隨著航空航天裝備不斷向高集成度、多功能、低功耗方向發(fā)展，迫切需要小型化、高性能、高效率、高可靠性的電子元器件。近年來，隨著新品等項目的牽引和國內(nèi)各元器件研制單位的技術(shù)攻關(guān)，國產(chǎn)電子元器件的性能水平取得了長足發(fā)展，部分國產(chǎn)電子元器件的性能已接近或達(dá)到了國際先進(jìn)水平；但大規(guī)模集成電路、大功率器件、光電器件等元器件仍有部分依賴進(jìn)口。

我國是電子元器件的生產(chǎn)大國，同時也是應(yīng)用大國。以集成電路為例，2011年我國的需求量約占全球需求量的50.3%到2013年已增加到約54%。使用進(jìn)口電子元器件不僅會在信息安全、質(zhì)量控制等方面存在隱患，同時因器件禁運(yùn)、停產(chǎn)導(dǎo)致的生產(chǎn)保障困難等問題也已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國航空航天裝備的發(fā)展。

元器件國產(chǎn)化的必要性和意義

電子元器件是航空航天裝備的基本單元，電子元器件的可靠性是保證航空航天裝備可靠性的基礎(chǔ)。由于功能、性能、質(zhì)量、研制進(jìn)度等因素，航空航天裝備選用了部分進(jìn)口電子元器件。當(dāng)前進(jìn)口電子元器件在航空航天裝備中的使用存在以下問題。

1. 保障困難

隨著新工藝、新技術(shù)的發(fā)展，電子元器件更新?lián)Q代周期縮短。以集成電路為例，按照摩爾定律，每18個月其尺寸縮小一半，而集成度提升一倍。由于元器件的升級換代，以及國外廠商合并重組等原因?qū)е碌脑骷．a(chǎn)，給很多已服役和仍在生產(chǎn)的航空航天裝備的維護(hù)和生產(chǎn)帶來了很大困難。

同時，以美國為首的西方國家形成聯(lián)盟，長期對我國實行嚴(yán)格的出口限制政策。以美國為例，制定了嚴(yán)格的政策和相關(guān)措施限制高新技術(shù)及產(chǎn)品出口。美國商務(wù)部制定了商品管制清單(Commerce Control List, CCL)，嚴(yán)禁將清單內(nèi)的電子元器件出口到相關(guān)國家和地區(qū)。部分電子元器件的禁運(yùn)也給我國高性能航空航天裝備的研制和生產(chǎn)造成了一定影響。

2. 安全隱患

由于西方國家的技術(shù)先進(jìn)性和國家間利益沖突，進(jìn)口電子元器件可能會在設(shè)計、制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)被人為植入后門，如IP核可能被嵌入后門、掩膜制版及高端封裝也可植入后門。這些后門可竊取我國裝備的數(shù)據(jù)甚至摧毀設(shè)備，并可能進(jìn)一步通過網(wǎng)絡(luò)傳播病毒和木馬，嚴(yán)重影響我國的信息安全。2008年，美國國家安全局的一臺發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)受到攻擊后造成物理損壞。2010年，德國發(fā)現(xiàn)首個專門針對工業(yè)控制系統(tǒng)芯片的破壞性病毒。可見，在國防和信息安全建設(shè)中如果不能實現(xiàn)電子元器件的自主可控，則會始終處于受制于人、被動挨打的局面。

3. 質(zhì)量風(fēng)險

由于各種客觀因素，航空航天裝備使用了部分工業(yè)級元器件，這些工業(yè)級元器件大多通過代理商購買，無法獲取相關(guān)的質(zhì)量證明文件，個別已停產(chǎn)元器件甚至是翻新件。同時，部分大規(guī)模集成電路國內(nèi)也無相應(yīng)的測試手段。因此，部分進(jìn)口電子元器件的性能參數(shù)、可靠性水平等往往只能隨設(shè)備進(jìn)行測試，無法預(yù)先開展檢測和篩選工作，導(dǎo)致在設(shè)備使用過程中可能存在參數(shù)異常、早期失效等情況。進(jìn)口電子元器件存在的質(zhì)量風(fēng)險已嚴(yán)重影響了航空航天裝備的研制、生產(chǎn)和質(zhì)量保證。

在進(jìn)口元器件形勢日益嚴(yán)峻的今天，元器件的國產(chǎn)化控制顯得尤為重要。2006和2011年，我國分別頒布了相關(guān)要求和管理辦法，對進(jìn)口元器件的使用提出了規(guī)格比和數(shù)量比的量化指標(biāo)要求，貫徹了總裝關(guān)于加強(qiáng)武器裝備使用進(jìn)口電子元器件管理，從嚴(yán)控制、量化考核的指示精神。

元器件國產(chǎn)化替代中的問題

隨著國際斗爭的復(fù)雜化，航空航天裝備關(guān)鍵電子元器件形勢日益嚴(yán)峻。航空航天裝備使用進(jìn)口電子元器件保障困難，在安全隱患、質(zhì)量風(fēng)險等方面存在諸多問題。因此，大力推進(jìn)進(jìn)口電子元器件的國產(chǎn)化替代，已經(jīng)成為一項構(gòu)筑國家信息安全、保衛(wèi)國家獨立外交能力的緊迫而艱巨的任務(wù)。近年來，我國已在元器件國產(chǎn)化替代方面加大投入并取得了很大進(jìn)展，但由于各單位在元器件國產(chǎn)化替代方面執(zhí)行力度不一，元器件國產(chǎn)化替代仍存在一些問題。

1. 缺乏指導(dǎo)性文件

由于頂層管理文件不完善，目前國內(nèi)尚無指導(dǎo)性文件規(guī)范國產(chǎn)新研電子元器件的研制、生產(chǎn)、鑒定和應(yīng)用驗證等工作，無法對元器件國產(chǎn)化替代工作進(jìn)行有效的控制和監(jiān)督。同時，部分裝備研制單位雖然自行制定了單位內(nèi)部的元器件國產(chǎn)化替代制度，但由于設(shè)計、工藝、加工等因素，國產(chǎn)化替代驗證只能結(jié)合實際的模塊、整機(jī)統(tǒng)籌開展，難以全面驗證元器件的性能。

2. 參數(shù)體系不完整, 測試覆蓋不全

我國電子元器件生產(chǎn)起步晚，早期主要以仿制進(jìn)口電子元器件為主。受各種客觀條件和進(jìn)口電子元器件知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的限制，仿制元器件無法保證設(shè)計、材料、工藝與進(jìn)口元器件完全一致，且由于參數(shù)體系不完整、性能指標(biāo)測試覆蓋不全，測試合格的元器件仍然可能存在未被激發(fā)的缺陷。如某國產(chǎn)可編程邏輯器件 (CAL) 只能在某些特定的電路中做開關(guān)，而無法進(jìn)行時序管理。

3. 工藝設(shè)計缺陷

為滿足小型化需求，航空航天裝備選擇了部分進(jìn)口表貼電子元器件。由于管殼工藝差異等原因，對應(yīng)的國產(chǎn)化替代元器件可能存在封裝無法完全兼容的問題。同時，考慮到研制進(jìn)度和技術(shù)風(fēng)險，整機(jī)單位多選用原位替代的國產(chǎn)化方案，且應(yīng)用驗證試驗多為性能、工藝和環(huán)境適應(yīng)性驗證，難以暴露因管腳或工藝不匹配導(dǎo)致的問題。如某國產(chǎn)A/D轉(zhuǎn)換器，管腳間距與進(jìn)口產(chǎn)品存在微小差異，封裝不完全兼容，在長期使用后會出現(xiàn)脫焊。

4. 缺少批量交付應(yīng)用經(jīng)歷

軍品的特點是多品種、小批量，且很多電子元器件是針對特定裝備定制，導(dǎo)致國產(chǎn)新研電子元器件用量較少，元器件研制單位缺少批量交付應(yīng)用經(jīng)歷。在元器件設(shè)計中存在的缺陷無法充分暴露，容易出現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)不穩(wěn)定的問題，可能會存在不同單位或不同設(shè)備使用時，技術(shù)狀態(tài)不穩(wěn)定甚至失效的現(xiàn)象。

同時，除宇航元器件外，國內(nèi)電子元器件缺少完善的產(chǎn)品批次內(nèi)一致性、批次間一致性等產(chǎn)品生產(chǎn)一致性相關(guān)的評價方法。元器件研制單位缺少精細(xì)化評價元器件質(zhì)量水平的方法，部分元器件在首次驗證和首批應(yīng)用時滿足使用要求，而后續(xù)批量交付時，個別批次無法達(dá)到使用要求。

元器件國產(chǎn)化替代質(zhì)量控制建議

1. 制定頂層規(guī)章制度

制定基于過程管理的元器件國產(chǎn)化替代質(zhì)量控制細(xì)則，規(guī)范元器件的全壽命周期管理，使元器件研制、生產(chǎn)、鑒定、應(yīng)用驗證、處置及反饋過程透明、可視，確保元器件國產(chǎn)化有法可依，有據(jù)可循，有效保證國產(chǎn)化元器件的批次一致性、驗證充分性和使用可靠性。

2. 加強(qiáng)用研雙方技術(shù)溝通

為避免國產(chǎn)新研元器件研而不用所導(dǎo)致上機(jī)率低的問題，整機(jī)單位和元器件研制單位應(yīng)加強(qiáng)交流，對元器件的技術(shù)需求、工藝、環(huán)境適應(yīng)性等要求進(jìn)行充分溝通。整機(jī)單位可結(jié)合以往類似元器件的使用經(jīng)驗，協(xié)助元器件研制單位改進(jìn)提升。元器件研制單位應(yīng)開展與進(jìn)口元器件的全參數(shù)對比分析和驗證，包括性能指標(biāo)、外圍電路匹配、環(huán)境適應(yīng)性等，確保國產(chǎn)化元器件的性能水平能夠與進(jìn)口元器件全面相同，充分滿足整機(jī)單位的使用需求。如電源模塊，除了滿足功率要求外，還應(yīng)開展拉偏情況下的帶載能力、紋波等的驗證。

同時，整機(jī)單位應(yīng)優(yōu)化設(shè)計，通過系統(tǒng)的解決方案彌補(bǔ)國產(chǎn)化產(chǎn)品的不足，使系統(tǒng)的整體能力達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平。同時可加強(qiáng)微系統(tǒng)集成技術(shù)研究，彌補(bǔ)因國產(chǎn)化帶來的重量、功耗增加等問題。如結(jié)合航空航天裝備特點，根據(jù)系統(tǒng)處理架構(gòu)、處理算法等開發(fā)專用處理芯片，減少對FPGA , PowerPC , DSP等高端芯片的依賴。

3. 加強(qiáng)設(shè)計和試驗驗證

對于封裝與進(jìn)口元器件有差異的元器件，元器件研制單位應(yīng)結(jié)合整機(jī)單位的使用需求，提高設(shè)計能力，充分利用熱仿真、力學(xué)仿真等仿真設(shè)計手段，盡可能確保優(yōu)化封裝后的國產(chǎn)化元器件能夠滿足整機(jī)的可靠性要求。如某國產(chǎn)元器件在設(shè)計研制階段，開展了熱仿真、應(yīng)力仿真，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加加固措施，經(jīng)溫度循環(huán)驗證，成功解決了多次溫度循環(huán)后元器件的脫焊問題。

4. 開展可靠性強(qiáng)化試驗和補(bǔ)充驗證

為避免部分缺陷無法在應(yīng)用驗證中充分暴露的問題，可針對重要元器件，如大規(guī)模集成電路、大功率器件等開展可靠性強(qiáng)化試驗，確定元器件的使用邊界，針對暴露的問題展開分析，制定相應(yīng)的改進(jìn)措施。

對于已有其他整機(jī)單位使用過的國產(chǎn)化元器件，整機(jī)單位可結(jié)合工程實際情況開展補(bǔ)充驗證，重點針對匹配性問題或指標(biāo)無法體現(xiàn)的特性進(jìn)行驗證，確保國產(chǎn)化元器件能夠滿足整機(jī)單位的需求。如涉及到工藝或環(huán)境適應(yīng)性的改進(jìn)，元器件研制單位可推廣到其他整機(jī)單位.有利于提升裝備質(zhì)量。

5. 加強(qiáng)元器件研制單位的質(zhì)量控制

整機(jī)單位應(yīng)向元器件研制單位及時傳遞頂層質(zhì)量要求，并對元器件研制單位的設(shè)計和制造過程進(jìn)行審查和監(jiān)控，明確關(guān)鍵參數(shù)的質(zhì)量一致性要求。元器件研制單位應(yīng)加強(qiáng)元器件、原材料的選用控制，制定相應(yīng)的質(zhì)量控制細(xì)則，控制元器件的設(shè)計、生產(chǎn)和檢驗過程，尤其要加強(qiáng)對特殊過程、關(guān)鍵工藝技術(shù)的控制，以確保元器件批次內(nèi)、批次間的質(zhì)量一致性。

6. 建設(shè)國產(chǎn)元器件的信息化系統(tǒng)

為了更有效地推廣國產(chǎn)元器件的應(yīng)用，在國家層面建設(shè)國產(chǎn)元器件的信息化系統(tǒng)。國產(chǎn)元器件信息化系統(tǒng)可定期對元器件相關(guān)信息，如研制背景、性能指標(biāo)、研制情況、鑒定情況、驗證情況、整機(jī)使用情況等進(jìn)行更新和維護(hù)，提高國產(chǎn)化替代元器件的選用效率，讓更多的整機(jī)單位了解國產(chǎn)元器件的信息。整機(jī)單位也可將驗證和使用過程的問題共享到信息系統(tǒng)中，為國產(chǎn)化替代驗證提供有力的支撐，其他同行也可避免再走彎路，提高國產(chǎn)元器件的設(shè)計和使用質(zhì)量。

作者：朱小英 夏克強(qiáng) 沈鴻

來源：融融網(wǎng)