浅谈电子元器件的质量等级

为了保证军用元器件的质量,我国制订了一系列的元器件标准。在七十年代末期制订的“七专”7905技术协议和八十年代初期制订的“七专”8406技术条件(以下统称“七专”条件),“七专”技术条件是建立我国军用元器件标准的基础,目前按“七专”条件或其加严条件控制生产的元器件仍是航天等部门使用的主要品种。(注:“七专”指专人、专机、专料、专批、专检、专技、专卡)根据发展的趋势, “七专”条件将逐步向元器件的国家军用标准(GJB)过渡。从八十年代开始,我国军用标准化组织参照美国军用标准(MIL)体系建立了GJB体系,其中元器件的标准有规范、标准、指导性技术文件三种形式:

a. 规范—主要包括:元器件的总规范和详细规范,这两种规范统称产品规范。

b.  标准—主要包括:试验和测量标准、质量保证大纲和生产线认证标准、元器件材料和零件标准、型号命名标准、文字和图形符号标准等;

c. 指导性技术文件—主要包括:指导正确选择和使用元器件的指南、用于电子设备可靠性预计的手册、元器件系列型谱等。

根据我国的具体情况,军标分为国家军用标准、行业军用标准、企业军用标准三个级别。

什么是元器件规范?

元器件规范主要包括:元器件的总规范(通用规范)和详细规范两个层次。总规范对某一类元器件的质量控制规定了共性的要求,详细规范是对某一类元器件中的一个或一系列型号规定的具体的性能和质量控制要求,总规范必须与详细规范配套使用。元器件的产品规范是元器件生产线认证和元器件鉴定的依据之一,也是使用方选择、采购元器件的主要依据。

已发布的军用元器件总规范中,影响较大的总规范及其参照采用的MIL标准如下表所示。

1 国军标总规范及其等效采用的美国军用标准

序号

国军标编号

国军标名称

等效采用的美军标编号

1

GJB 33A-97

半导体分立器件总规范

MIL-S-19500H

2

GJB 597A-96

半导体集成电路总规范

MIL-M-38510G

3

GJB 2438-95

混合集成电路总规范

MIL-H-38534C

4

GJB 63B-2001

有可靠性指标的固体电解质钽电容器总规范

MIL-C-39003

5

GJB 65B-99

有可靠性指标的电磁继电器总规范

MIL-R-39016

什么是标准?

标准是国家军用标准体系中除了规范、指导性技术文件以外的另一种形式。

2 国军标方法标准及其等效采用的美国军用标准

序号

国军标编号

国军标名称

等效采用的美军标编号

1

GJB 128A-97

半导体分立器件试验方法

MIL-STD-750H

2

GJB 360A-96

电子及电气元件试验方法

MIL-STD-202F

3

GJB 548A-96

微电子器件试验方法和程序

MIL-STD-883D

4

GJB 1217-91

电连接器试验方法

MIL-STD-1344A

5

GJB 3157-98

半导分立器件失效分析方法和程序

无相应的美军标准

6

GJB 3233-98

半导体集成电路失效分析程序和方法

无相应的美军标准

7

GJB 4027-2000

军用电子元器件破坏性物理分析方法

MIL-STD-1580A

什么是元器件的质量认证?

最早的的质量认证是七专线审查,由当时的五所数据中心审查,依据规定,必须经“七专线”及产品经过审核、批准、公布(七专目录)的产品,才可以打上“G”的标记。

90年代初期开始的军标认证,是依据国家军用标准的认证。其认证机构是由原国防科工委授权的中国军用电子元器件质量认证委员会,它独立于元器件的生产方和使用方,所以属于第三方认证。

质量认证包括两方面的内容:一是对于元器件生产单位质量保证能力的评定;二是对其所生产的元器件进行鉴定或考核,合格者列入合格产品目录(QPL)或合格生产厂目录(QML)。

除了原国防科工委授权的军用元器件质量认证机构外,军工行业也可授权具有认证能力的单位按标准或法规性文件,对元器件生产单位的质量保证能力进行考察,以及对其生产的产品进行鉴定或考核,合格者列入该军工行业合格产品目录。为了区别于由国家授权的质量认证,将军工行业授权的质量认证,称为质量认定,由于军工行业是元器件的用户,所以质量认定也可称为用户认证或第二方认证。

凡已通过质量认证,其认证条件能满足军工产品质量要求的元器件,可不再进行质量认定。凡未经过质量认证或其认证条件不能满足军工产品质量要求的元器件及其生产单位,军工行业的有关部门认为必要时可组织人员进行质量认定。

元器件的质量等级

根据用途,元器件的质量等级可分为:用于元器件生产控制、选择和采购的质量等级和用于电子设备可靠性预计的质量等级两类,两者有所区别,又相互联系。

a)用于元器件生产控制、选择和采购的质量等级

元器件的质量等级与其生产过程执行的规范是密不可分的,规范要求质量控制的严格程度,决定了元器件质量等级的高低。在大多数军工产品中采用国产元器件的质量等级分为:(七专)7905、(七专)8406、(七专)840611A(半导体分立器件)、(七专)补充技术协议、国军标(GJB)等五种。前四种可以认为是四种质量等级,而国军标由于参照采用了美国军用(MIL)标准,其质量等级的分类方法比较复杂,器件分为3~4个质量保证等级(简称质量等级);元件分为有可靠性指标的和无可靠性指标的两类,对于有可靠性指标的元件可分为若干个失效率等级。

国军标元器件的质量等级包括了:器件的质量保证等级和有可靠性指标元件的失效率等级,如下表所示。

表3 国军标元器件质量分级

序号

元器件类别

依据标准

质量分级(从低到高)

1

半导体分立器件

GJB33A-97

质量保证等级分为:JP(普军级)、JT(特军级)、JCT(超特军级)、JY(宇航级)

2

半导体集成电路

GJB597A-96

质量保证等级分为:B1级、B级、S级

GJB597B-2012

质量保证等级分为:B级、BG级、S级

3

混合集成电路

GJB2438-95

质量保证等级分为:H1级、H级、K级

GJB2438A-2002

GJB2438B-2017

质量保证等级分为:D级(民品级)、G(工业级)、H级(普军级)、K级(宇航级)

4

有可靠性指标的元件

相应的元件总规范

失效率等级分为:L(亚五级)、M(五级)、P(六级)、R(七级)、S(八级)

进口元器件的质量分级更为复杂,考虑到较多的是采用美国军用元器件及部分欧洲空间局(ESA)元器件,所以简要介绍MIL和欧洲空间局空间元器件协调组(ESA/SCC)元器件质量分级的情况。

美军标元器件的质量分级如下表所示。

表4 美军标元器件质量分级

序号

元器件类别

依据标准

质量分级(从低到高)

1

半导体分立器件

MIL-S-19500

质量保证等级分为:JAN(普军级)、JANTX(特军级)、JANTXV(超特军级)、JANS(宇航级)

2

微电路

MIL-M-38510

质量等级及保证等级分为:883级及B级、S级

3

混合集成电路

MIL-PRF-38534

质量保证等级分为:D级、E级、G级、H级、K级

4

半导体集成电路

MIL-I-38535

质量保证等级分为:M级、Q级、V级

5

有可靠性指标的元件

相应的元件总规范

失效率等级分为:L(亚五级)、M(五级)、P(六级)、R(七级)、S(八级)

 

b)用于电子设备可靠性预计的质量等级

当按GJB/Z 299CMIL-HDBK-217进行电子设备可靠性预计时,在该标准中列出了另一种质量等级与表3或表4列出的质量保证等级及失效率等级有一一对应的关系,例如表5所示。由于质量保证等级及失效率等级有时也可简称为质量等级,所以两者很易混淆。但只有军用级元器件才有质量保证等级及失效率等级,而对于所有元器件都有进行可靠性预计的质量等级,这是两者是主要的差别。

表5半导体单片集成电路

质量等级

质量要求说明

质量要求补充说明

A

A1

符合GJB597A,且列入军用电子元器件合格产品目录(QPL)的S级产品

符合GJB597-1988,且列入军用电子元器件合格产品目录(QPL)的S级产品

A2

符合GJB597A,且列入军用电子元器件合格产品目录(QPL)B级产品

符合GJB597-1988,且列入军用电子元器件合格产品目录(QPL)B级产品

A3

符合GJB597A,且列入军用电子元器件合格产品目录(QPL)B1级产品

符合GJB597-1988,且列入军用电子元器件合格产品目录(QPL)B1级产品

A4

符合GJB4589.1的Ⅲ 类产品或经中国电子元器件质量认证委员会认证合格的Ⅱ类产品

按QZJ840614~840615“七专”技术条件组织生产的I、IA产品;符合SJ331 I、IA类产品

B

B1

军用标准的筛选要求进行筛选的B2质量等级产品符合GB/T4589.1的Ⅱ类产品

按“七九O五”七专质量控制技协议组织生产的产品;符合SJ331的Ⅱ类产品

B2

符合GB/T4589.1的I类产品

符合SJ331的Ⅲ类产品

C

C1

-

符合SJ331的IV类产品

C2

低档产品

注:其他元器件的可靠性预计质量等级与质量保证等级的对应关系见GJB/Z299C。

用于可靠性预计的元器件质量等级,都对应着不同的质量系数πQ,参见GJB/Z299C,它反映了同类元器件不同质量等级的相对质量差异。例如下表中的S级微电路的工作失效率,较B级改善了4(1/0.25)倍;较883级改善了8(2/0.25)倍。

表6 所有微电路的MIL-STD-217F noticeⅡ 质量等级对照表

级别

说  明

质量系数

S

1.完全按照MIL-M-38510的S级要求采购的。

2.完全按照MIL-I-38535及其附录B(U级)采购。

3.混合微电路:按照MIL-H-38534的S级要求(质量等级K)采购

0.25

B

1.完全按照MIL-M-38510的B级要求采购的。

2.完全按照MIL-I-38535(Q级)采购

3.混合微电路:按照MIL-H-38534的B级要求(质量等级H)采购

1.0

B-1

完全符合MIL-STD-883的1.2.1条的所有要求并根据MIL图样、DESC图样或其他政府批准的文件采购(不包括混合微电路)。对于混合微电路使用下面的用户筛选程序。

2.0

B-2

(217E)

不完全符合MIL-STD-883的第1.2.1节的要求,并按照政府批准文件,包括卖方等效的B级要求进行采购。

5.0

D

(217E,217F)

完全密封的具有正规可靠性筛选和制造厂质量保证措施的器件,非密封的用有机材料封装的器件必须承受160小时125℃老炼,以终点电气控制的10个温度循环(-55℃125℃)和100℃高温连续试验。

10.0

 

c)元器件两种质量等级的比较

GJB/Z299C规定用于可靠性预计国产元器件的质量等级与国军标产品规范规定的质量等级(包括:质量保证等级及失效率等级)的对应关系,如下表所示。

表7  GJB/Z299C与军用产品规范质量等级的对照(举例)

GJB/Z 299C规定的质量等级

国军标总规范规定的质量等级(含“七专”)质量保证等级

单  片

集成电路

混  合

集成电路

半导体

分立器件

有可靠性指标的电容器

有可靠性指标的继电器

无可靠性指标的元件

A

A1

S

K

JY

S(B)、R(Q)P(L)、M(W)

M(五级W)

与有可靠性指标的最低一个级别同,例如对于电容器同A1W,对于继电器同A2同,其他依次类推。

A2

B

H

JCT

G

L(亚五级Y) 或G

G

A3

B1

G

JT

无此种表示

A4

G

D

JP或Ga

B

B1

“七九O五” 有附加质量要求的B2质量等级的产品

B2

无相应的国军标等级,执行国标或行标的产品

C

C1

无相应的国军标等级,执行行标的产品

C2

低档产品,无相应的国军标等级

说明:

1) G---是指执行QZJ8406xx产品的质量等级

2) Ga---在此仅代表执行QZJ840611A产品的质量等级,  在部分购销合同中出现的G+G++是指“七专”加严。

3) 对于有可靠性指标的元件,其可靠性预计的质量等级又依据其失效率等级将A1细分为:A1W (对应失效率五级)、A1L(对应失效率六级)、

    A1Q (对应失效率七级)、A1B(对应失效率八级)等。

通常我们在使用微电路时,经常将微电路按其使用范围为-55℃~+125℃的产品称为“军品”;将使用温度范围为-40℃~85℃的产品称为“工业品”;将0℃~70℃的产品称为民品,但必须注意,这种划分方法只是按照“使用温度范围”这一性能特性来分档的,这种划分方法没有将器件的质量、可靠性特考虑在内。也就是说,具有使用温度范围-55℃~125℃这一性能性的器件其失效率可能是非常高的,其质量特性可靠性最多相当于表7中的D级,其失效率是QPL-38510级的10倍。

严格来说,将符合军用温度范围(-55℃~+125℃)的产品称为“军品”是不正确的。在国外,“军品”的概念是指建立了相应的详细军用规范,并按该规范的要求进行生产且列入微电路合格产品目录QPL-38510中的产品。这种产品也称为JAN产品。“JAN”是美国政府为军用产品(元器件)注册的专利标记。由表7可以看出,QPL的微电路较其它级别的产品具有很低的失效率。

质量标记

一些不规范或不正确的质量等级,主要表现在不同类别元器件、不同标准元器件的质量等级混用,例如,检查中发现质量等级的写法有:军级、军品、普军品、普军级、普军标、B1、B1 A4、A4 、企军标、国军标、美军标等写法。这些写法有的是对的,但用错地方;有的不严谨,有的可能是一种习惯,有的则过于简单,有的根本就不是质量等级,虽然原因很多,但根本的是对质量等级的概念、划分不清楚、不理解。

这种混乱对元器件的质量控制是不利的,特别是在采购合同中出现时,更容易造成质量与经济的损失。例如,对于集成电路的质量等级“B1”和“B1”,其所反应的产品质量和价格是完全不同的。“B1”是产品生产的控制等级,是指符合 GJB597A列入质量认证合格产品目录(QPL)的B1级产品(即经贯标认证的产品);B1是可靠性预计的质量等级,是GJB/Z299C的表示方法。它是指按GJB597A的筛选要求进行筛选的B2质量等级的产品或符合GB4589.1的Ⅱ类产品,它实际上是民用产品按军用要求进行筛选的产品。这两种质量等级的产品在价格上差10~30倍左右,失效率相差3.5倍(依据GJB299C)。

下面举几个典型的混用的例子:

GJB299质量等级与质量保证等级的混用

质量保证等级:指该产品生产执行总规范中的质量保证等级如GJB597A-96的S、B、B1级,用于元器件生产控制、选择和采购的质量等级;

可靠性预计质量等级:用于电子设备可靠性预计的质量等级,用于可靠性设计、预计、总体控制。

标记易混淆:B1(质量保证等级,仅仅适应于微电路----中国特色)

B1(可靠性预计质量等级,适应于几乎所有国产元器件)

B-1(可靠性预计质量等级,适应于进口集成电路)

认证与非认证产品的混淆

例如:“J级”(或 图片16.png)与“军级”的表示就有完全不同的含义。

严格讲“J级”(或 图片16.png)是指“军标认证”后所赋予产品的一个质量等级,称之为军级,是指按照有关规定,通过了相应级别的国家军用标准认证并在QPL表上公布的产品的质量等级; “军级”是一种口语化的或习惯的或默认的表示,其产品可能没有经过认证,但可能已经按国军标或“七专”技术条件或其他军用附加技术条件的要求进行考核,也可能是自诩的。因此,在采购时除应注明总规范,详细规范,技术条件及其质量保证外,还应特别注明考核依据的军用规范或附加进行考核的内容。

不同产品类别质量等级混用

例如:晶体管用B1级或J级或W级;阻容元件或集成电路用 (GP/GT/GCT), (JP/JT/JCT)表示,集成电路用 W级,L级表示等都是不对的。这主要是由于对产品总规范和QPL表不了解所致。

因此,在产品的采购文件中或设计文件中所引用的质量等级表示一定要符合GJB299C和各类元器件总规范的要求,不要互相混淆;在采购文件中应注明其总规范,详细规范,技术条件及质量保证等级。对于元器件生产单位声称其提供的是认证产品时,应查询认证证书,并特别注意认证的质量等级是什么,例如,对于一个晶体管,其认证等级可以是:JP,也可以是JT,两种等级的要求不同,在证书上会注明。

对于采购没有经过认证的“军级”产品时,由于很容易产生理解不同的情况,除必须在采购文件中注明总规范,详细规范,技术条件及其质量保证等级外,还应特别注明考核依据的军用规范或进行考核的附加内容。