一种宇航密封集成电路早期筛查与风险预示方法及装置

摘要

本发明实施例公开了一种宇航密封集成电路早期筛查与风险预示方法及装置。所述方法包括：确定宇航密封集成电路的背景信息，依据背景信息对宇航密封集成电路进行物理解剖成多个单元；对解剖后的多个单元进行性能分析；确定宇航密封集成电路的最小独立要素；对各最小独立要素进行分析，并确定第一分析结果；将至少两个最小独立要素进行组合后分析，确定第二分析结果；基于宇航密封集成电路的应用环境，依据第一分析结果和第二分析结果确定宇航密封集成电路的风险等级。本发明能有效规避早期设计问题，在结构可靠性基因层面为器件把好关，可在早期预示现有试验方法无法暴露的问题，提高器件的自身固有可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及航天技术领域，特别是一种宇航密封集成电路早期筛查与风险预示方法及装置。

背景技术

随着电子元器件小型化、复杂化、多样化地不断发展，芯片集成度高，封装复杂多样，对其设计、优化带来巨大挑战，一旦出现失效定位分析十分困难，需要花费大量的人力、物力，一些超大规模的元器件内部结构存在缺陷，现有的检测技术很难识别出来，无法适应当前设计趋于微型化的发展需求。宇航密封集成电路常用于空间特殊环境，对其结构、功能有新的要求，如果提前进行了结构可靠性基因早期筛查，可以尽早发现问题并及时改进。

宇航密封集成电路的高质量是可以设计、制造出来的，器件的结构中包含着许多重要的可靠性信息，如果结构、功能设计不合理，就会导致器件的固有可靠性不高；由此带来的问题如果发生在器件使用阶段，会给型号任务造成影响，严重时甚至会造成经济或进度上的重大损失。

历史上，国内外的宇航型号在研制和在轨飞行过程中，均出现过由于元器件特别是宇航密封集成电路的设计、结构或工艺不合理而导致的失效，其中一些给型号造成了巨大的影响。

目前的元器件检验标准大多是检验性质的，属于事后检验，而且是符合性检查，一旦出现问题往往后影响整个项目的进程，且产品为成品浪费了大量的经济成本。

宇航密封集成电路结构复杂多样，由于空间环境的特殊性，常规地面的设计在宇航应用领域并不可用，各个结构、材料、工艺等方面均可能存在先天缺陷，为解决上述不足，对宇航密封集成电路可靠性开展早期筛查与风险预示方法研究很有必要。

目前迫切需要宇航密封集成电路可靠性早期筛查与风险预示方法，能在产品前期设计阶段提早发现问题，指导器件生产单位高效改进，争取以最小的代价不断优化产品的质量，高效益的完成元器件研制、投产任务，有力保障型号科研任务的圆满成功。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种宇航密封集成电路早期筛查与风险预示方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种宇航密封集成电路早期筛查与风险预示方法，包括：

确定宇航密封集成电路的背景信息；

依据所述背景信息，对宇航密封集成电路进行物理解剖成多个单元；

对解剖后的多个所述单元进行性能分析；

确定所述宇航密封集成电路的最小独立要素；

对各所述最小独立要素进行分析，并确定第一分析结果；

将至少两个所述最小独立要素进行组合后分析，确定第二分析结果；

基于所述宇航密封集成电路的应用环境，依据所述第一分析结果和所述第二分析结果确定所述宇航密封集成电路的风险等级。

可选地，所述确定所述宇航密封集成电路的最小独立要素的步骤，包括：

将所述宇航密封集成电路的参数输入至宇航元器件结构信息数据库进行匹配；

所述宇航元器件结构信息数据库输出第一匹配结果；

基于所述第一匹配结果，确定所述宇航密封集成电路的最小独立要素。

可选地，所述对各所述最小独立要素进行分析，并确定第一分析结果的步骤，包括：

将所述最小独立要素输入至失效分析数据库和结构分析数据库；

所述失效分析数据库输出第二匹配结果；

所述结构分析数据库输出第三匹配结果；

基于所述第二匹配结果和所述第三匹配结果，对各所述最小独立要素进行分析，确定第一分析结果。

可选地，所述将至少两个所述最小独立要素进行组合后分析，确定第二分析结果的步骤，包括：

将至少两个最小独立要素组合后，输入至失效分析数据库和结构分析数据库；

所述失效分析数据库输出第四匹配结果；

所述结构分析数据库输出第五匹配结果；

基于所述第四匹配结果和所述第五匹配结果，确定第二分析结果。

可选地，所述基于所述宇航密封集成电路的应用环境，依据所述第一分析结果和所述第二分析结果确定所述宇航密封集成电路的风险等级的步骤，包括：

确定宇航密封集成电路的应用环境；

依据所述应用环境、所述第一分析结果以及所述第二分析结果，确定所述宇航密封集成电路的风险等级。

可选地，所述依据所述背景信息，对宇航密封集成电路进行物理解剖成多个单元的步骤，包括：

依据所述背景信息，通过宇航元器件结构信息数据库对宇航密封集成电路进行物理解剖成多个单元，其中，所述背景信息包括以下至少之一：降额要求、散热要求、安装要求、抗力学强度要求、环境温度要求、真空环境要求以及抗辐射要求。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种宇航密封集成电路早期筛查与风险预示装置，所述装置包括：

第一确定模块，用于确定宇航密封集成电路的背景信息；

解剖模块，用于依据所述背景信息，对宇航密封集成电路进行物理解剖成多个单元；

分析模块，用于对解剖后的多个所述单元进行性能分析；

第二确定模块，用于确定所述宇航密封集成电路的最小独立要素；

第三确定模块，用于对各所述最小独立要素进行分析，并确定第一分析结果；

第四确定模块，用于将至少两个所述最小独立要素进行组合后分析，确定第二分析结果；

第五确定模块，用于基于所述宇航密封集成电路的应用环境，依据所述第一分析结果和所述第二分析结果确定所述宇航密封集成电路的风险等级。

可选地，所述第二确定模块包括：

第一匹配子模块，用于将所述宇航密封集成电路的参数输入至宇航元器件结构信息数据库进行匹配；

第一输出子模块，用于所述宇航元器件结构信息数据库输出第一匹配结果；

第一确定子模块，用于基于所述第一匹配结果，确定所述宇航密封集成电路的最小独立要素。

可选地，所述第二分析模块包括：

第一输入子模块，用于将所述最小独立要素输入至失效分析数据库和结构分析数据库；

第二输出子模块，用于所述失效分析数据库输出第二匹配结果；

第三输出子模块，用于所述结构分析数据库输出第三匹配结果；

第二确定子模块，用于基于所述第二匹配结果和所述第三匹配结果，对各所述最小独立要素进行分析，确定第一分析结果。

可选地，所述第四确定模块包括：

第二输入子模块，用于将至少两个最小独立要素组合后，输入至失效分析数据库和结构分析数据库；

第四输出子模块，用于所述失效分析数据库输出第四匹配结果；

第五输出子模块，用于所述结构分析数据库输出第五匹配结果；

第三确定子模块，用于基于所述第四匹配结果和所述第五匹配结果，确定第二分析结果。

可选地，所述第五确定模块包括：

第四确定子模块，用于确定宇航密封集成电路的应用环境；

第五确定子模块，用于依据所述应用环境、所述第一分析结果以及所述第二分析结果，确定所述宇航密封集成电路的风险等级。

可选地，所述第一确定模块具体用于：

依据所述背景信息，通过宇航元器件结构信息数据库对宇航密封集成电路进行物理解刨成多个单元，其中，所述背景信息包括以下至少之一：降额要求、散热要求、安装要求、抗力学强度要求、环境温度要求、真空环境要求以及抗辐射要求。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明主要针对未正式投入应用的宇航密封集成电路，充分识别并合理划分出器件的各组成要素，基于多年来的工程经验积累及故障案例提取，形成具有正反两面的结构可靠性基因数据库，结合器件在宇航应用可靠性方面的联系，既可对设计阶段的器件结构、材料、工艺等方面的合理性进行判别，明确其中不合理结构，同时为后续改进提供建议。本发明能尽早实现宇航应用领域的密封集成电路可靠性筛查与风险预示，在设计阶段揭示该器件在宇航应用环境下存在的不足，有效规避现行试验不能及时暴露的可靠性问题，有效的减少后续经济及周期损失。从宇航密封集成电路设计的早期阶段介入，介入时间早，发现问题后及时帮助生产单位提升器件质量水平，与传统检验试验剔除缺陷相比节约大量的人力、物力及财力，提升国产器件的研制效率及水平。

(2)本发明是结构可靠性基因层面的早期筛查，而现行检验试验方法针对的是器件的整体性能，本发明能有效规避早期设计问题，在结构可靠性基因层面为器件把好关，可在早期预示现有试验方法无法暴露的问题，提高器件的自身固有可靠性。

(3)本发明提供的针对宇航密封集成电路的薄弱点分析结果，不仅停留在定性分析的层面，部分给出了明确的定量化判据，给出的禁用、限用及改进建议针对性强、适用性强，更加全面精准。

(4)本发明基于多年的工程经验积累及失效案例分析，结合特有的宇航应用环境考虑，能更精准的划分单一要素；且在考虑单一要素的分析基础上，创新性的提出了组合要素相干性分析，对于单一要素可靠性达标，但组合后会发生相互干扰的要素进行组合分析，给出组合后对器件性能、结构的可靠性影响，以及在宇航应用环境下的合理性，结果更全面、各具指导意义。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种宇航密封集成电路早期筛查与风险预示方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的一种宇航密封集成电路早期筛查与风险预示方法的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例提供的一种宇航密封集成电路早期筛查与风险预示方法的步骤流程图，如图1所示，该宇航密封集成电路早期筛查与风险预示方法具体可以包括如下步骤：

步骤101：确定宇航密封集成电路的背景信息。

步骤102：依据所述背景信息，对宇航密封集成电路进行物理解剖成多个单元。

依据所述背景信息，通过宇航元器件结构信息数据库对宇航密封集成电路进行物理解剖成多个单元，其中，所述背景信息包括以下至少之一：降额要求、散热要求、安装要求、抗力学强度要求、环境温度要求、真空环境要求以及抗辐射要求。

通过宇航密封集成电路的性能特点，了解各个组成部分的作用，从器件功能性、可靠性、环境适应性、安全性、装联适应性、设计工艺性等等方向对目标宇航密封集成电路进行全面物理解剖。

宇航元器件结构信息数据库为根目录，下分为13个分支，其中1个为共性结构及工艺分支，对所有类型元器件均需关注的结构及工艺进行梳理，形成列表说明；其余12个为12大类宇航常用元器件分支，每大类元器件分支下依据宇航应用频率细分为小类，每个小类依据情况下设基础信息、典型结构、失效模式、失效机理及应用注意事项等板块，数据库定期进行维护将新型器件相关信息按板块分类录入，便于后续查询与积累。

步骤103：对解剖后的多个所述单元进行性能分析。

步骤104：确定所述宇航密封集成电路的最小独立要素。

在本发明实施例的一种具体实现方式中，步骤104具体可以包括：

子步骤A1：将所述宇航密封集成电路的参数输入至宇航元器件结构信息数据库进行匹配。

子步骤A2：所述宇航元器件结构信息数据库输出第一匹配结果。

结构分析数据库积累历年来发生过的元器件结构分析案例，录入信息的模块类型除元器件基本的型号规格、型号批次、生产单位等信息外，还包括分析结论及总结论信息，其中总结论决定了该类器件后续是否能够应用于宇航，分析结论里包括了器件结构、工艺及材料等详细信息，为后续类似器件的结构分析提供思路及经验。

结构分析数据库将宇航密封集成电路的参数信息依次与结构分析数据库中的各个数据进行匹配，在匹配成功后，结构分数数据库输出第一匹配结果。

子步骤A3：基于所述第一匹配结果，确定所述宇航密封集成电路的最小独立要素。

对解剖后的单元进行性能分析，识别其中与宇航密封集成电路整体性能相关的关键单元，查阅结构分析数据库等，明确同类器件的生产、设计情况，综合整理形成具有独立功能的最小结构、功能要素。

步骤105：对各所述最小独立要素进行分析，并确定第一分析结果。

在本发明实施例的一种具体实现方式中，步骤105具体可以包括：

子步骤B1：将所述最小独立要素输入至失效分析数据库和结构分析数据库。

失效分析数据库接收用户输入的各最小独立要素，失效分析数据库将各个最小独立要素与失效分析数据库中的各数据进行匹配。

结构分析数据库接收用户输入的各最小独立要素，结构分析数据库将各个最小独立要素与结构分析数据库中的各数据进行匹配

子步骤B2：所述失效分析数据库输出第二匹配结果。

失效分析数据库将与最小独立要素类似或者相同的数据进行输出，以供用户参考。

子步骤B3：所述结构分析数据库输出第三匹配结果。

结构分析数据库将与最小独立要素类似或者相同的数据进行输出显示，以供用户作为参考。

子步骤B4：基于所述第二匹配结果和所述第三匹配结果，对各所述最小独立要素进行分析，确定第一分析结果。

失效分析数据库积累历年来发生过的元器件失效分析案例，录入信息的模块类型除元器件基本的型号规格、型号批次、生产单位等信息外，主要包括失效模式、失效性质、失效原因、失效时间、失效原因、分析结论、是否批次性问题等信息，便于后续分类查询，更快速的筛查出同类缺陷等信息，特别是某类器件的固有质量缺陷，研究出缺陷的检验方法及改进措施，为该类元器件后续质量提升提供帮助。

例如：宇航密封集成电路主要划分为封装、互联及芯片三大部分。每个部分又分为多个单元，封装包含标识、管壳、外引线等，互联包含芯片粘接、引线键合等，芯片包含顶层钝化、金属化、层间介质、扩散等。

充分了解各要素的结构、功能特点，以最小要素为单位进行要素的分析，依托失效分析数据库、结构分析数据库，明确各要素多发的质量问题，对比已成熟应用的同类型先进器件要素，进行全面缺陷筛查，总结提炼后形成宇航密封集成电路各要素优劣的判据，对关键要素需重点关注的事项，列举全面的质量问题改进及提升建议。

针对以上最小独立要素进行分析具体可以为：标识部分应注意标识完整性、牢固度等检查，便于使用观察，针对激光打标类器件注意打标深度不能过度从而暴露底层金属，后续在潮湿等环境下存在腐蚀的风险。

管壳部分应注意密封器件特有的气密性检查、内部水汽含量检查等，宇航密封集成电路管壳内外禁止使用纯锡，避免后续空间环境下生长锡须，危害器件电性能，建议使用含铅量3％以上的焊料。

外引线部分禁止使用纯锡镀层、外镀层为纯金下层必须有阻挡层、引线与管壳的材料匹配性等。

芯片粘接部分禁止使用纯玻璃粉进行芯片粘接，导电胶粘接芯片应注意粘接高度不能到达芯片表面金属化区域等。

引线键合部分要求键合工艺选择合理，键合丝弓丝弧度一致，破坏性键合拉力数据一致性，不允许脱键等。

顶层钝化部分要求均匀完整，应覆盖除键合区及测试点以外的所有芯片表面区域等。

金属化部分要求各层金属层图形应完整，不应存在搭接、划痕、空洞、凹槽等缺陷。

层间介质部分要求层间介质材料、结构应合理，形成工艺和质量应良好，其介电常数、厚度应能满足芯片的绝缘和耐ESD的要求等。

扩散部分要求扩散区边缘规整清晰，不应存在突出或凹陷，扩散区氧化层中不出现干涉条纹等缺陷，芯片应有相应的抗辐射加固设计、冗余设计等。

步骤106：将至少两个所述最小独立要素进行组合后分析，确定第二分析结果。

在本发明实施例的一种具体实现方式中，步骤106具体可以包括：

子步骤C1：将至少两个最小独立要素组合后，输入至失效分析数据库和结构分析数据库。

针对两个及以上组合的最小独立要素后的组合要素，将组合要素输入至失效分析数据库和结构分析数据库中，进行数据匹配。

需要说明的是，对最小独立要素进行组合时，可以将两个最小独立要素进行组合为一个组合要素，还可以将三个最小独立要素进行组合为一个组合要素。本发明实施例对此不作具体限制。

子步骤C2：所述失效分析数据库输出第四匹配结果。

失效分析数据库依据接收的两个最小独立要素的组合后，将两个最小独立要素与失效分析数据库中的数据进行匹配，并输出第四匹配结果。

子步骤C3：所述结构分析数据库输出第五匹配结果。

结构分析数据库依据接收的两个最小独立要素的组合后，将两个最小独立要素的组合与结构分析数据库中的数据进行匹配，并输出第五匹配结果。

第四匹配结果和第五匹配结果均供用户进行参考并且使用。

子步骤C4：基于所述第四匹配结果和所述第五匹配结果，确定第二分析结果。

针对两个及以上组合后的要素，要进行组合要素相干性分析，依托失效分析数据库、结构分析数据库，对比已成熟应用的同类型先进经验，明确各要素组合后存在的功能上的干扰问题，形成判别组合要素优劣的判据。

具体分析过程例如：

某器件内部采用低温焊料，其焊料的融化温度不满足最终安装使用条件，安装温度可能会导致内部焊料的熔化，从而导致芯片脱落；器件内部使用多种焊料时同样需要注意合理设置焊料融化的温度梯度，遵循先高后低的原则。

针对器件外引线没有水平引出的部分，器件安装后焊点与管壳之间缺少应力释放结构，无法进行应力释放，在热应力或机械应力作用下存在焊点、管壳等部位开裂风险，后续应关注相关的装联匹配性方面的问题。

大尺寸LCCC器件封装与FR4印制板存在热失配问题，在FR4印制板上直接焊装易发生焊点疲劳开裂失效，针对器件管壳与印制板材料方面的热匹配性方面问题需关注。

内引线和键合区域的材料建议采用同种材料，同质键合的可靠度高，异质键合特别是金铝键合，在一定条件作用下存在产生柯肯达尔空洞的风险，导致键合强度下降甚至脱键，影响器件电性能，针对各类异质键合的组合情况，需重点关注，必要时制定针对的考核试验，验证其可靠性优劣。

步骤107：基于所述宇航密封集成电路的应用环境，依据所述第一分析结果和所述第二分析结果确定所述宇航密封集成电路的风险等级。

在本发明实施例的一种具体实现方式中，步骤106具体可以包括：

子步骤D1：确定宇航密封集成电路的应用环境。

子步骤D2：依据所述应用环境、所述第一分析结果以及所述第二分析结果，确定所述宇航密封集成电路的风险等级。

宇航密封集成电路的应用环境较为特殊，对结构、材料、工艺等有特殊要求，最后要在宇航应用环境的特殊要求方面进行缺陷筛查，形成元器件的整体优劣判断。

某宇航密封集成电路采用分体式热沉，筛查结果为不合理结构，因为在空间真空环境中器件产生的热量无法扩散到空气中，主要的散热方式为热传导，分体式热沉不但降低了可靠性，而且会大大降低散热效果，因此建议改为一体式热沉。

经过各类要素识别与划分、要素优劣判据方法的确定、宇航环境适应性等步骤完成宇航元器件可靠性的早期筛查。

将早期筛查形成的各个判定结果依据风险性高低、影响性高低等进行权重排序，明确预示宇航密封集成电路的可靠性风险。

从宇航密封集成电路设计的早期阶段介入，介入时间早，发现问题后及时帮助生产单位提升器件质量水平，与传统检验试验剔除缺陷相比节约大量的人力、物力及财力，提升国产器件的研制效率及水平。

实施例二

参照图2，示出了本发明实施例提供的一种宇航密封集成电路早期筛查与风险预示装置的结构示意图。具体地，所述装置包括：

第一确定模块201，用于确定宇航密封集成电路的背景信息；

解剖模块202，用于依据所述背景信息，对宇航密封集成电路进行物理解剖成多个单元；

分析模块203，用于对解剖后的多个所述单元进行性能分析；

第二确定模块204，用于确定所述宇航密封集成电路的最小独立要素；

第三确定模块205，用于对各所述最小独立要素进行分析，并确定第一分析结果；

第四确定模块206，用于将至少两个所述最小独立要素进行组合后分析，确定第二分析结果；

第五确定模块207，用于基于所述宇航密封集成电路的应用环境，依据所述第一分析结果和所述第二分析结果确定所述宇航密封集成电路的风险等级。

可选地，所述第二确定模块包括：

第一匹配子模块，用于将所述宇航密封集成电路的参数输入至宇航元器件结构信息数据库进行匹配；

第一输出子模块，用于所述宇航元器件结构信息数据库输出第一匹配结果；

第一确定子模块，用于基于所述第一匹配结果，确定所述宇航密封集成电路的最小独立要素。

可选地，所述第二分析模块包括：

第一输入子模块，用于将所述最小独立要素输入至失效分析数据库和结构分析数据库；

第二输出子模块，用于所述失效分析数据库输出第二匹配结果；

第三输出子模块，用于所述结构分析数据库输出第三匹配结果；

第二确定子模块，用于基于所述第二匹配结果和所述第三匹配结果，对各所述最小独立要素进行分析，确定第一分析结果。

可选地，所述第四确定模块包括：

第二输入子模块，用于将至少两个最小独立要素组合后，输入至失效分析数据库和结构分析数据库；

第四输出子模块，用于所述失效分析数据库输出第四匹配结果；

第五输出子模块，用于所述结构分析数据库输出第五匹配结果；

第三确定子模块，用于基于所述第四匹配结果和所述第五匹配结果，确定第二分析结果。

可选地，所述第五确定模块包括：

第四确定子模块，用于确定宇航密封集成电路的应用环境；

第五确定子模块，用于依据所述应用环境、所述第一分析结果以及所述第二分析结果，确定所述宇航密封集成电路的风险等级。

可选地，所述第一确定模块具体用于：

依据所述背景信息，通过宇航元器件结构信息数据库对宇航密封集成电路进行物理解刨成多个单元，其中，所述背景信息包括以下至少之一：降额要求、散热要求、安装要求、抗力学强度要求、环境温度要求、真空环境要求以及抗辐射要求。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。