MIL-STD-883

MIL-STD-883仍然是集成电路可靠性升级的最好依据以前，MIL-STD-883一直是满足高可靠性应用的通用标准，但是随着COTS的推广，采用军用规范开始减少，很多军用和航空项目开始转向用提高商用元器件等级的方法来满足专用需求。成功提高IC等级（现在也称做向上筛选）的关键在于明确应用的准确需求。还有一个重要的问题就是，了解预期供货商在元器件级高可靠性方面的传统情况，最好选择一个在其设计和生产过程以MIL-STD-883为基础的厂商。目前很多IC厂商都在过程流程中都采用了MIL-STD-883的部分规范。在评价IC供货商时，可靠性历史、可靠的技术基础和设计实践是理想的选择出发点。然后再根据详细的内容来选择供货商，如最优的过程技术可用性、在复杂数据收集和保持所支持的生产过程中合适的检查和测试技术。为什么选择MIL-STD-883采购方对对抗环境和任务关键条件下应用的COTSIC坚持要求商用等级IC产品有更严格的生产技术、流程和资格，从而拉动了为适应军用要求进行的非破坏性试验，来克服早期半导体中出现失效。除了非破坏性试验，其他由MIL-STD-883引出的试验和程序也在商用实践中找到了相应的应用。“类似883”的试验很快成为商用IC生产流程质量审核中的可靠性检验条款。（见表1）。表1给出的是向供货商推荐的在认为器件适合升级之前应该对其标准的COTSIC产品所进行的生产试验、检查和程序。值得注意的是，这些最好的商业时间产品流程与MIL-STD-883过程是非常相似的。也就是说，MIL-STD-883仍然为成功实现升级提供了很好的基础。表1高可靠器件的MIL-STD-883组合/试验/筛选工程流程比较高可靠器件的MIL-STD-883组合/试验/筛选工程流程比较芯片外观检查（二次目测，TM2010）条件B*芯片粘着试验（螺栓牵拉，TM2027）批次合格*破坏性引线结合牵拉试验（TM2011，条件D）批次合格*1内部检查（三次目测，TM2010）条件B*（100%）抗溶解性（标记不变性，TM2015）批次合格*温度循环（TM1010）10个循环，条件C恒定加速（离心机，TM2001）条件D粗细检漏需要2室温电试验（商用试验）需要*动态内燃（TM1015）80hrs，150℃室温下过内燃电试验需要允许缺陷百分比（PDA，TM5004）PDA5%总体在-55℃和+125℃的最后电试验需要3室温下QA电试验注4外部外观检查需要*器件封装（存储）需要*A组（组合特定批次点参数试验）在注3温度下100%B组（组合特定批次试验）B等级B组试验注：*.表示大多数厂商对商用产品都会进行的测试；1.对MIL-STD-883，至少4单元/批次，10线路/单元；2.通常对QA样本所做的商用试验；3.在室温下进行的商用最后电试验；4.商用-0.1%AQL样本试验，MIL-STD-883所需流程；5.商用流程中大多数可编程产品做的模型试验。可靠性是任务关键应用中的关键因素什么样的选择会使COTS成为基于MIL-STD-883解决方案的可用替代品的可能性增加呢？采用COTSIC的趋势主要是受到了专用标准发展的推动。其他推动力还包括：·改进的生产专业技能和技术使得IC可靠性得到增加；·高可靠专业技能和实践向商用IC生产的转移；·缩短的产品和生产过程寿命周期；·再设计费用的增加；·专用集成电路（ASIC）非循环工程费用极限的提高；但是，这些推动因素的存在仅仅是作为一个积极的因素，对某些类似于883的条款还有待于更深入详细的研究。无论是MIL-STD-883还是基于COTS升级的解决方案，最终还是需要供货商有很好的非间断性可靠性传统。这种历来的可靠性传统必须是在相当长的时期内覆盖生产过程的整个范围经过连续论证的熟练或精通程度。而且，这种传统必须经过由可获得的连续可靠性数据流得到的测试结果来验证。通过图1可靠性金字塔可以看出可靠性要素不间断连续性的重要性。图1可靠性金字塔，为成功获得最佳升级定义了供货商所需的可靠性要素。COTSIC的可靠性对任务成功是非常重要，它是在形成金字塔的几个步骤的连续向上的情况下建立起来的。内置IC产品可靠性的基础是在能够实施一套连续设计原则方面的固有技术，实现具有最小长期漂移的稳定半导体过程。在此基础上建立更高的层次：健全的生产实践。可靠性金字塔的第三层含有精确、可追踪可靠性数据的完善数据库，可以对过程和实践进行监控。但是大多数精确详尽的可靠性数据都无法解决任何下面两层，即过程和实践中固有的弱点。金字塔的最顶层代表了成功的理想结果，而且只有通过历来的元器件高可靠性传统才可能到达。过程技术：可靠性基础成功实现基于COTS升级最重要的考虑是IC供货商的可靠性链。可靠性链的第一个环节是供货商IC芯片过程技术、管理制造方法和生产一致性。第一个环节关系到技术健壮性，因为它生产出来的IC具有给定的电特性，并只对过使用、超时和超过温度范围的电变化进行监控。例如，在航空电子应用中，健壮性过程向那些在整个寿命周期中，尽管暴露在运行和存储的温度极限和冲击振动中，仍然保持同样性能的系统提供IC。健壮性过程的稳定性还向需要在10到20年（或更长）的时间内在受到发射冲击和振动和长时间掉电后仍然保持同样的性能的系统提供IC。随着亚微粒技术的发展，芯片生产过程中工艺的变化对IC电性能的影响更大。随着平面技术的引入，芯片的大批量生产就一直是保持过程稳定性的关键因素之一，以便为变化趋势和原因分析提供更强大的过程统计基础。大批量生产商用IC产品与小批量、专用芯片生产厂相比，能提供更加充足的数据，从而维持更好的过程稳定性，并改进可靠性和并借助改进的生产降低费用。这与小批量生产ASIC产品不同，因为大批量意味着产品的稳定性。而过程稳定性是通过在大批量产品运行过程中得到的大量分析数据得到改进的。第二阶段：良好的设计实践和FPGA在可靠性金字塔中第二个重要问题是适合应用的好的过程选择以及充分的设计实践。预期的应用可能给出的是一个给定的、比其他方法更可靠、费效比更好的过程技术和已有的设计方法。作为从生产过程和结构中受益的例子，抗熔化FPGA成功地实现了在有辐射倾向的环境中高可靠运行。对军事应用来说，抗熔化过程本身就是不容易受辐射的。这一特性使得抗熔化FPGA是适合对抗辐射环境保证可靠性的最佳选择，这对近地地球同步轨道运行是非常有用的。保守设计和坚持充分的实践在COTSIC设计中是经过了它在广泛应用和运行环境中的成功以及在大批量生产中比常规的ASIC更加成功验证的。因此，通常在COTS设计中的固有缺陷比ASIC会更早的暴露出来。可测试性的设计也是一个重要的因素，并且是通往可靠性金字塔下一阶段的桥梁。如果不能接近电路节点，是无法对它进行测试的。因此，可测试性中重要的一个部分就是在IC封装前到达每个关键电路。仍然以FPGA做例子，从设计的本质上来看，与ASIC相比，抗熔化FPGA的每个逻辑连接在编程之前都是可以到达的。这一特性大大提高了可靠性，因为它保证所有的电路元素，例如门氧化物，节点和金属线，以及抗熔化本身，都是经过应力试验的并随后经过检查。通过抗熔化过程，每个晶体管都经过了测试，而对用其他技术而不是抗熔化做逻辑互连的FPGA不是每个晶体管都必须经过测试的。收集和测试正确的可靠性数据在可靠性金字塔中第三项重要的考虑是从适当的检查和试验中得到的测试结果。筛选的类型和试验的描述在MIL-STD-883本身的规范中都有很好的文档说明。另外，还可以获得大量的文本，这些文本讨论的是与规范一体的试验和流程理论。在某些例子中，这些文本还讨论了规范中没有给出的用以强调特定特性而做的不同试验的优点。例如，MIL-STD-883没有给IC的出抗辐射能力或难度，而这一特性在可靠性中可能是预期使用位置所需的函数。COTS向上筛选的好处商用IC产品随温度范围和过测试过程等级不同而具有相当大的区别，这使得在原型和产品中使用费效比最好的、可靠的COTSIC的潜力大大提高。比如，费用低、功能符合并且适用的IC可以在试验、原型和系统开发中使用，而经过后面花费一定费用进行筛选或抗辐射的元器件，就可以在实际应用中使用了。或者，如果子系统不需要全部MIL-STD-883流程中的所有一般和经过验证的可靠性特性，可以考虑对可靠的供货商提供的COTSIC进行升级，提供给所有或部分开发和生产过程使用。在进行温度标准或IC元器件的选择时，应考虑操作环境和系统的使用。现在提供的很多IC既可以满足标准商用（0℃～+55℃）（-40℃～+85℃）、工业应用，也满足军用（-55℃～+125℃）的温度范围。