國產工業級元器件在裝備中的應用風險及質量管理模式探討

中圖分類號：TN60 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)14-0158-04

1，2，1，1（1.，貴陽550025；2.電子科技大學，）

Abstract:Judgingfromtheprotractedandlarge-scaleconfrontationbetweenRussiaandUkraine，itisnecesarytodevelp low-costequipment.Using matureindusrial-gradecomponentsisoneof theefectivemeanstoreduceequipmentcosts.Although mycountrysindustrial-gradeelectroniccomponentsindustryisdevelopingrapidlytheoverallqualitylevelstillagsbehindthe matureindustrial-gradecomponentsanddomesticmiliarygradecomponentsintheUnitedStatesandEurope.Thereareproblems suchasunstabletechnicalstatus，insuficientqualitycontrol，andhighfailurerisk.Therearestilllargerisksinlarge-scale applicationofequipment.Corespondingguaranteemeasuresnedtobetakenintheaspectsofsourcesearch，selection， verification and screening to achieve reliable application.

Keywords: domestic industrial-grade component; equipment; quality control; low cost; application risk

電子元器件作為電子系統的基本組成單元，是功能和性能實現的物理載體，是裝備高性能和高可靠的重要保障，也是影響裝備成本的主要因素。通過一系列標準來規范制造、檢驗、篩選過程，從而實現質量控制，按照不同執行標準，得到不同質量等級的元器件[-2]。不同質量等級元器件由于原材料、生產工藝、質量管理方式不同，價格差異較大，國軍標的元器件價格通常比工業級元器件高出一個數量級，使用工業級元器件可以有效降低裝備成本。由于國產工業級元器件存在技術狀態不固定、質量控制不足、失效風險較高等問題，現階段無法大規模上裝應用。因此，對國產工業級元器件上裝應用風險進行分析，針對性制定工業級元器件質量保證措施是非常有必要的。

1國產工業級元器件質量現狀調研

本文對國內數十家工業級元器件生產企業的資質、產品生產制造、產品質量、產品價格和售后服務等方面進行了調研。調研結果如下。

1.1 企業資質

絕大部分生產企業建立了GB/T19001或ISO9001質量體系，部分軍民融合型企業具備武器裝備科研生產許可證、GJB9001質量體系，部分汽車元器件生產企業具有IATF16949和IS026262標準體系。

1.2產品生產制造

在設計方面，工業級元器件在實現相同功能情況下，追求性價比，設計相當簡單，另外為了滿足市場對元器件指標不同需求，會頻繁更改設計狀態。在材料方面，工業級元器件為追求低成本，選用塑料封裝、銅絲鍵合、純錫涂覆和導電膠粘接等，使用這些原材料可靠性會大打折扣。在結構方面，工業級元器件整體布局更加緊密，芯片布線線寬更小，芯片結構上特殊的保護層較少，結構可靠性較低。在工藝方面，工業級元器件一般選用先進制程工藝。在生產制造環節，不斷引入先進的生產設備和工藝技術，例如高精度的光刻技術、封裝技術等。

1.3 產品質量

工業級元器件設計時，開展了設計仿真，并考慮芯片流片后的可測試性。流片后，進行晶圓級測試，剔除不合格品。芯片劃片封裝后，進行三溫測試，驗證在不同溫度條件下的功能及性能，并根據用戶使用要求開展部分環境試驗4。產品批量出貨后，通過自動化測試剔除不合格品，產品質量具有一定穩定性和一致性。

1.4產品價格

工業級元器件采用塑料封裝，生產過程開展的檢驗和可靠性試驗較少，價格是軍用電子元器件的十分

之一左右。

1.5 售后服務

部分軍民融合型元器件生產企業有意愿與武器裝備生產企業直接開展合作。但產品發生質量問題后，一般只配合開展質量問題的分析，不負責歸零等后續事宜。

2國產工業級元器件與軍用元器件對比分析

國產工業級元器件與軍用元器件在設計、結構、工藝、材料、依據標準、質量管理體系和產品封裝測試等方面存在諸多差異，具體見表1。

3國產工業級元器件應用風險分析

國產工業級元器件上裝應用主要存在以下風險。

3.1設計可靠性不高

軍用元器件由于可靠性要求更高，芯片會設計一些特殊的保護結構，芯片的布局布線會注重可靠性。

例如考慮到單位面積電流密度限制，軍用芯片設計的芯片面積會更大。而對比軍用元器件，國產工業級元器件主要考慮經濟性和功能性及先進性，芯片整體布局更加緊密，芯片布線線寬更小，保護電路和隔離結構考慮較少，這也導致了工業級元器件長期使用穩定性和壽命較差。

3.2生產過程不可追溯

大部分國產工業級元器件采用代工模式，在商業線上生產，流片和封裝過程大多不可追溯，造成質量和可靠性數據無法有效獲取。另外，工業級元器件的供應還存在諸多不可控因素，如原材料供應受限、產能不可控、生產資質受限等。這些問題可能導致元器件的供應中斷，對裝備的生產和維護產生不利影響。

3.3制造工藝及材料特性存在風險

國產工業級元器件為降低成本，多采用銅線鍵合，銅線相較于金絲更易氧化，在氣氛環境的作用下，會造成銅線和焊盤的腐蝕。另外，銅的熱膨脹系數較高，在溫度循環過程中，銅鍵合線頸部位存在斷裂的風險。為滿足環保要求，工業級元器件多采用純錫鍍層，純錫在低重力或失重條件下容易產生錫須，錫須會引發短路或電弧放電，引發電路故障。為降低成本，工業級元器件多采用樹脂聚合物作為包封材料，該材料具有吸潮特性，存放時容易吸收空氣中水分子造成元器件失效，回流焊接時易產生“爆米花效應”。另外，樹脂聚合物材料中的有害雜質污染會引起芯片腐蝕、裂紋、脫層和電性能退化，從而影響元器件的可靠性。

3.4技術狀態變化頻繁

新材料、新工藝的應用，使得元器件在體積、重量、性能等方面得到了持續提升，用戶對元器件性能、可靠性、成本等方面的要求不斷提高，元器件生產企業要不斷研發新技術、新產品來滿足市場需求，原材料價格的波動、供應鏈的不穩定、行業內部競爭等諸多因素都會影響工業級元器件技術狀態變化。技術狀態變化較頻繁，不利于裝備質量管理

3.5缺乏統一的依據標準

針對不同的應用領域，生產企業在技術研發、生產工藝等方面會存在較大差異，導致其使用的技術標準較多，如JEDEC行業標準、國標GB/T4589等。目前，國產工業級元器件還沒有相對統一的技術規范或標準，這給工業級元器件選型和使用帶來困擾。在實際應用中，需要花費大量時間和精力對不同廠家的元器件進行對比和篩選，以確保其符合裝備的要求。

3.6產品穩定性與可靠性不高

盡管國產工業級元器件的質量總體在不斷提升，但在一些復雜和惡劣的應用環境下，部分產品的穩定性和可靠性還較差。比如，在高溫、高壓、高濕度等極端環境中，會出現性能下降、失效等問題；在一些對精度、溫度穩定性、頻率穩定性等要求較高的應用場景中，會出現性能波動，影響設備的正常運行。

4國產工業級元器件應用質量管理建議

針對上述風險，為了提升國產工業級元器件上裝應用可靠性，提出如下質量管理措施

針對國產工業級元器件設計可靠性不高的問題，采用元器件選用差異化控制的管理方式。在開展冗余設計、充分降額，確保其使用可靠性的前提下，根據裝備的戰技指標、研制周期、目標價格等差異化需求選擇合適指標的元器件。針對不同應用環境、不同壽命期限，不同設備關鍵度和不同熱力學安裝部位等選用不同質量等級的元器件。非關鍵設備或部件根據需要可選用國產工業級元器件5。

針對生產過程不可追溯的問題，建立如圖1所示的國產工業級元器件質保流程。主要由首次選用評價、應用驗證、篩選和技術狀態監控等技術手段構成。選型時，應優選具備完整成熟工藝線的廠家。采購時，要求廠家提供關鍵工序測試數據及質量檢驗報告。使用時，開展選用評價、應用驗證、篩選、破壞性物理分析和失效分析等。

針對制造工藝及材料特性存在的風險，通過建立標準化工藝操作程序來進行質量控制。對現有生產流程進行全面梳理，詳細規定每個生產環節的操作步驟、工藝參數和質量要求。定期收集和分析工藝數據，運用統計過程控制（SPC）技術，識別工藝過程中的變化趨勢。通過控制圖(如均值-極差控制圖、均值-標準差控制圖等)來監控工藝的穩定性。加強對原材料的檢驗，除了常規的化學成分分析和力學性能測試外，還要進行無損檢測，如超聲檢測、射線檢測等，以確保原材料質量。

針對技術狀態變化頻繁的問題，強化國產工業級元器件技術狀態管理。逐批開展破壞性物理分析（DPA），依托信息化系統建立工業級元器件電性能包絡信息庫、工藝/版圖庫，用于后續工業級元器件技術狀態監控。逐批對元器件的版圖、材料、工藝一致性進行分析判斷，若發生變化時，聯系廠家進行技術狀態確認。技術狀態確實發生變化時，重新開展選用評價。定期對國產工業級元器件進行質量監測與評估，確保其質量與性能的穩定。

針對缺乏統一的依據標準問題，通過優選符合AEC-Q標準的車規級元器件和符合國家標準的工業級元器件的方式來降低應用風險。針對不滿足以上標準要求的產品，可根據裝備不同部位應用可靠性要求，在元器件生產階段已開展的篩選基礎上，依據AEC-Q標準或國家標準要求進行補充篩選試驗，篩選出可用產品。

針對產品穩定性和可靠性不高的問題，建立國產工業級元器件首次選用評價與驗證機制。首次上裝應用的國產工業級元器件主要從元器件自主可控程度、固有可靠性、指標裕度等方面開展評價。針對工業級元器件溫度擴展性、壽命、缺陷激發條件等開展分析，識別其在裝備任務剖面下的可靠性短板；按最小化試驗項目及試驗應力強度，對工業級元器件的結構、材料、工藝和核心指標進行全面分析，必要時開展溫度拓展驗證試驗，摸清工業級器件可靠性邊界。對工業級元器件不同階段、不同批次的測試數據進行一致性和穩定分析，無法滿足使用要求時及時預警。對裝備環境應力篩選項目進行剪裁或對篩選條件進行調整，對多個批次不出質量問題的產品，可考慮抽樣進行環境應力篩選[6-7]。

5結束語

目前，我國工業級元器件質量水平有了較大提高，甚至一些工業級元器件技術水平已經達到世界先進行列。部分裝備生產企業結合軍民融合發展思路，開始探索工業級元器件應用于武器裝備的生產，以解決裝備成本控制的需求。但部分國產工業級元器件還存在標準不統一、質量參差不齊、穩定性差等問題，大規模應用于裝備還存在一定的風險，應用過程中需要加強質量管控。

參考文獻：

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