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

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。

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。