电子元器件车规标准与GJB体系对比分析与建议

周圣泽，倪义强，张树琨，任艳

（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 511370）

0 引言

电子元器件行业是当前电子信息产业发展的基础支撑，也是新时代发展革新的重点领域。在国防军工领域，电子元器件是国防战略资源，是整机装备的核心组成部分，是维护国家利益、强军强国的重要基石。在汽车行业，随着汽车向“三化一升”（智能化、电动化、网联化+底层零部件升级）发展，芯片需求量大幅度地增加，据统计，2021年平均每辆车所需的芯片数量已经达到了1 000颗以上。近年来，高端元器件已成为西方强国对我国战略遏制的重要领域，特别是高端芯片产业屡次成为美国对我国制裁的重要手段。

标准是产品质量保证、考核评价的技术基础，标准体系是电子元器件产品质量与可靠性评价、保障活动开展的基石，目前我国最为成熟、完整的是军用电子元器件标准体系。经过多年的努力，中国汽车安全性标准体系的基本框架已经建立，车规标准体系主要包括IATF 16949、ISO 26262系列和AECQ体系。在标准体系框架、质量控制核心思想等方面，军用电子元器件标准体系和车规标准体系均突出了一些共性思想，但也存在一定的差异；分析这两种标准体系的整体特色及理念，总结其可供借鉴的思想，将有助于我国国军标体系及专用标准体系的构建和完善。

1 军标体系的特色分析

1.1 国军标体系庞大，产品门类覆盖全，已成为军用电子元器件质量控制与可靠性保障的主体平台

我国电子元器件军用标准体系从20世纪80年代初开始建立，初期主要参考和借鉴美国军用标准（MIL）体系。通过近40年的建设，军用电子元器件国军标体系不断地完善，已成为军用电子元器件质量控制与可靠性保障的主体平台，形成了覆盖元器件各个专业门类的标准体系，有力地支撑了军用电子元器件科研生产和整机装备的配套建设。目前现行有效的电子元器件国家军用标准有千余项，包括管理标准、通用基础标准、产品标准和应用标准等[1]。产品类别覆盖了GJB 8118《军用电子元器件分类与代码》中的34大类，对整个军用电子元器件产品的生产质量保证、考核评价、应用评估起到了保障作用。

1.2 产品标准占GJB体系的大部分，便于科研项目的考核评价保障

国军标体系的一大特点是以产品标准为主，目的是充分地支撑军用电子元器件过程质量保证、考核评价、应用评估等环节。以2019年体系内有效的943项标准统计，产品标准共计828项（通用规范397项，系列型谱及详细规范431项），基础标准、试验检测标准和应用标准共计115项。每年支撑装发及海、陆、空等各军兵种的各类元器件产品研制任务数千项，覆盖新品、型谱、贯标、核高基和质量增长等所有的元器件产品研制任务和专项工程，贯穿协议约定、鉴定依据和验收评价等各个环节， “提必及可靠性、言必谈标准”是军用电子元器件领域的各类节点检查、审查验收的基本要求。

1.3 国军标体系重点面向全军提供广泛的产品选择

国军标体系为电子元器件产品构建了基本的产品准入门槛，通过质量管理体系认证、生产制造过程认证和产品鉴定检验等方式，面向全军提供符合相应质量水平的电子元器件产品。经过多年的发展，国内已建立起较为完善的高可靠性军用芯片设计、制造、测试和验证的质量管理体系，并通过宇航级和高可靠元器件质量认证来确保军用芯片生产线、产品的质量稳定性。一是通过合格产品目录（QPL：Qualified Product List）认证来确保芯片的质量满足军用可靠性要求。如以GJB 597B—2012对芯片经过筛选、质量一致性检验等程序，经过抽样进行电性能测试、封装可靠性试验、寿命试验、环境适应性试验，认定为高质量、高可靠性的军用芯片。二是通过合格制造商目录 （QML：Qualified Manufactures List）认证来确保芯片制造厂商的设计、制造过程具备生产满足军用可靠性芯片的能力。QML认证的对象是芯片及其制造厂商，是对与芯片实现相关的所有制造环节（设计、掩模、晶圆、组装/封装和检测）及厂商制造能力的认证[2]。

1.4 国军标体系对特定应用领域的质量与可靠性保障针对性不强

国军标体系对特定应用领域的关注度、对特定技术的侧重度不高，对特定应用领域的保障针对性不强，缺乏专门的技术分委会或工作组，开展热点问题及重大专业小体系的深入和强化工作。一是在技术热点方面，如热特性评价、高速接口技术和新型封装技术等，只是通过零散化制定一两项或几项标准项目的方式来开展技术突破，难以形成持续发力的标准工作方式来牵引行业持续发展并抢占国际话语权。二是在特殊应用领域的质量保证方面，现有的国军标体系并未重点关注，未形成专门适用于深空、深海、远洋和极地等应用领域的质量可靠性保证要求。导致以上现象出现的主要原因与国军标体系“行动驱动、军方主导”的思想，以及国军标制修订以项目方式开展有一定的关系，标准的需求和立项并未交由产业推动，转向“军方引导、企业主体、市场导向”，更多的是侧重于军方机关对国军标平台的主导和管理，侧重方向把握，规划各类标准工作组解决行业需求，而将技术内容充分下沉到市场，交由工作组协调讨论构建，让企业、科研机构和高校等组织充分地参与到标准制修订的过程中。

2 车规标准体系的特色分析

2.1 车规标准突出零失效率控制的核心思想

全球车规级芯片产业链形成了“逐层拆解的质量管控零失效+功能安全认证”的共识，并成为必备的准入门槛。一是通过IATF 16949质量管理体系来管控芯片制程工艺的失效率。IATF 16949认证是车规芯片IDM或代工厂商的必备认证，是车规芯片上车权威且必要的准入资质，涉及从前端晶圆光刻、离子注入、扩散、薄膜沉积、刻蚀和研磨到后端封装、测试等一系列制造环节，保障芯片制造端的零失效、零故障、零事故[3]。二是通过AEC-Q标准来管控芯片产品层级的失效率。AECQ100（集成电路IC）标准的测试项目涵盖温度、湿度、机械冲击、振动、EMC、ESD、电迁移和应力迁移，以及芯片剪切等45类试验，涉及芯片设计、晶圆制造到封装测试等芯片全流程，并且需要验证3个批次的可靠性。在评价早期寿命失效率（ELFR）时，每批次需验证800个样品，3批次的2 400个样品均要求零失效，其复杂且严苛的测试认证保障了芯片层级的质量稳定性[4]。三是通过ISO 26262标准来保障汽车电子电气功能的失效率[5]。ISO 26262标准围绕设定的电子电气功能安全等级ASIL划分，通过“整车——ECU——板卡——芯片——制程工艺”自上而下的功能进行安全拆解和失效率评估，对象涵盖从车辆的功能构思到系统开发、芯片设计架构、芯片制造流程和嵌入式软件适配，以及相关的安全生产、维护等整个车辆功能安全开发生命周期。可以有效地避免芯片-器件-系统的失效风险，进而保障整车电子电气功能安全的失效率。

2.2 车规电子标准体系精炼、行业专用

以产品层级失效率考核评价标准体系AECQ为例，该体系共有37个标准，建成了完整的特色体系标准。一是零失效率质量管理类标准共6项，即AECQ 001-AECQ 006，规范了零缺陷质量控制原则、参数一致性、过程控制、良率控制和无铅合规评定等基本原则和方法论。二是产品要求类标准共7项，即AECQ 100、AECQ 101、AECQ 104和AECQ 200等标准，规范了集成电路、分立器件、模组及无源元件等大类产品的可靠性考核要求。三是配套试验标准，共24项，如AECQ-100-00X、AECQ-101-00X和AECQ-200-00X系列，补充相应产品要求标准中规定的考核试验项目的基本方法和程序。可以看出，车规标准体系以广泛的军标和工业标准体系为基础，重点关注汽车应用需求，基于失效机理和核心关注，以追求零失效率为最终目标，建立一个精炼并为汽车行业服务的专用小体系。

2.3 车规电子标准重视验证和持续发展但仍有不足

一是重视行业验证和数据积累，以AEC-Q系列标准为例，在AEC网站上的“文档”页面共列出的37项标准中，其中7个被列为“New（新）”或“Initial release（初始版本）”[6]。此类标准版本主要是供行业参考，并鼓励行业进行广泛的技术验证，在充分吸收行业的经验后，将推出固定版本（版本以字母表示）。二是始终保持迭代更新，其中AEC-Q100已发布至H版，前后迭代8个版本，跟随行业技术发展，在标准技术理念、技术要求及技术覆盖性等方面进行了多种更新迭代，最新一版更新内容多达14项，并且包括多处重大更新，如在标准技术理念方面更加突出满足汽车应用的需求分析，给出了完整的流程，指导如何根据应用需求来确定产品考核评价是否完整地覆盖产品的失效机理，以满足应用零失效率目标。三是AEC-Q标准技术始终保持与时俱进的发展状态，特别是随着高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶等新技术的发展，标准还将持续地更新以适应新技术和应用的需求。例如：专门为光电半导体、MEMS传感器和多芯片模组制定的标准AEC-Q102、AEC-Q103和AEC-Q104等。但需要指出的是，尽管作为新制定的标准，仍然存在一些不足之处。以AEC-Q103标准为例，其范围仅覆盖麦克风和压力传感器两大类，缺乏图像传感器、加速度计等芯片的相关标准。

3 发展建议

3.1 推动国军标体系的创新工作

创新地设置专用领域标准工作分委会或工作组，调动产业力量，合力地推动热点、前沿技术标准的快速制定和落地，构建精准适用的标准小体系，推动相关领域技术的突破和完善。

3.2 引入零失效率的理念

综合地考虑国军标体系的服务对象，结合应用需求，试点深空、深海、远洋等分类别的失效率和可靠性保证需求工作组，确定应用要求剖面，分类分级地确定零失效率控制原则，探索制定各类应用领域元器件的质量与可靠性考核评价标准。

3.3 加强标准实施验证制作，建立应用效果评估机制

创新地建立标准验证实施基地，积累应用实施经验，鼓励全行业参与标准的实施应用，促进标准技术与生产、检验的融合，提升标准科学性水平。催生标准自主创新活力，完善标准制定机制，构建标准制定和实施反馈制度，推动标准体系持续地迭代更新。

4 结束语

电子元器件产业是国家经济的重要支柱产业之一，其持续发展至关重要。自2020年汽车领域“芯片荒”的出现，汽车产业的发展受到了一定的影响，在国防军工、航空、航天等其他领域，电子元器件特别是芯片产业链、供应链的安全稳定成为上游产业发展中的重要一环，有必要发挥标准对产业的牵引作用，充分地总结现有国内外相关标准体系的思路和理念，并在标准化工作中做出快速响应，推动基础产业持续地高质量发展，为我国国防及工业体系打牢基础。