電子元器件的可靠性對于武器裝備的質量至關重要，據悉上世紀80年代的美軍，由于元器件質量控制的失當造成的武器裝備及系統故障占到總體故障的55%。我國從上世紀70年代開始采取措施來提高軍用電子元器件的固有可靠性，并提出“七專”的概念，即“專人、專機、專料、專批、專檢、專技和專卡”的元器件質量控制方針。上世紀80～90年代中，逐步將此方針貫徹于國家軍用標準，極大程度的提升了國產軍用元器件的固有可靠性。在我國工業實力不斷進步的大背景下，國產元器件的固有可靠性大踏步的提高，與此同時，國產元器件的應用可靠性問題則逐漸凸顯出來。2000年，原國防科工委要求各元器件使用部門通過實行“五統一”管理及元器件破壞性物理分析（Destructive Physical Analysis, DPA）來確保元器件應用可靠性的有效管理。

對軍用元器件質量進行嚴格控制，可以從根本上降低武器裝備的故障率、任務風險和使用成本。元器件的使用可靠性控制包含元器件選型、二次篩選、DPA、失效分析、電裝、調試、保管、貯存和質量信息系統，由此對元器件質量控制形成閉環。選擇高質量的元器件是軍用元器件質量控制的基石；通過二次篩選、DPA 可以最大限度的剔除不合格的產品，從而保障武器裝備的高可靠性；通過失效分析可以保障武器裝備和元器件本身的可靠性，并可以提高產品的競爭力。

01、元器件選型

當前，以信息化為核心的現代戰爭對于電子設備的需求逐年增加。選用高可靠性的元器件是實現武器裝備信息化的必要條件，所以電子元器件選型的重要性就日益凸顯出來。以航空裝備為例，在機載航電設備中，應用的元器件數量和種類眾多，因此保證機載航電設備的任務可靠性，就必須先保證電子元器件的固有和應用可靠性，而有效的選取電子元器件，可以提升武器裝備的可靠性水平。據國內外相關數據分析，近50%的電子元器件失效并非源于固有可靠性不高，而是由于元器件選型不當造成，故保證軍用電子產品的可靠性應嚴格把控元器件的選型。

為保證軍用電子產品設計師對元器件正確選型，首先應參照《電子元器件質量保證大綱》和“型號元器件質量保證大綱”的要求，針對軍用裝備的任務需求、技術指標和環境適應性要求等，擬定相應的元器件選型依據，從而在型號研制階段依據大綱開展元器件選型評審及指導設計實踐中的選型工作。最后，還要在設計實踐中建立元器件優選數據庫，并對其實施動態管理。

元器件選型的原則，應面向型號產品的使用要求，選用功能、性能、質量等級和技術指標均適應的元器件，而非一味追求高性能、高品質和高質量等級的元器件；應盡量優選型號總體單位指定的元器件優選目錄中的國產元器件，避免因外部因素造成裝備的自主保障不利，也要避免使用最新研制成功，但未經技術鑒定合格的元器件；應優選正規供應渠道的標準元器件，即高可靠性、質量穩定和非淘汰的元器件。例如，超目錄選用元器件時，應按規定申報并經批準后才可選用；應按GJB/Z35-1993《元器件降額設計準則》要求對元器件進行降額選用，降額選用可提升元器件的應用可靠性。制定降額使用規范應在最嚴酷案例下進行失敗風險評估，其關鍵在于建立精確的加速試驗模型，加速試驗因子一般遵循阿侖尼烏斯方程，見公式（1）。

式中，A為加速因子，Ea為反應活化能，k=1.380649×10-23為玻爾茲曼常數，T為絕對溫度。

02、元器件篩選

元器件早期偶然失效的概率較大，部分元器件在生產過程中存在缺陷，在元器件質量與可靠性的研究中，確定其失效率分布服從“浴盆曲線”的規律，如圖1所示。

圖1 浴盆曲線分布圖

元器件篩選試驗是指通過特定的試驗剔除生產不合格或存在缺陷的早期失效電子產品而進行的試驗, 以保證元器件的可靠性。元器件篩選包括一次篩選、二次篩選和升級篩選。

一次篩選是指生產單位在交付前，按元器件的產品詳規進行初次篩選。二次篩選是指主機研制單位在元器件裝配前為滿足可靠性的要求，在一次篩選的基礎上進行的復檢及驗證。在美國等西方國家沒有二次篩選要求，元器件采購后就可以在型號上應用。在我國軍工產品使用的元器件均要求進行二次篩選，原因在于我國元器件的生產與研制水平尚處于初級階段，和國外的同類型產品還存在一定的差距，一次篩選的試驗設計不能完全覆蓋型號研制的環境應力需求。

二次篩選的通用要求參照GJB 7243-2011《軍用電子元器件篩選技術要求》或主機研制單位按其設計需求在國家軍用標準規范上進行裁剪，以一般集成電路為例，列出國內及國外器件的二次篩選項目，如表1所示。

表1 篩選項目

元器件篩選的目的，在于生產單位交付使用前及使用方采購后，依照元器件產品規范的質量等級，確保每一個元器件個體都能擁有較高的可靠性。必須強調，元器件通過篩選不能改變其質量等級，質量等級在生產單位制造這批元器件之前，就應按照產品執行標準或供需雙方協定確定下來。在生產、檢驗和篩選的全過程中，其質量均需控制在此規定范圍之內，元器件質量等級，如表2所示。

表2 元器件質量等級

眾所周知，再好的生產工藝和質量控制都不可能避免個別元器件在生產過程中存在缺陷，元器件篩選就是剔除這些存在缺陷的不良品或由于某種缺陷造成的早期失效的元器件。

目前，我國電子元器件的生產制造能力無法滿足日益精確的元器件設計研制需求，這要歸結于我國芯片產業根基薄弱，用于生產元器件的核心設備短缺。生產研制單位出廠篩選的環境應力和試驗項目不能完全適應使用方的需求，故二次篩選是必不可少的元器件質量控制環節。進口的元器件實際上不能算是嚴格意義上的軍品，有相當數量的產品只處于中低端水平。而影響我國裝備安全的不僅是質量等級問題，更嚴重的是大量假冒及翻新的劣質品也充斥其中。所以，元器件的篩選是質量控制工作的重要環節，對保證元器件的可靠性有重要意義。

03、DPA

DPA起源于二戰后的美國，主要通過對元器件樣品進行解剖，來驗證元器件的設計、結構、材料和制造質量能否符合現有標準規定。國家軍用標準規范包括：GJB 4027A-2006《軍用電子元器件破壞性物理分析方法》、GJB 128A-1997《半導體分立器件試驗方法》、GJB 360A-1996《電子及電氣元件試驗方法》和GJB 548A-1996《微電子器件試驗方法和程序》。

DPA試驗方法包括：外部目檢、射線檢查、顯微檢查、掃描電子顯微鏡檢查、粒子碰撞噪聲檢查（PIND）、粗檢漏、細檢漏、內部氣體成分分析、內部目檢、鍵合強度、剪切強度和制樣鏡檢等，檢測方法詳述，如表3所示。

表3 DPA檢測方法

DPA試驗是通過對電子元器件進行合理抽樣，對樣品實施非破壞性和破壞性檢驗及分析后，判斷該批次的電子產品是否滿足用戶的質量和設計需求，使用戶在設計使用前全面掌握元器件的質量狀態，確保裝機的元器件有較高的可靠性。

一般來說，最常見的DPA試驗包括“外部目檢、掃描聲學顯微檢測、X射線顯微透視檢查、PIND、檢漏、鍵合強度檢測和內部鏡檢”。

04、元器件失效分析

元器件失效分析（Failure Analysis）是針對在工程運用中出現故障或失效的元器件進行的一種尋因檢查。此試驗分析不同于二次篩選和DPA試驗，在試驗方法流程上具有更強的靈活性，其試驗流程可依據GJB 8897-2017《軍用電子元器件失效分析要求與方法》、GJB 3233-98《半導體集成電路失效分析程序和方法》和GJB 3157-1998《半導體分立器件失效分析方法和程序》進行，但不僅限于標準提出失效分析程序，分析人員需根據元器件失效的具體應用場景、失效現象和所受應力等制定專屬于此元器件的失效分析方案，失效分析流程，如存在重大或疑難的失效現象，必要時需組織領域內權威專家對失效分析方案進行評審。依據GJB 8897-2017 《軍用電子元器件失效分析要求與方法》的4.3節建立失效分析的一般流程，如圖2所示。

圖2 失效分析流程圖

失效分析應根據元器件失效的實際情況和需求對程序進行定制和調整，即使用電測試、物理、化學和金相等可以被利用的所有檢測手段來確定其失效模式，通過敏感應力找到元器件最終的失效機理，失效分析方案流程，如圖3所示。

圖3 失效分析方案流程圖

失效分析是質量控制中非常重要的一環，對保障裝備的可靠性和提升裝備質量有著不可替代的作用。根據失效分析的特點，從事此工作的人員需具備扎實的專業技能和豐富的工程經驗，通過細枝末節的表象分析、推理和判斷出藏在背后的敏感應力和失效模式及機理。開展失效分析工作，需掌握元器件工作原理、電氣性能、材料特性、結構特征、制造工藝、物理化學等知識，并了解制造、運輸、裝配和使用的過程及環境，可以簡單復現元器件在其特定環境中的老化、損傷及失效的全過程，這對完成這項工作十分重要。

05、結論

隨著我國武器裝備信息化程度的不斷加深，對于軍用元器件質量控制的要求亦逐步嚴格，軍用元器件的選型、二次篩選、DPA 和失效分析是確保其質量和可靠性的重要環節。元器件質量控制是為航空裝備型號質量保證提供證據的過程，這一過程通過一系列的調查、試驗和分析完成，是保證航空裝備型號科研、試驗和生產能滿足其預期目的重要手段。

在可預見的將來，隨著航空工業的高速度、高水平發展，軍用元器件質量控制必將從低水平的檢定邁向高水平的評價階段；從對元器件本身的單片級驗證走向裝備型號應用場景下的板級驗證。以此解決研制的元器件在裝備型號推廣過程中存在的“不好用”、“不敢用”及“用不好”等問題。