11 月 2 日，第 24 屆中國集成電路制造年會(huì)暨供應(yīng)鏈創(chuàng)新發(fā)展論壇在廣州舉辦。在本屆高峰論壇的產(chǎn)業(yè)報(bào)告環(huán)節(jié)中，工業(yè)和信息化部電子第五研究所總工程師恩云飛發(fā)表了《面向集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的質(zhì)量保障技術(shù)》的主題演講。
近年來，隨著本土集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同合作欠缺的局面已得到改變，整機(jī)企業(yè)采用國產(chǎn)集成電路的意愿也在增加，但我國每年進(jìn)口的集成電路市場規(guī)模仍高達(dá) 3000 多億美元。
根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2020 年我國集成電路自給率僅為 26.6%，依賴進(jìn)口的局面并未得到根本改變。以汽車芯片為例，國內(nèi)汽車芯片進(jìn)口率高達(dá) 95%，動(dòng)力系統(tǒng)、底盤控制、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)等關(guān)鍵芯片也被國外巨頭壟斷。
那么，是什么原因造成我國芯片被國外企業(yè)所壟斷？在恩云飛看來，芯片的質(zhì)量可靠性是重要影響因素之一。
根據(jù)使用環(huán)境，芯片的等級(jí)指標(biāo)主要有消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)、車規(guī)級(jí)三個(gè)等級(jí)劃分。其中，車規(guī)級(jí)對(duì)芯片的要求最高，如實(shí)驗(yàn)溫度，要求適應(yīng)-45℃-150℃的寬溫范圍，而消費(fèi)級(jí)只要求 0℃-40℃；在使用壽命方面，車規(guī)級(jí)芯片要求滿足 15-20 年的無故障應(yīng)用，而消費(fèi)級(jí)芯片只要求 1-3 年，工業(yè)級(jí)也僅需要滿足 5-10 年的穩(wěn)定工作需求；而在失效率等級(jí)上，車規(guī)級(jí)要求 PPB 級(jí)，而工業(yè)級(jí)、消費(fèi)級(jí)要求均為較低等級(jí)的 PPM 級(jí)，嚴(yán)格性不在一個(gè)量級(jí)上。
恩云飛認(rèn)為，車規(guī)級(jí)芯片除了指標(biāo)要求高外，還擁有一套完整的認(rèn)證體系，如可靠性認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) AEC-Q100、質(zhì)量管理認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) IATF16949、功能安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) ISO26262，且認(rèn)證周期長、認(rèn)證成本高，確保車規(guī)級(jí)芯片的質(zhì)量可靠性。
而國產(chǎn)芯片，存在質(zhì)量問題還比較嚴(yán)峻，有部分芯片甚至沒有經(jīng)過驗(yàn)證就上市，尤其是對(duì)質(zhì)量要求相對(duì)沒有那么嚴(yán)格的消費(fèi)級(jí)領(lǐng)域。
恩云飛結(jié)合其實(shí)踐工作進(jìn)一步表示，目前國內(nèi)集成電路質(zhì)量檢測(cè)不合格項(xiàng)統(tǒng)計(jì)中，物理試驗(yàn)不合格占比約為 30%，電性能檢測(cè)不合格比重約為 25%，問題最嚴(yán)重的當(dāng)屬環(huán)境試驗(yàn)不合格，占比達(dá)到 45%，“車規(guī)級(jí)產(chǎn)品存在質(zhì)量可靠性問題，都有可能導(dǎo)致產(chǎn)品不合格；國產(chǎn)芯片在質(zhì)量可靠性上還有很大的提升空間?！?/p>
為此，恩云飛提出“質(zhì)量保障技術(shù)貫穿集成電路產(chǎn)品‘設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)、應(yīng)用’全生命周期”的觀點(diǎn)，她認(rèn)為，芯片生產(chǎn)的任意環(huán)節(jié)都不可忽視，從上游 IC 設(shè)計(jì)/晶圓制造到中游封測(cè)，再到下游的產(chǎn)品應(yīng)用，都要給予重視。恩云飛指出，應(yīng)用環(huán)節(jié)往往是最容易被忽視的質(zhì)量問題環(huán)節(jié)，事實(shí)上，應(yīng)用場景不恰當(dāng)，也會(huì)引發(fā)芯片的質(zhì)量問題，特別是我國幅員遼闊，芯片產(chǎn)品需要滿足各種氣候、環(huán)境條件，當(dāng)無法滿足時(shí)，就有可能引發(fā)質(zhì)量問題。恩云飛舉例說明道，工信部電子五所曾將一款產(chǎn)品拿到高原驗(yàn)證，僅僅是因?yàn)椤案咴边@一因素，測(cè)試產(chǎn)品就出現(xiàn)了質(zhì)量問題。
那么，本土企業(yè)該如何提升集成電路產(chǎn)品的質(zhì)量？
恩云飛也給出了解決方案：“從設(shè)計(jì)階段的 DFR、晶圓階段的 WLR，到封裝的 PLR、上板的 BLR，以及裝配到系統(tǒng)的 SLR，是一系列的可靠性構(gòu)成了產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性，當(dāng)芯片出現(xiàn)問題，大家需要慎重考慮，科學(xué)地分析和判斷，究竟是芯片的問題，還是裝板的問題，還是其他環(huán)節(jié)的問題。”
面向芯片設(shè)計(jì)的質(zhì)量保障技術(shù)，恩云飛要求從 3 個(gè)方面進(jìn)行提升。一是需求定義，當(dāng)生產(chǎn)的規(guī)模越來越大的時(shí)候，不可能沒有工藝缺陷，也不可能沒有缺陷造成的問題，那么需要定義冗余、備份，識(shí)別可靠性關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；二是測(cè)試性設(shè)計(jì)，要定位故障點(diǎn)，設(shè)計(jì)故障隔離電路；三是版圖設(shè)計(jì)，需要采用模塊化與冗余設(shè)計(jì)思維，在硬件上能夠快速對(duì)有問題的部位進(jìn)行屏蔽。
面向芯片制造和封測(cè)過程的質(zhì)量保障技術(shù)，恩云飛認(rèn)為，要經(jīng)歷從來料的檢驗(yàn)、前段和后段的制成、晶圓的驗(yàn)收、晶圓的測(cè)試，到封測(cè)、上板測(cè)試，再到系統(tǒng)級(jí)測(cè)試的全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量可靠性驗(yàn)證鏈條。
恩云飛特別強(qiáng)調(diào)，還需要具備面向整機(jī)應(yīng)用的質(zhì)量保障技術(shù)體系。
最后，恩云飛分享了近年才發(fā)展起來的集成電路電磁兼容問題。據(jù)其介紹，隨著元器件尺寸越來越小，電壓隨之越來越小，同時(shí)電壓抗干擾的閾值也越來越小，而芯片電磁逐步向高頻范圍延伸，如 1GHz~10GHz；不巧的是，該頻率范圍又是無線通訊的關(guān)鍵頻段，將會(huì)給實(shí)際應(yīng)用帶來電磁兼容性的問題。
為解決這一問題，國際 IEC 制定了 27 份標(biāo)準(zhǔn)，國標(biāo)也在做轉(zhuǎn)化工作，工信部電子五所就該類標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，開發(fā)了一系列實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具有全面的 IEC/SAE 相關(guān) IC EMC 測(cè)試評(píng)價(jià)能力，其中，強(qiáng)電磁脈沖的峰值場強(qiáng)可做到 350kV/m 的國際水平。
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