地面電子設(shè)備元器件選用風(fēng)險分析及管控措施研究

白乃貴，黃暉，林長苓

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

前言

電子元器件是地面電子設(shè)備的組成基礎(chǔ)，其質(zhì)量和可靠性直接影響到電子設(shè)備功能性能的正常實(shí)現(xiàn)。以往在地面電子設(shè)備研制過程中，為追求產(chǎn)品的高性能，研制單位在研制過程中采用了大量進(jìn)口電子元器件，隨著國際形勢日益緊張、中美貿(mào)易摩擦不斷加劇，引發(fā)外部勢力在關(guān)鍵領(lǐng)域的禁運(yùn)、管控措施升級，導(dǎo)致進(jìn)口元器件的停產(chǎn)、禁運(yùn)或安全隱患風(fēng)險激增[1,2]，直接影響了地面電子設(shè)備的研制生產(chǎn)和后續(xù)維修保障。

為充分掌握某典型地面電子設(shè)備的進(jìn)口元器件選用狀態(tài)底數(shù)，本文對地面電子設(shè)備選用進(jìn)口元器件的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對進(jìn)口元器件使用過程中面臨的風(fēng)險進(jìn)行梳理分析，根據(jù)國內(nèi)元器件基礎(chǔ)行業(yè)的研制能力探尋解決對策，助力設(shè)備研制單位開展短板提升工作，倡導(dǎo)立足國產(chǎn)元器件開展設(shè)計，加強(qiáng)國產(chǎn)元器件質(zhì)量篩查，同時依托第三方技術(shù)支撐機(jī)構(gòu)完成元器件選用清單的審查，識別進(jìn)口元器件并形成替代建議，逐步完成進(jìn)口元器件國產(chǎn)替代工作，擺脫設(shè)備研制生產(chǎn)、維修保障困境，最終實(shí)現(xiàn)地面電子設(shè)備元器件選用風(fēng)險全面可控。

1 地面電子設(shè)備電子和機(jī)電元器件選用現(xiàn)狀分析

1.1 元器件選用情況統(tǒng)計

地面電子設(shè)備由于使用環(huán)境相對良好，主要用于實(shí)現(xiàn)通信、保障等目的，在以往研制過程中對其元器件的選用管控質(zhì)量要求要低于航空、航天等大型復(fù)雜電子設(shè)備，這也間接導(dǎo)致地面電子設(shè)備的元器件選用情況較差，尤其復(fù)雜集成電路等產(chǎn)品，國產(chǎn)產(chǎn)品選用比例較低，對進(jìn)口產(chǎn)品選用比例較高。如圖1所示，給出了某型設(shè)備中部分類別器件國內(nèi)、國外選用分布統(tǒng)計情況。

從圖1統(tǒng)計結(jié)果可以看出，通用元件、分立器件等類別進(jìn)口元器件選用比例較小，國產(chǎn)產(chǎn)品基本能夠滿足裝備需求；進(jìn)口元器件占比最大的為集成電路，集成電路中進(jìn)口元器件規(guī)格數(shù)量超過的該類別總數(shù)的一半，其占比達(dá)到總規(guī)格的74.34 %，而影響裝備質(zhì)量可靠性、戰(zhàn)技指標(biāo)的核心關(guān)鍵電子元器件基本都是半導(dǎo)體集成電路。

1.2 元器件質(zhì)量等級分析

對地面電子設(shè)備選用元器件的質(zhì)量等級開展統(tǒng)計分析，選用的國產(chǎn)元器件其產(chǎn)品質(zhì)量等級主要為軍用級、七專級、普軍級和工業(yè)級；進(jìn)口元器件產(chǎn)品質(zhì)量等級主要為工業(yè)級和商業(yè)級。其中約36 %的國產(chǎn)元器件質(zhì)量等級為工業(yè)級，且生產(chǎn)廠家多為代理商或不知名廠商，元器件的產(chǎn)品質(zhì)量無法保證且質(zhì)量問題難以追溯；超過90 %進(jìn)口元器件質(zhì)量等級為工業(yè)級和商業(yè)級。

工業(yè)級、商業(yè)級產(chǎn)品與軍品、軍溫級產(chǎn)品的工作溫度、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、封裝形式都有著較大的差異，在高、低溫等環(huán)境下性能較差，進(jìn)而影響裝備整體的質(zhì)量水平。

1.3 進(jìn)口元器件風(fēng)險分析

出于研制成本、周期等考慮，某型地面電子設(shè)備選用了大量工業(yè)級進(jìn)口元器件，共涉及100多家國外元器件廠家，元器件規(guī)格最多的前10家制造商中有8家是集成電路生產(chǎn)廠家，這些廠家主要集中在歐美等地區(qū)，例如國際著名的集成電路供應(yīng)商TI、AD等公司，其中選用TI公司的產(chǎn)品占進(jìn)口器件總比例為29.33 %，選用AD公司的產(chǎn)品占進(jìn)口器件總比例為14.62 %，這主要是因?yàn)橄嗤阅芩降倪M(jìn)口集成電路其價格遠(yuǎn)低于國產(chǎn)產(chǎn)品，且性能穩(wěn)定，導(dǎo)致設(shè)備研制單位在采購復(fù)雜集成電路芯片時更傾向于進(jìn)口產(chǎn)品。

但是，選用進(jìn)口元器件尤其復(fù)雜集成電路同樣帶來了很大的停產(chǎn)斷檔、安全隱患等風(fēng)險，且進(jìn)口元器件采購方式多數(shù)為代理商采購或轉(zhuǎn)口貿(mào)易等，產(chǎn)品出現(xiàn)了質(zhì)量問題，用戶很難獲取原始制造商提供的技術(shù)服務(wù)和生產(chǎn)制造過程的原始數(shù)據(jù)，極大的影響了元器件失效機(jī)理分析和問題定位的準(zhǔn)確性，質(zhì)量歸零和舉一反三工作難以開展；此外，進(jìn)口元器件出故障后，通常只能通過更換器件的方式進(jìn)行解決，設(shè)備本身存在的潛在風(fēng)險未徹底解決。由于進(jìn)口元器件采購渠道中間環(huán)節(jié)較多、國內(nèi)檢測能力和成本限制等原因，采購過程中很難避免假冒偽劣產(chǎn)品的混入，也不排除部分進(jìn)口元器件存在安全隱患問題。

經(jīng)統(tǒng)計地面電子設(shè)備選用的進(jìn)口元器件風(fēng)險類型主要如表1所示。

圖1 某型設(shè)備電子元器件國內(nèi)/外選用分布統(tǒng)計情況

1.4 元器件失效情況統(tǒng)計分析

收集某型地面電子設(shè)備近年來元器件失效數(shù)據(jù)，如表2所示，初步統(tǒng)計可知，失效數(shù)量較多的故障現(xiàn)象是低溫不工作，進(jìn)一步核實(shí)發(fā)現(xiàn)失效元器件多為進(jìn)口復(fù)雜集成電路等產(chǎn)品，這主要是因?yàn)閲鴥?nèi)設(shè)備研制單位對進(jìn)口產(chǎn)品缺乏有效的質(zhì)量控制措施和檢測手段，且選用的進(jìn)口元器件多為工業(yè)級和商業(yè)級產(chǎn)品，其額定工作溫度范圍較窄，高低溫環(huán)境下容易失效發(fā)生過故障。以進(jìn)口商業(yè)級產(chǎn)品為例，其工作溫度范圍僅為（0～70）℃，而我國東北地區(qū)、高原地區(qū)冬季室外溫度往往會達(dá)到（-30～-40）℃，其工作溫度不能滿足要求，選用進(jìn)口商業(yè)級器件極大的增加了設(shè)備低溫不工作的概率。

2 元器件選用管控措施

針對地面電子設(shè)備元器件選用過程中存在的問題，需要建立元器件選用管控工作機(jī)制，加強(qiáng)元器件選用審查力度，實(shí)現(xiàn)全面支撐地面電子設(shè)備元器件自主保障的工作目標(biāo)。

2.1 強(qiáng)化選型管理和優(yōu)選指導(dǎo)

1）應(yīng)制定設(shè)備電子元器件選用管理要求等頂層管理文件，督促設(shè)計師基于國產(chǎn)元器件開展選型設(shè)計，明確元器件選用基本原則，至少包含電子元器件的功能性能參數(shù)、環(huán)境適應(yīng)性、質(zhì)量等級、供貨保障能力等要求[3-5]。

2）應(yīng)制定電子元器件優(yōu)選原則，在功能性能滿足使用要求的情況下，優(yōu)先選用元器件廠家企業(yè)規(guī)模較大、實(shí)力雄厚的廠家的產(chǎn)品，以確保元器件產(chǎn)品的持續(xù)供貨能力和售后服務(wù)質(zhì)量得到保障；在考慮環(huán)境適應(yīng)性要求時，應(yīng)優(yōu)先選用固有指標(biāo)滿足使用要求的元器件產(chǎn)品，不能依賴于高應(yīng)力篩選從低檔次產(chǎn)品中獲取可用產(chǎn)品；此外應(yīng)根據(jù)地面電子設(shè)備整機(jī)性能水平要求，合理控制元器件的質(zhì)量等級，限制低質(zhì)量等級的元器件選用。

3）應(yīng)建立單位內(nèi)部的元器件選用審核組織架構(gòu)，明確選用、審核、批準(zhǔn)的各層級人員及其職責(zé)。

4）應(yīng)建立電子元器件選型數(shù)據(jù)庫，將以往應(yīng)用成熟的器件不斷納入到數(shù)據(jù)庫中；有條件的應(yīng)建立元器件信息管理系統(tǒng)，將設(shè)備設(shè)計階段元器件選型的審核過程流程化、標(biāo)準(zhǔn)化，提升選用其質(zhì)量和可靠性。

2.2 加強(qiáng)采購環(huán)節(jié)質(zhì)量控制

針對設(shè)計師提出的電子元器件使用需求，采購人員應(yīng)通過正規(guī)渠道購買滿足使用要求的元器件，同時應(yīng)建立電子元器件合格供應(yīng)商名錄，全面評估供應(yīng)商的供貨能力、供貨質(zhì)量、供貨周期等，不滿足要求的及時剔除合格供應(yīng)商名錄，以約束和保證采購渠道的暢通[6]；其次，應(yīng)定期統(tǒng)計各供應(yīng)商元器件的質(zhì)量表現(xiàn)數(shù)據(jù)，標(biāo)識優(yōu)先采購級別，因?yàn)榧词故峭灰?guī)格的器件，若由不同生產(chǎn)商生產(chǎn)制造，其質(zhì)量與可靠性都會有一定的差異；再次應(yīng)盡可能集中采購，降低采購成本和質(zhì)量問題溯源難度。

2.3 嚴(yán)格執(zhí)行元器件入廠檢測

采購的電子元器件，到貨時應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)入廠檢測工作，通過審查文件（試驗(yàn)報告、合格證書等）和實(shí)物檢查，以驗(yàn)證元器件類型和數(shù)量是否符合采購要求；元器件入廠檢測時應(yīng)實(shí)施清潔、靜電放電、濕度、搬運(yùn)、包裝和裝運(yùn)的保護(hù)措施。

2.4 開展二次篩選試驗(yàn)

電子元器件完成生產(chǎn)制造后的出廠檢測篩選為第一次篩選，本次篩選只是對缺陷元器件的剔除，這些缺陷可能來源于元器件制造的原材料質(zhì)量問題，制造工藝的波動引入的缺陷，制造設(shè)備不穩(wěn)定造成的缺陷以及人為的一些原因造成元器件的損傷等。一次篩選通常無法完全滿足裝備的使用要求。因此應(yīng)按照有關(guān)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)、地面電子設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求等相關(guān)文件制定適用于地面電子設(shè)備的補(bǔ)充篩選試驗(yàn)，即為二次篩選試驗(yàn)，裝備選用的元器件應(yīng)經(jīng)過二次篩選后再投入到電子設(shè)備的生產(chǎn)制造中[7,8]。

表2 某型地面電子設(shè)備近年來元器件失效數(shù)據(jù)

2.5 開展選用審核，嚴(yán)格過程把關(guān)

依托專業(yè)第三方技術(shù)支撐機(jī)構(gòu)，在電子設(shè)備各研制階段對元器件選用清單開展審核，綜合考慮優(yōu)選要求、供貨狀態(tài)、質(zhì)量等級、國內(nèi)相應(yīng)產(chǎn)品能力等情況，從是否滿足優(yōu)選要求、是否有高質(zhì)量等級產(chǎn)品、是否有國內(nèi)產(chǎn)品推薦等方面，逐一給出清單選型改進(jìn)建議，促進(jìn)設(shè)計改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備研制全過程質(zhì)量把關(guān)。并督促各分承制單位依據(jù)選型改進(jìn)建議，結(jié)合自身產(chǎn)品實(shí)際情況，開展優(yōu)化設(shè)計、替代落實(shí)等工作。

3 結(jié)束語

電子元器件的功能性能穩(wěn)定性、質(zhì)量可靠性和長期可獲得性等直接影響到電子設(shè)備的自主保障能力，尤其進(jìn)口元器件的停產(chǎn)禁運(yùn)、安全隱患等風(fēng)險，嚴(yán)重制約了電子設(shè)備更新?lián)Q代。本文通過梳理分析地面電子設(shè)備元器件選用現(xiàn)狀、質(zhì)量水平、風(fēng)險隱患等弊端，針對性提出了元器件選用管控措施，包括優(yōu)先基于國產(chǎn)元器件開展設(shè)計，加強(qiáng)元器件質(zhì)量篩查，建立元器件選用審查機(jī)制，助力地面電子設(shè)備擺脫研制生產(chǎn)和維修保障困境，逐步實(shí)現(xiàn)地面電子設(shè)備元器件選用全面自主保障工作目標(biāo)。