军用集成电路质量控制方法分析与探讨

孙家坤，姚 鼎

（中船重工第716研究所，连云港 222000）

军用集成电路质量控制方法分析与探讨

孙家坤，姚 鼎

（中船重工第716研究所，连云港 222000）

集成电路是军用电子设备最重要的器件之一，集成电路的质量直接影响到军用装备的质量。从集成电路的选择、二次筛选和破坏性物理分析（DPA）这几个方面探讨了军用集成电路的质量控制方法。实践证明通过质量控制筛选得到的集成电路整批使用可靠性都有明显的提高。

集成电路；二次筛选；破坏性物理分析

引言

随着信息技术的迅猛发展，半导体集成电路成为尖端科技领域的核心部件，集成电路的可靠性成为制约各行业硬件设施可靠性的关键因素。半导体集成电路的可靠性在战略武器系统、航空航天、船舶电子设备等特殊场合是应用时要首先考虑的重要因素之一。可见，集成电路的质量非常重要，应从选择、采购、验收、二次筛选、DPA、储存和传递、现场使用、失效分析等寿命期的各个环节对其进行质量控制。本文主要从集成电路的选择、二次筛选和破坏性物理分析（DPA）这几个方面探讨了军用集成电路的质量控制。

1 集成电路的选择

集成电路的选择是集成电路质量控制的源头，集成电路的很多实际的故障中，其中一类故障并非是集成电路本身的质量问题，而是由于集成电路的选择不恰当所导致的，且这类故障占很大一部分。因此加强集成电路选用过程的质量控制具有重要意义。在选用过程中，应该遵循以下几个原则：

1.1 根据实际使用情况，选择适用的集成电路

在选择集成电路时，应该根据实际使用条件，充分考虑集成电路的性能参数、环境条件、封装形式、以及外形、体积等要求。

1）性能参数：主要考虑集成电路的额定电压、电流以及其相应技术指标，看是否能满足实际使用的要求。

2）环境条件：应该根据集成电路的工作环境，如温度、湿度、气压、温度冲击、辐照、振动、密封、盐雾等，选用能适用于上述环境条件的集成电路。

3）封装形式：根据实际的应用需求，选择合适封装的集成电路，如DIP双列直插、SIP单列直插、QFP塑封方型扁平式、PGA插针网格阵列、BGA球栅阵列等，每种封装都有其特点，例如DIP封装的集成电路有两排引脚，适合双排插装的芯片插座，此外还可以将其插到相应电路板上面进行焊接。频率相对比较高的电路宜采用QFP封装的集成电路，PGA封装插拔操作方便，可靠性高，可适应更高频率。

1.2 优先选用列入合格品清单（QPL）的集成电路

QPL—Qualified Produce List合格品清单，最早使用于美国海军，列入合格品清单的产品都需要经过严格的审查和相关的鉴定试验，因此其质量和可靠性得到了有效的保证，我国的合格品清单由国防科工委军用元器件管理中心负责制定。

1.3 选择元器件优选清单（PPL）的集成电路

元器件优选清单是元器件使用单位根据以往的使用经验所制定，被列入清单的元器件应为在满足要求的基础上，产品质量又比较稳定可靠的产品和生产厂家。使用单位拟定的元器件优选清单对元器件的质量控制至关重要。

1.4 正确使用集成电路的质量等级

元器件的质量等级是指：“元器件在装机使用之前，按照产品执行标准或供需双方的技术协议，在制造、检验、及筛选过程中其质量的控制等级。”质量等级又可以分为：用于控制生产控制、选择和采购的质量等级和用于电子设备可靠性预计的质量等级两类。

我国目前用于集成电路生产控制、选择和采购的质量等级由三个，分别是S级、BG级、B级。不同集成电路的质量等级其质量差别很大，选择时应该根据具体使用条件、质量要求等合理选择。S级是最高质量保证等级，供宇航用；BG级是介于S及、B级间的质量等级；B级为标准军用质量保证等级。军用电子设备中，对关键件，重要件，以及使用在恶劣环境下，如导弹，战斗机等应选择可靠性高的军品S级集成电路，对于普通件及使用在一般环境下，如室内，地面站，可选用BG级或B级产品。

1.5 尽量不要选用未经鉴定通过的新型号集成电路

因为新型号产品的生产工艺往往不够成熟，且未经过现场使用的检验，应用问题尚未彻底暴露出来。

1.6 在同等条件下优先选用国产集成电路

2 集成电路的二次筛选

集成电路的筛选分为一次筛选和二次筛选。一次筛选也称成品筛选，是由集成电路生产厂家按照集成电路的技术标准和订货合同要求进行的出厂前筛选。二次筛选是由集成电路用户根据使用的最终目的，为获得更高的可靠性，在集成电路使用前进行的筛选试验。二次筛选的目的是为了进一步剔除在生产厂一次筛选中未能剔除的不合格产品，或由于某种缺陷会引起早期失效的产品，确保使用时的高可靠性。国军标中对集成电路质量保证要求见表1[1]。

目前国内集成电路由于受到技术、材料、生产、工艺等各方面的限制，与世界先进水平还有很大的差距，一些出厂的集成电路达不到用户使用的质量水平，而军品的集成电路要求非常高，必须严格剔除一些不合格品或有早期失效的产品，这就要求用户在使用之前需要进行二次筛选。

集成电路的二次筛选应该100 %进行，集成电路二次筛选的项目主要包括外观检查、常温初测、高温存储、温度冲击、高温老炼、检漏、常温终测、外观检查等，筛选程序见表2。

具体筛选要求如下：

1）外观检查：检查集成电路的标识、管脚及加工质量是否符合集成电路技术规范要求；具体在10倍放大镜下检查：器件有无裂痕、破碎、针孔、毛刺等，以及其他影响寿命、使用性能的外观缺陷。集成电路标识应该清晰正确，无翻新痕迹[2]。

2）常温初测：在常温下按照要求测试集成电路的性能指标，剔除因生产不合格而导致失效的器件，避免做后续一系列重复试验。

3）高温存储：按照集成电路的技术资料，在规定的温度对器件进行高温存储，高温存储可以暴露器件键合强度不能达到标准要求、芯片与管座连接不好、芯片裂纹等缺陷。

4）温度冲击：按照集成电路的技术资料，在规定的温度对器件进行温度冲击。温度冲击可以暴露器件键合松动、键合断开、键合位置不当、芯片与管座连接不好、芯片裂纹、装配缺陷等缺陷。

5）高温老炼：高温老炼是集成电路二次筛选过程中至关重要的一步，它是通过在高温条件下施加适当的应力让器件超负荷工作，从而使器件产生“早期失效”。图1就是电子元器件寿命浴盆曲线[3]。

电子元器件的早期失效一般都在1 000 h以内，过了早期失效期之后器件进入偶然失效期，此间器件的失效率将会保持在一个很低的常数。显然对器件进行1 000 h的常温定额试验是不可行的，科学试验证明：提高老炼温度能使电子元器件加速到早期失效期。图2表示失效激活能、失效时间、温度和失效激活能的关系。

6）检漏：当集成电路有密封性要求时，按照规定对其进行检漏（分为粗检漏和精检漏），通过检漏可以发现器件的管壳缺陷，剔除不符合密封性要求的产品。

图1 电子元器件寿命浴盆曲线

图2 失效激活能关系图

表1 集成电路的质量保证要求

7）常温终测：在所有的试验下项目都做完之后在常温下按照要求对器件在进行检测，剔除因试验而产生的不合格品。

8）外观检查：在所有的试验项目都完成后，最后还要对集成电路进行外观检查，剔除因试验导致的外观不合格品。

有特殊要求的集成电路按照相关要求完成相应的试验项目。

二次筛选只是提高器件整个批次使用的可靠性，并不能提高单个集成电路固有的可靠性，集成电路的固有可靠性在其设计、生产后就已经确定[4]。

表2 集成电路的二次筛选

3 破坏性物理分析（DPA）

破坏性物理分析（Destructive Physical Analysis——DPA）是为了验证元器件的设计、结构、材料和制造质量是否满足预定用途或有关规范的要求，对元器件样品进行剖析，以及在剖析前后进行一系列分析的全过程。破坏性物理分析对提高元器件的综合使用品质及使用效能具有十分重要的作用。

GJB 597B中对集成电路的DPA进行了详细的规范，以SN54LS244J为例，DPA试验项目和可发现主要失效模式见表3。

对集成电路进行DPA工作，可以发现集成电路潜在的一些材料、工艺等方面的缺陷，可以发现一次及二次筛选中不能发现的问题，是二次筛选的重要补充，对集成电路质量控制具有重要作用。

4 结论

集成电路的选择、二次筛选、DPA是确保军用集成电路质量和可靠性的重要环节。选择适用的、高质量的集成电路是军用集成电路质量控制的基础；二次筛选、DPA可以有效地剔除不合格品，有效地预防使用时出现失效模式。通过这几个环节的工作，可对军用集成电路使用前的质量进行有效地控制，提高集成电路的使用可靠性，对提高整机产品的质量和可靠性有重要意义。

表3 集成电路SN54LS244J DPA试验项目

[1] GJB 597B-2012 ,半导体集成电路通用规范[S].

[2] GJB 360B-2009,电子及电器元件试验方法[S].

[3] 廖光朝. 二次筛选中电子元器件的可靠性保障[J].电子测试, 2007,(6).

[4]董西英. 元器件二次筛选中的质量控制[J].企业技术开发, 2009,(10).

Analysis and Discussion on Quality Control Method for Integrated Circuit

SUN Jia-kun, YAO Ding
(CSIC-716th Research Institute, Lianyungang 222000)

Integrated circuit is regarded as one of the most important components for military electronic equipment, and IC quality directly influences the quality of military equipment. This paper discusses quality control method for military IC in the light of IC selection, secondary screening and destructive physical analysis (DPA). The practice proves that overall operation reliability of the IC through screening is significantly improved.

integrated circuit; secondary screening; destructive physical analysis

TN406

A

1004-7204（2016）06-0022-04

孙家坤（1990-），男，河南周口人，现就职于中船重工716研究所，研究方向：电子元器件二次筛选技术。

姚鼎（1987-），男，江苏连云港人，现就职于中船重工716研究所，研究方向：电子元器件二次筛选技术。