电子元器件的可靠性对于武器装备的质量至关重要，据悉上世纪80年代的美军，由于元器件质量控制的失当造成的武器装备及系统故障占到总体故障的55%。我国从上世纪70年代开始采取措施来提高军用电子元器件的固有可靠性，并提出“七专”的概念，即“专人、专机、专料、专批、专检、专技和专卡”的元器件质量控制方针。上世纪80～90年代中，逐步将此方针贯彻于国家军用标准，极大程度的提升了国产军用元器件的固有可靠性。在我国工业实力不断进步的大背景下，国产元器件的固有可靠性大踏步的提高，与此同时，国产元器件的应用可靠性问题则逐渐凸显出来。2000年，原国防科工委要求各元器件使用部门通过实行“五统一”管理及元器件破坏性物理分析（Destructive Physical Analysis, DPA）来确保元器件应用可靠性的有效管理。

对军用元器件质量进行严格控制，可以从根本上降低武器装备的故障率、任务风险和使用成本。元器件的使用可靠性控制包含元器件选型、二次筛选、DPA、失效分析、电装、调试、保管、贮存和质量信息系统，由此对元器件质量控制形成闭环。选择高质量的元器件是军用元器件质量控制的基石；通过二次筛选、DPA 可以最大限度的剔除不合格的产品，从而保障武器装备的高可靠性；通过失效分析可以保障武器装备和元器件本身的可靠性，并可以提高产品的竞争力。

01、元器件选型

当前，以信息化为核心的现代战争对于电子设备的需求逐年增加。选用高可靠性的元器件是实现武器装备信息化的必要条件，所以电子元器件选型的重要性就日益凸显出来。以航空装备为例，在机载航电设备中，应用的元器件数量和种类众多，因此保证机载航电设备的任务可靠性，就必须先保证电子元器件的固有和应用可靠性，而有效的选取电子元器件，可以提升武器装备的可靠性水平。据国内外相关数据分析，近50%的电子元器件失效并非源于固有可靠性不高，而是由于元器件选型不当造成，故保证军用电子产品的可靠性应严格把控元器件的选型。

为保证军用电子产品设计师对元器件正确选型，首先应参照《电子元器件质量保证大纲》和“型号元器件质量保证大纲”的要求，针对军用装备的任务需求、技术指标和环境适应性要求等，拟定相应的元器件选型依据，从而在型号研制阶段依据大纲开展元器件选型评审及指导设计实践中的选型工作。最后，还要在设计实践中建立元器件优选数据库，并对其实施动态管理。

元器件选型的原则，应面向型号产品的使用要求，选用功能、性能、质量等级和技术指标均适应的元器件，而非一味追求高性能、高品质和高质量等级的元器件；应尽量优选型号总体单位指定的元器件优选目录中的国产元器件，避免因外部因素造成装备的自主保障不利，也要避免使用最新研制成功，但未经技术鉴定合格的元器件；应优选正规供应渠道的标准元器件，即高可靠性、质量稳定和非淘汰的元器件。例如，超目录选用元器件时，应按规定申报并经批准后才可选用；应按GJB/Z35-1993《元器件降额设计准则》要求对元器件进行降额选用，降额选用可提升元器件的应用可靠性。制定降额使用规范应在最严酷案例下进行失败风险评估，其关键在于建立精确的加速试验模型，加速试验因子一般遵循阿仑尼乌斯方程，见公式（1）。

式中，A为加速因子，Ea为反应活化能，k=1.380649×10-23为玻尔兹曼常数，T为绝对温度。

02、元器件筛选

元器件早期偶然失效的概率较大，部分元器件在生产过程中存在缺陷，在元器件质量与可靠性的研究中，确定其失效率分布服从“浴盆曲线”的规律，如图1所示。

图1 浴盆曲线分布图

元器件筛选试验是指通过特定的试验剔除生产不合格或存在缺陷的早期失效电子产品而进行的试验, 以保证元器件的可靠性。元器件筛选包括一次筛选、二次筛选和升级筛选。

一次筛选是指生产单位在交付前，按元器件的产品详规进行初次筛选。二次筛选是指主机研制单位在元器件装配前为满足可靠性的要求，在一次筛选的基础上进行的复检及验证。在美国等西方国家没有二次筛选要求，元器件采购后就可以在型号上应用。在我国军工产品使用的元器件均要求进行二次筛选，原因在于我国元器件的生产与研制水平尚处于初级阶段，和国外的同类型产品还存在一定的差距，一次筛选的试验设计不能完全覆盖型号研制的环境应力需求。

二次筛选的通用要求参照GJB 7243-2011《军用电子元器件筛选技术要求》或主机研制单位按其设计需求在国家军用标准规范上进行裁剪，以一般集成电路为例，列出国内及国外器件的二次筛选项目，如表1所示。

表1 筛选项目

元器件筛选的目的，在于生产单位交付使用前及使用方采购后，依照元器件产品规范的质量等级，确保每一个元器件个体都能拥有较高的可靠性。必须强调，元器件通过筛选不能改变其质量等级，质量等级在生产单位制造这批元器件之前，就应按照产品执行标准或供需双方协定确定下来。在生产、检验和筛选的全过程中，其质量均需控制在此规定范围之内，元器件质量等级，如表2所示。

表2 元器件质量等级

众所周知，再好的生产工艺和质量控制都不可能避免个别元器件在生产过程中存在缺陷，元器件筛选就是剔除这些存在缺陷的不良品或由于某种缺陷造成的早期失效的元器件。

目前，我国电子元器件的生产制造能力无法满足日益精确的元器件设计研制需求，这要归结于我国芯片产业根基薄弱，用于生产元器件的核心设备短缺。生产研制单位出厂筛选的环境应力和试验项目不能完全适应使用方的需求，故二次筛选是必不可少的元器件质量控制环节。进口的元器件实际上不能算是严格意义上的军品，有相当数量的产品只处于中低端水平。而影响我国装备安全的不仅是质量等级问题，更严重的是大量假冒及翻新的劣质品也充斥其中。所以，元器件的筛选是质量控制工作的重要环节，对保证元器件的可靠性有重要意义。

03、DPA

DPA起源于二战后的美国，主要通过对元器件样品进行解剖，来验证元器件的设计、结构、材料和制造质量能否符合现有标准规定。国家军用标准规范包括：GJB 4027A-2006《军用电子元器件破坏性物理分析方法》、GJB 128A-1997《半导体分立器件试验方法》、GJB 360A-1996《电子及电气元件试验方法》和GJB 548A-1996《微电子器件试验方法和程序》。

DPA试验方法包括：外部目检、射线检查、显微检查、扫描电子显微镜检查、粒子碰撞噪声检查（PIND）、粗检漏、细检漏、内部气体成分分析、内部目检、键合强度、剪切强度和制样镜检等，检测方法详述，如表3所示。

表3 DPA检测方法

DPA试验是通过对电子元器件进行合理抽样，对样品实施非破坏性和破坏性检验及分析后，判断该批次的电子产品是否满足用户的质量和设计需求，使用户在设计使用前全面掌握元器件的质量状态，确保装机的元器件有较高的可靠性。

一般来说，最常见的DPA试验包括“外部目检、扫描声学显微检测、X射线显微透视检查、PIND、检漏、键合强度检测和内部镜检”。

04、元器件失效分析

元器件失效分析（Failure Analysis）是针对在工程运用中出现故障或失效的元器件进行的一种寻因检查。此试验分析不同于二次筛选和DPA试验，在试验方法流程上具有更强的灵活性，其试验流程可依据GJB 8897-2017《军用电子元器件失效分析要求与方法》、GJB 3233-98《半导体集成电路失效分析程序和方法》和GJB 3157-1998《半导体分立器件失效分析方法和程序》进行，但不仅限于标准提出失效分析程序，分析人员需根据元器件失效的具体应用场景、失效现象和所受应力等制定专属于此元器件的失效分析方案，失效分析流程，如存在重大或疑难的失效现象，必要时需组织领域内权威专家对失效分析方案进行评审。依据GJB 8897-2017 《军用电子元器件失效分析要求与方法》的4.3节建立失效分析的一般流程，如图2所示。

图2 失效分析流程图

失效分析应根据元器件失效的实际情况和需求对程序进行定制和调整，即使用电测试、物理、化学和金相等可以被利用的所有检测手段来确定其失效模式，通过敏感应力找到元器件最终的失效机理，失效分析方案流程，如图3所示。

图3 失效分析方案流程图

失效分析是质量控制中非常重要的一环，对保障装备的可靠性和提升装备质量有着不可替代的作用。根据失效分析的特点，从事此工作的人员需具备扎实的专业技能和丰富的工程经验，通过细枝末节的表象分析、推理和判断出藏在背后的敏感应力和失效模式及机理。开展失效分析工作，需掌握元器件工作原理、电气性能、材料特性、结构特征、制造工艺、物理化学等知识，并了解制造、运输、装配和使用的过程及环境，可以简单复现元器件在其特定环境中的老化、损伤及失效的全过程，这对完成这项工作十分重要。

05、结论

随着我国武器装备信息化程度的不断加深，对于军用元器件质量控制的要求亦逐步严格，军用元器件的选型、二次筛选、DPA 和失效分析是确保其质量和可靠性的重要环节。元器件质量控制是为航空装备型号质量保证提供证据的过程，这一过程通过一系列的调查、试验和分析完成，是保证航空装备型号科研、试验和生产能满足其预期目的重要手段。

在可预见的将来，随着航空工业的高速度、高水平发展，军用元器件质量控制必将从低水平的检定迈向高水平的评价阶段；从对元器件本身的单片级验证走向装备型号应用场景下的板级验证。以此解决研制的元器件在装备型号推广过程中存在的“不好用”、“不敢用”及“用不好”等问题。