半导体集成电路选用的质量与可靠性,你应该如何保证?

日期: 2020-03-10
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为了保证产品的可靠性,最基本的方法就是要选择固有可靠性高的元器件。元器件的固有可靠性一般与质量、可靠性等级密切相关,另外也与生产厂商的信誉、技术的成熟程度及元器件的使用历史等相关。本文重点介绍在军事领域,半导体集成电路质量等级是如何选择的,以及选用的可靠性要求。

半导体集成电路包括半导体单片集成电路(数字电路、模拟电路、微处理器、存储器)和混合集成电路。


半导体集成电路质量等级选择

1、国产半导体单片集成电路质量等级与质量系数和质量保证等级

质量等级、质量系数和质量保证等级列出表1。表中质量系数是指不同质量等级对元器件工作失效率影响的调整系数。在设备可靠性预计中计算元器件工作失效率时使用,质量系数越小,元器件工作失效率越低。

表1     半导体单片集成电路质量等级与质量系数πQ和质量保证等级

质量等级

质量要求说明

质量要求补充说明

πQ

相应的质量保证等级

A

A1

符号GJB597A列入质量认证合格产品目录的S级产品


S

A2

符合GJB597A列入质量认证合格产品目录的B级产品

0.10

B

A3

符合GJB597A列入质量认证合格产品目录的B1级产品

0.14

B1

A4

符合GB4589.1的III类产品,或经中国电子元器件质量认证委员会认证合格的II类产品

按QZJ840614~840615“七专”技术条件组织生产的I、IA类产品;符合SJ331的I、IA类产品

0.25

G

(QZJ840614-15)

七专

B

B1

按GJB597A的筛选要求进行筛选的B2质量等级产品;符合GB4589.1的II类产品

按“七九O五”七专质量控制技术协议组织生产的产品;符合SJ331的II类产品

0.50

G

(七九○五)七专

B2

符合GB4589.1的I类产品

符合SJ331的III类产品

1.0


C

C1

符合SJ331的IV类产品

4.0


C2

低档产品

14


 

2、国产半导体混合集成电路质量等级与质量系数和质量保证等级

质量等级及质量系数和质量保证等级见表2,国产混合集成电路质量等级A1、A2、A3质量等级暂无质量系数。


表2 混合集成电路质量等级与质量系数πQ和质量保证等级

质量等级

质量要求说明

质量要求补充说明

πQ

相应的质量保证等级

A

A1

符合GJB2438列入鉴定合格制厂一览表的K级产品

K

A2

符合GJB2438列入鉴定合格制厂一览表的H级产品

H

A3

符合GJB2438列入鉴定合格制造厂一览表的H1级产品

H1

A4

符合GB8976和GB11498质量评定水平为K级的产品

按QZJ840616混合集成电路“七专”技术条件组织生产的产品

0.25

G

(QZJ840616)

七专

B

B1

符合GB8976和GB11498质量评定水平为L级的产品

按“七九O五”七专质量控制技术协议组织生产的产品;符合SJ820的产品

0.50

G

(七九○五)

七专

B2

符合GB8976和GB11498质量评定水平为M级的产品

1.0


C

低档产品

14


 

3、国外(美国)半导体集成电路质量等级与质量系数

美国半导体集成电路的质量等级与质量系数表(见表3),它包括了半导体单片集成电路和混合集成电路。

美国半导体集成电路质量等级从高到低为S(宇航级)、B(军级)、B-1(准军级)。


表3 美国半导体集成电路质量等级与质量系数πQ

质量等级

说    明

质量系数πQ

S

1.完全按照MIL-M-38510的S类要求采购的

2.完全按照MIL-I-38535及其附录B(U类)采购

3.混合电路按照MIL-H-38534的S类要求(质量等级K)采购

0.25

B

1.完全按照MIL-M-38510的B类要求采购的

2.完全按照MIL-I-38535(Q类)采购

3.混合电路按照MIL-H-38534的B类要求(质量等级H)采购

1.0

B-1

完全符合MIL-STD-883的1.2.1条的所有要求并根据MIL图样、DESC图样或其他政府批准的文件采购(不包括混合电路)。

2.0

 

4、质量等级的选择

(1)国产半导体集成电路的选择

航空航天产品应选B1及B1以上质量等级;兵器、舰船产品应选B2及B2以上质量等级。

(2)国外(美国)半导体集成电路的选择与控制

应选择B-1及B-1以上质量等级。

(3)装备的地面保障设备所选的元器件质量等级,根据需要可以低于上述质量等级或与上述要求相同。


半导体集成电路选用的可靠性要求


    1、一般要求

    (a) 半导体集成电路选择时应考虑降额使用,半导体集成电路器件种类繁多,其降额要求要按具体规定执行(可参阅本公众号之前发文);

    (b) 热是半导体集成电路引起失效的主要因素之一,因此周围最高环境温度应低于器件规范规定的环境温度;

    (c) 半导体集成电路选择时应注意其失效模式,失效模式主要有:性能退化、断路、短路、输出失效等。

    2、详细要求

    (a) 对航天、航空产品选应择54系列数字集成电路,不应选74系列;

    (b) 国外的塑料封装器件不能用作关键或重要场合,一般不采用塑封器件;

    (c) 最好选用金属外壳集成电路,以有利于散热;

    (d) 集成电路内元器件密集程度很高,产品结构紧凑、体积小、选用时功耗、输入输出电压和电流不应超过额定值;

    (e) 集成电路MOS器件一般电流负载能力较低,并且容抗性负载会对器件工作速度造成较大影响;

    (f) 模拟集成电路的运算放大器有多种型号,通用的、低功耗的、高精高的、高输入阻抗的、低嗓声的、高速的和宽带的等,应选择适用的器件以满足可靠使用要求;

    (g) 选用集电稳压器,其内部最好有过热、过流保护电路;

    (h) 超大规模集成电路的选择应考虑其测试和筛选问题,否则影响使用可靠性。


来源:质量与可靠性学堂

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