新研电子元器件应用验证方法探讨

马珂，许实清，白乃贵

（1.海军装备部驻上海地区军事代表局，上海 201206； 2.工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610）

引言

近年来，得益于我国电子元器件工业基础的发展和国家的大力投入，国内涌现了一大批技术新颖的高端电子元器件生产厂家，国内新研电子元器件形成了较好的发展态势。但是随着新一代装备性能、质量和可靠性等要求的逐渐提高，装备研制单位和装备主管部门越来越重视影响装备性能和可靠性的元器件的质量和水平，而国内新研电子元器件由于缺少技术积淀和应用经验，如何合理、科学的开展新研电子元器件应用验证，识别新研元器件潜在风险，改进其自身可靠性，加快推进新研元器件上装应用，尚缺少系统性的指导方法。

本文借鉴当前相关应用验证管理方法和元器件应用验证的理论研究成果[1-6]，提出了新研电子元器件应用验证流程，明确了各层级验证方法和内容要求，同时，从装备应用角度，提出了验证效果评估和成果共享的原则方法，为加快推进新研电子元器件上装应用、确保装备研制质量提供参考。

1 新研电子元器件应用验证现状分析

当前新研电子元器件应用验证工作逐渐得到各单位重视，相关验证工作逐步在各装备领域开展起来，应用验证实施较早的航天领域已经取得了一定的应用验证成果。但是更多的装备研制单位在开展新研电子元器件应用验证工作时，尚存在以下问题：一方面，由于技术和经验不足，应用验证工作不能全面覆盖装备实际使用环境的要求，存在验证项目不充分的情况，多数仅完成装备要求的例行试验，未对新研电子元器件开展典型的应用验证项目，导致装备研制单位在应用新研电子元器件时存在“不好用”、“不敢用”和“用不好”等诸多情况；另一方面，由于缺乏统一的应用验证方法，各单位独自规划开展应用验证，验证效果不理想，且验证过程中的经验、成果不能及时共享，不同研制单位存在同一器件重复验证、相同设计错误重复发生的情况。

2 装备新研电子元器件应用验证方法探讨

2.1 总体验证流程

装备新研电子元器件的应用验证工作是一项系统工程，它涉及多个种类元器件的特性分析、试验考核、测试验证、综合评估等复杂技术，其根本目的是确定国内新研电子元器件在装备中的可用性，及其工程应用中的成熟度和边界条件，为国内新研电子元器件上装应用提供支撑。

应用验证工作开始前，装备研制单位需要完成元器件应用验证总体方案的编制，在总体方案中明确应用验证工作小组的成员及其具体分工、验证内容及计划等。方案编制完成后由装备主管机关组织相关单位和专家进行评审，评审通过后由各小组成员按分工情况开展具体的应用验证工作。

电子元器件的应用验证等级分为元器件级、板卡级、设备级、系统级、装备级，为便于应用验证工作实施，通常根据验证项目及内容的相似性划分为三组：元器件级应用验证、板级/设备级应用验证、系统级/装备级应用验证。装备新研电子元器件的应用验证流程如图1所示。

图1 应用验证流程

2.2 应用验证方法

1）元器件级验证

元器件级应用验证是整个应用验证工作中最关键的环节，也是发现问题、改进设计成本最低的环节，为此需要元器件厂家与元器件检测机构齐心协力，共同完成元器件级的应用验证工作。

元器件级应用验证项目应充分借鉴现有检测、筛选、鉴定试验的成果，补充开展非常规试验项目，需开展的应用验证项目包括：基本电性能参数测试、比对分析、关键参数特性曲线测试、极限测试、寿命强化和环境适应性测试等。还应根据元器件结构特点，适用性开展结构分析，包括禁限用工艺、材料分析，伪国产化、空心国产化分析等，常用的技术分析手段包括外部目检、X射线检查、制样镜检、SEM、红外光谱分析、内部检查等，具体项目根据实际情况进行适当剪裁[7]。

元器件级的应用验证一方面可以使设计师更清晰的掌握元器件本身固有的耐受力裕度、实际性能能力、极限应力边界等参数，为设计选型提供参考依据；另一方面应用验证工作切实提升了元器件可靠性，通过极限应力测试可以挖掘出常规鉴定试验无法发现的故障模式，为新研元器件改进工艺和设计缺陷提供了参考依据。

2）板级/设备级验证

新研电子元器件的板级/设备级应用验证应充分依托装备研制过程开展相关工作，以新研电子元器件为基础开展装备的相关设计，减少应用验证平台建设的投入，同时可以保证新研电子元器件的应用能够落到实处，避免研而未用。

板级应用验证的目的是使新研电子元器件在板卡正常工作的条件下，通过外围软硬件相互配合，提供新研元器件的外部所需激励、接口、数据等，以实现新研电子元器件板级功能、性能的测试和验证，同时在板卡级对拟进行原位替代的新研电子元器件的可焊性进行验证，避免新研元器件封装尺寸与进口器件一致而焊盘尺寸有差异引入的潜在风险。

设备级应用验证侧重于装备应用基线，结合装备研制阶段的各项试验开展验证，主要开展电热特性试验、环境适应性试验和可靠性试验等。在实验室条件下，通过模拟设备实际应用环境和模拟设备极限应用环境等，考核新研电子元器件在极限测试、压力测试和环境测试等条件下的功能、性能是否满足实际应用需求[8]。

3）系统级/装备级验证

新研电子元器件的系统级/装备级应用验证工作侧重于考核新研电子元器件在实际装备上的使用情况，验证其在实际应用环境中的功能和性能，同时依托装备研制总要求对电子元器件选用管理要求，推动新研电子元器件的应用率，可以促进电子元器件产业的良性发展。

系统级/装备级应用验证旨在搭建新研电子元器件与其他电子元器件协同工作平台，开展新研电子元器件在装备实际使用环境下的验证工作，对实验室环境无法暴露的问题通过真实的外场试验可以得到补充验证，例如在沿海地区高温高湿、高盐腐蚀、复杂电磁环境条件等外场环境下开展新研电子元器件的系统级/装备级验证，对提升新研电子元器件应用验证覆盖率，切实提高新研电子元器件的可靠性具有重要意义。

2.3 验证效果评估

装备新研电子元器件应用验证的效果评估拟采用专家评审的方式进行，验证效果分为三个等级：满足使用要求；基本满足使用要求，需补充验证；不满足使用要求。

专家评审考核的主要内容包括：元器件指标评判、成熟度评判、适应性评判、可用度评判。具体要求如下：

1）元器件指标评判：评价新研元器件性能指标能否达到或者赶超进口电子元器件，结合寿命强化试验结果评价其可靠性是否满足装备的基本使用要求，同时通过结构分析验证新研元器件的设计、材料和工艺是否满足装备使用要求。

2）成熟度评判：评价元器件应用验证过程中在设计、工艺、材料、过程控制等方面所表现出的应用效果。

3）适应性评判：充分考虑力学环境适应性、热学环境适应性、系统适应性、工艺适应性、外场试验适应性等方面的测试、验证效果。

4）可用度评判：评价元器件在装备应用中的风险程度，需要综合元器件的指标评判结果、成熟度评判结果和适应性评判结果进行进一步综合分析评估，可用度越高、应用风险越小。

2.4 验证成果共享

本着验证一批，总结一批，推广一批的原则，以装备鉴定为应用验证工作总结的考核节点，促使装备研制单位在装备定型前完成该装备所涉及新研电子元器件的应用验证成果总结，汇总应用验证成果编制新研电子元器件应用验证成果简报或数据库，报装备主管机关审批后，由机关组织定期向各装备研制单位推送相关信息。

元器件应用验证成果信息共享，一方面可以帮助设计师在选用元器件时更好的了解该元器件，避免“不敢用”的尴尬境地；另一方面可以消除信息壁垒，避免不同研制单位对同一器件进行重复性验证工作以及相同设计错误重复出现的情况。

3 结束语

应用验证对于促进我国电子元器件的自主研制、提升自主创新和自主保障能力具有重要的战略意义。在装备研制管理过程中，新研电子元器件应用验证工作尤为重要，它将是解决关键进口电子元器件“卡脖子”的有力措施。为实现关键电子元器件全面采用国产元器件的要求，以装备研制为依托的，联合设备研制单位、元器件厂家、元器件检测机构以及技术支撑单位等各方资源，逐级开展验证工作，结合装备研制内场试验、外场试验充分暴露新研电子元器件缺陷，并建立应用验证成果共享机制等，以促进国内新研电子元器件在实际装备中的使用，为提升装备用新研电子元器件应用验证能力和水平，完善新研元器件的可靠性及应用验证覆盖率提供了解决办法。