、航天等其他領域，電子元器件特別是芯片產業鏈、供應鏈的安全穩定成為上游產業發展中的重要一環，有必要發揮標準對產業的牽引作用，充分地總結現有國內外相關標準體系的思路和理念，并在標準化工作中做出快速響應，推動基礎產業持續地高質量發展，為我國國防及工業體系打牢基礎。