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工信部恩云飞:国产芯片在质量可靠性上还有很大的提升空间

来源:爱集微

#集成电路#

#恩云飞#

2021-11-02

集微网消息,11月2日,第24届中国集成电路制造年会暨供应链创新发展论坛在广州举办。在本届高峰论坛的产业报告环节中,工业和信息化部电子第五研究所总工程师恩云飞发表了《面向集成电路产业链的质量保障技术》的主题演讲。

近年来,随着本土集成电路产业的快速发展,产业链上下游协同合作欠缺的局面已得到改变,整机企业采用国产集成电路的意愿也在增加,但我国每年进口的集成电路市场规模仍高达3000多亿美元。根据中国半导体行业协会数据,2020年我国集成电路自给率仅为26.6%,依赖进口的局面并未得到根本改变。以汽车芯片为例,国内汽车芯片进口率高达95%,动力系统、底盘控制、高级驾驶辅助系统等关键芯片也被国外巨头垄断。

那么,是什么原因造成我国芯片被国外企业所垄断?在恩云飞看来,芯片的质量可靠性是重要影响因素之一。

根据使用环境,芯片的等级指标主要有消费级、工业级、车规级三个等级划分。其中,车规级对芯片的要求最高,如实验温度,要求适应-45℃-150℃的宽温范围,而消费级只要求0℃-40℃;在使用寿命方面,车规级芯片要求满足15-20年的无故障应用,而消费级芯片只要求1-3年,工业级也仅需要满足5-10年的稳定工作需求;而在失效率等级上,车规级要求PPB级,而工业级、消费级要求均为较低等级的PPM级,严格性不在一个量级上。

恩云飞认为,车规级芯片除了指标要求高外,还拥有一套完整的认证体系,如可靠性认证标准AEC-Q100、质量管理认证标准IATF16949、功能安全认证标准ISO26262,且认证周期长、认证成本高,确保车规级芯片的质量可靠性。

而国产芯片,存在质量问题还比较严峻,有部分芯片甚至没有经过验证就上市,尤其是对质量要求相对没有那么严格的消费级领域。

恩云飞结合其实践工作进一步表示,目前国内集成电路质量检测不合格项统计中,物理试验不合格占比约为30%,电性能检测不合格比重约为25%,问题最严重的当属环境试验不合格,占比达到45%,“车规级产品存在质量可靠性问题,都有可能导致产品不合格;国产芯片在质量可靠性上还有很大的提升空间。”

为此,恩云飞提出“质量保障技术贯穿集成电路产品‘设计、制造、封测、应用’全生命周期”的观点,她认为,芯片生产的任意环节都不可忽视,从上游IC设计/晶圆制造到中游封测,再到下游的产品应用,都要给予重视。恩云飞指出,应用环节往往是最容易被忽视的质量问题环节,事实上,应用场景不恰当,也会引发芯片的质量问题,特别是我国幅员辽阔,芯片产品需要满足各种气候、环境条件,当无法满足时,就有可能引发质量问题。恩云飞举例说明道,工信部电子五所曾将一款产品拿到高原验证,仅仅是因为“高原”这一因素,测试产品就出现了质量问题。

那么,本土企业该如何提升集成电路产品的质量?

恩云飞也给出了解决方案:“从设计阶段的DFR、晶圆阶段的WLR,到封装的PLR、上板的BLR,以及装配到系统的SLR,是一系列的可靠性构成了产品的质量可靠性,当芯片出现问题,大家需要慎重考虑,科学地分析和判断,究竟是芯片的问题,还是装板的问题,还是其他环节的问题。”

面向芯片设计的质量保障技术,恩云飞要求从3个方面进行提升。一是需求定义,当生产的规模越来越大的时候,不可能没有工艺缺陷,也不可能没有缺陷造成的问题,那么需要定义冗余、备份,识别可靠性关键节点;二是测试性设计,要定位故障点,设计故障隔离电路;三是版图设计,需要采用模块化与冗余设计思维,在硬件上能够快速对有问题的部位进行屏蔽。

面向芯片制造和封测过程的质量保障技术,恩云飞认为,要经历从来料的检验、前段和后段的制成、晶圆的验收、晶圆的测试,到封测、上板测试,再到系统级测试的全产业链质量可靠性验证链条。

恩云飞特别强调,还需要具备面向整机应用的质量保障技术体系。

最后,恩云飞分享了近年才发展起来的集成电路电磁兼容问题。据其介绍,随着元器件尺寸越来越小,电压随之越来越小,同时电压抗干扰的阈值也越来越小,而芯片电磁逐步向高频范围延伸,如1GHz~10GHz;不巧的是,该频率范围又是无线通讯的关键频段,将会给实际应用带来电磁兼容性的问题。

为解决这一问题,国际IEC制定了27份标准,国标也在做转化工作,工信部电子五所就该类标准的实验验证,开发了一系列实验平台,具有全面的IEC/SAE相关IC EMC测试评价能力,其中,强电磁脉冲的峰值场强可做到350kV/m的国际水平。

(校对/James)

责编: wenbiao

Andy

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