ESCC规范体系最新变化分析

朱恒静，陈佳怡

（中国航天宇航元器件工程中心，北京 100094）

ESCC规范体系最新变化分析

朱恒静，陈佳怡

（中国航天宇航元器件工程中心，北京 100094）

ESCC规范体系一直都在不断地发展和完善，近期对众多的规范进行了改版，增加了部分基础规范，补充了新的元器件类别的相关标准，提出了生产工艺过程能力认可的鉴定要求。介绍了ESCC标准体系的现状，对规范体系的最新变化进行了详细的分析，为我国宇航元器件标准体系的建立提供了一定的借鉴。

元器件；基础规范；通用规范；能力认可

0 引言

英国电气标准协调委员会 （ESCC）规范体系的目的是改善高可靠元器件的可获得性，改善和优化欧洲宇航元器件的区域市场，其职能是规范、鉴定和获取航天工程所需的元器件。规范体系涉及的元器件以覆盖宇航用元器件品种为准则，随需要而不断地扩充。随着元器件技术的飞速发展，新材料、新工艺和新技术的大量应用，以及宇航型号研制在降低成本和提高可靠性方面的要求不断地提高，近期ESCC规范体系及其技术内容发生了较大的变化。ESCC对众多规范进行了更新和改版，增加了部分基础标准，补充了新的元器件类别的相关标准，例如：光电二极管模块、晶体振荡器的评估、鉴定标准；提出了针对生产工艺过程能力认可的要求，完善了混合集成电路相关保证要求。

1 ESCC规范体系的整体变化情况

ESCC主要由空间元器件指导委员会 （SCSB：Space Components Steering Board）、元器件技术委员会 （CTB：Component Technology Board）和政策和标准工作组 （PSWG： Policy and Standards Working Group）组成。各个组织机构各负其责，SCSB全面负责ESCC的协调任务，制定欧洲航天电气、电子和机电 （EEE）元器件的总体战略。CTB主要负责识别战略元器件并改善其可获得性，识别和评价先进的工艺技术，预先考虑成为未来空间项目的标准要求；根据元器件技术发展方向及宇航项目的应用需求，提出元器件国产化项目，并据此提出元器件评估和鉴定计划，以及对标准的需求。PSWG负责对ESCC规范体系进行管理，并根据具体的应用需求，成立标准编制组，开展标准编制工作。ESCC元器件的文件和规范分为5个级别，其中0级和1级分别是ESCC系统的目标与基本章程，以及相应的组织文件、支撑文件和执行文件，仅供ESCC成员国使用，本文不做重点介绍。其他3级规范为元器件的控制规范，可用于元器件的质量控制和采购。

ESCC定期地对有效运行和废止的规范清单进行更新，为了说明ESCC规范体系的数量变化情况，本文给出了典型时期ESCC基础规范、通用规范和详细规范的数量，如表1所示。ESCC规范体系的技术内容发生了较大的变化，2013年以来，ESCC规范体系从整体上对技术内容进行了修订，截止2015年12月，ESCC规范共有616个。其中，版本状态为2013年、2014年、2015年的规范的数量分别为129、270和202个，共计601个，占总数的97.5%。

表1 ESCC规范及数量

ESCC的2级规范是元器件通用基础规范，规定了适合于所有ESCC元器件的试验方法、鉴定方法和一般要求，并针对不同类型的元器件的特点分别制定了若干份基础规范，具有较强的针对性和实用性。2014年以来，ESCC废止了1个基础规范，发布了7个新的基础规范[1]，分别为： 《EEE元器件破坏性物理分析》 《EEE元器件封装前检查》《晶体控制振荡器电测试方法》 《激光二极管评估试验程序指南》 《激光二极管验证和批接收试验指南》 《降低辐射放射和发射敏感能力的EMC试验方法》和 《工艺能力认可要求》。

2005年11月，通用规范的数量为 40个；2014年12月，通用规范的数量为34个；2015年12月，通用规范的数量为32个。不再使用的通用规范的情况如表2所示。

表2 不再使用的通用规范

2 ESCC规范体系的具体变化情况

2.1 细化和补充元器件评估要求

ESCC规范规定，凡用于宇航的元器件在鉴定前必须进行评估试验。评估试验的目的是采用最经济、最有效的方法和最具有说服力的试验数据，确定元器件的失效模式和失效机理，确定元器件鉴定试验的项目和条件，元器件评估是元器件鉴定前必经的步骤[2]。ESCC规范体系通过修订现有的标准，增加了非密封倒装结构封装器件的评估要求；新增了半导体激光器、晶体振荡器的评估标准。

2.1.1增加非密封倒装结构集成电路的评估要求

随着大规模集成电路技术的不断发展，器件的封装形式越来越复杂，非密封倒装结构封装方式的应用呈不断地增加的趋势，例如：Xilinx公司Virtex系列第四代之后的FPGA均采用了非密封倒装结构的封装形式。典型的非密封倒装结构为倒装芯片焊盘通过凸点与基板连接，采用环氧树脂填充缝隙，以保护凸点；芯片背面粘接到散热板上；采用高密度柱柵阵列作为封装引脚；另外，在封装外部陶瓷基板上粘结片式电容达到去耦的作用。

这种封装涉及的方面包括倒装焊、填充物、粘接材料和柱栅等，封装鉴定涉及的应力包括温度循环、温湿度应力和机械应力。MIL-PRF-38535对此类封装结构提出了 “新技术验证 （NTI：New Technology Insertion）”要求[3]，并要求生产厂制定封装完整性验证试验计划，经由空间委员会批准后实施。

ESCC规范体系中，与非密封倒装结构集成电路保证要求相关的规范主要是ESCC 2269000和ESCC 9000，前者规定了评估要求，后者规定了鉴定和周期性试验要求。两个规范于2016年2月进行了最新的更改。ESCC 2269000于2016年2月发布第5版，标准名称为 《单片集成电路评估试验程序，引线键合、密封，以及密封、非密封倒装球焊单片集成电路》[4]。评估试验主要包括温度应力、电应力、机械应力和综合应力试验，根据试验目的的不同，又可将其分为恒定应力试验和步进应力试验。与常规的集成电路相比，倒装芯片封装、非气密封结构、多层陶瓷基板、安装的散热板、柱状栅阵列引脚和陶瓷基板上安装去耦电容等方面的可靠性，是评估的重点。

2.1.2新增半导体激光器、晶体振荡器的评估规范

2014年，ESCC发布了半导体激光器、晶体振荡器评估要求标准第一版。ESCC 2263503《混合工艺石英晶体振荡器评估要求》规定了混合工艺晶体振荡器评估的详细要求[5]；ESCC 23201《激光二极管评估试验程序指南》规定了激光二极管评估试验的详细要求指南。

2.1.3提出 “生产工艺能力认可”的鉴定方式

ESCC规定了3种鉴定方式，分别为品种鉴定、工艺流程鉴定和能力认可鉴定，这3种鉴定方式均与元器件实际产品直接关联。为了对元器件的实现工艺进行鉴定，进一步地实现质量控制前移，2014年ESCC又提出了 “生产工艺能力认可”的鉴定方式。ESCC 25600《生产过程能力认可要求》于2014年6月发布，提出了生产过程能力认可的通用要求、流程和方法。

以混合集成电路作为 “生产过程能力认可”鉴定的典型代表，ESCC发布了分基础规范ESCC 2566000《混合集成电路生产过程能力认可要求》作为ESCC 25600的补充和支撑，进一步地明确了混合集成电路生产过程能力认可4个阶段的详细要求。混合集成电路的结构复杂，其可靠性与混合集成电路工艺技术水平直接关联。作为关键元器件，混合集成电路一直是欧洲宇航元器件控制的重点，ECSS-Q-ST-60将其作为专用元器件的一种，要求对其进行重点的控制；ESCC规范体系未直接制定混合集成电路的通用规范，ECSS-Q-ST-60-05是ECSS体系用于进行混合集成电路采购的标准，但却一直作为ESCC体系的通用规范使用，该标准规定了2个等级。ECSS-Q-ST-60规定，欧洲空间项目的Class 1级和Class 2级均应选用MIL体系K级、ECSS-Q-ST-60-05的1级质量等级，由此可以看出，欧洲宇航型号高度重视混合集成电路的可靠性。ESCC发布了混合集成电路的一系列标准；2014年6月发布的ESCC 2026000《混合集成电路生产厂和生产线审核检查单》，提出了生产线审核的详细要求；2015年5月发布ESCC 2276000《生产过程能力认可方式的混合集成电路PID指南》，给出了混合集成电路PID建设的详细指导。以混合集成电路为典型代表，ESCC一方面发布了以“生产过程能力认可”为要点的鉴定所涉及的全部规范，作为其他元器件类别的示例；另一方面完善了宇航混合集成电路的保证要求。

ESCC 2566000生产过程能力认可的4个阶段分别为：生产厂评估、能力域定义、能力域评估和能力域验证及批准，具体的要求如下所述。

a）生产厂评估

生产厂评估包括能力审核和生产线审核两个部分。能力审核是对生产厂生产高可靠混合集成电路的基本能力进行审核，对生产厂的组织结构、工艺以及生产设备的能力和适用性进行评估，对生产厂是否具备宇航混合集成电路的供应能力进行评估，并对生产厂的质量管理手段进行确认；生产线审核是通过见证和客观证据，对混合集成电路开发、生产、测试和试验所涉及的各个环节进行确认，主要通过检查单的方式进行。

b）能力域定义及其边界确定

能力域定义包括总体要求和PID初稿两个部分。能力域定义总体要求关注以下4个方面。

1）材料、工艺和内部元器件：生产厂对基板和载体的准备情况，导体、终端和引线的键合方式，薄膜、厚膜工艺，封装、密封工艺，以及返工流程给出详细的描述，并对每个工艺的子工艺给出细化描述，包括材料 （成分、设计和生产厂）、形成的工艺、能够可靠集成的尺寸和密度的限制等。

2）物理设计：包括所有的设计规则、验证和确认方法。例如：基板、导体、引线键合、薄膜、厚膜设计、信号完整性设计和验证等。

3）检验和试验方法：包括材料、内部元器件检验，在线检测，以及内部和外部目检方法等。

4）可追溯性：包括采购规范、流程单、材料和内部元器件的可追溯性，能力评估试验载体（TVE），以及制造过程等。PID初稿包括工艺流程、TVE、能力批准试验载体 （TVCA）和详细规范，能力域评估获得批准后，对PID进行确认和更新。

c）能力域评估

能力域评估的流程包括：对已有的数据进行评估、建立评估程序、选择可代表能力域工艺的TVE进行评估、提出并采取纠正措施和给出最终的能力域定义。TVE主要对安装元件、分立器件（可能时包括集成电路）的性能，键合或粘接，机械特性，以及在环境应力下的封装质量 （力、热和湿度等）方面进行评估。TVE包括TVE 1和TVE 2两种类型，TVE 1用于对基板的工艺进行评估，覆盖主要的安装和互联工艺，引脚的数量应能保证完成需要的性能测试；基板工艺的主要参数包括尺寸、厚度、最大的导体和介质层数、典型的导体和介质厚度、最小和典型的空洞直径和密度、最小/典型的线宽、最小和最大的电阻尺寸、电阻或导体的保护层。TVE 2评估内部元器件的实际封装工艺，典型的参数包括尺寸、代表基板、内部元器件的详细信息、内部元器件安装和最终封装相关工艺，要求对芯片引线键合工艺采用 “菊花链”进行考核。TVE 1评估的试验项目包括步进温度循环试验、耐湿和步进耐久性试验等；TVE 2评估的试验项目包括步进温度循环试验、力学试验和步进耐久性试验等，各项试验之后均应进行DPA。

d）能力域验证及批准

采用TVCA进行能力域验证试验，试验载体可以为1个或多个，TVCA的结构应记录在PID中，验证试验方案应经批准。能力域验证和批准的流程主要包括：生产厂采用TVCA进行能力域验证试验，对出现的问题进行闭环处理，对相关人员进行培训，固化ESD控制措施，将材料和工艺相关文件固化在PID中；鉴定机构对试验报告进行确认。能力域验证试验主要包括机械试验、环境试验、工艺试验、CA/DPA和耐久性试验。

2.2 修订和新增元器件通用规范

元器件通用规范对生产厂提出了统一的要求，规定了元器件总的性能要求，以及必须满足的质量和可靠性要求，是宇航元器件保证的核心。随着元器件技术的不断发展，元器件标准也在不断地更新，以适应元器件技术发展的需要。ESCC近期对通用规范均进行了修订，并新增了晶体振荡器的通用规范。

以半导体集成电路、半导体分立器件、微波半导体分立器件和瓷介片状固定电容器通用规范作为典型代表，分析ESCC通用规范的修订情况。ESCC 9000第8版于2016年2月发布，标准的名称被改为 《集成电路：单片和多芯片微电路，引线键合、密封，以及密封、非密封倒装球焊单片集成电路》[6]，内容相应地也发生了较大的变化。近期版本重要的变化如下所述。

a）第7版 （2015年9月发布），将多芯片集成电路 （MCM）纳入ESCC 9000，等同单片集成电路来进行管理；MCM的定义为 “含有2个或多个来自于一个生产厂、在一个或多个工艺线流片，分别封装在一个单独的包装中”的祼芯片的集成电路。

b）第8版 （2016年2月发布），增加了密封、非密封倒装球焊单片集成电路的相关要求。

ESCC发布的 《半导体分立器件通用规范》《微波半导体分立器件通用规范》，修订后均增加了针对裸芯片的鉴定要求，满足了分立器件采用外购芯片的可靠性保证要求。2015年4月修订的ESCC 3009《Ⅰ类和Ⅱ类瓷介片状固定电容器通用规范》第2版，基于Ⅰ类和Ⅱ类瓷介片状固定电容器多年的生产和应用的大量数据，对试验项目进行了优化，例如：将老炼时间缩短至96 h；将生产过程中的240 h低电压稳态湿热试验移到鉴定或批确认试验中，并将时间延长至1 000 h。

新增晶体振荡器通用规范。ESCC于2015年12月发布了通用规范ESCC 3503，适用于采用分立器件/PCB和混合集成电路工艺的晶体振荡器。规范给出了具体振荡器的鉴定、周期性检验和批接收试验的要求，并对内部元器件的评估提出了具体的要求，要求对内部元器件进行可焊接能力试验、寿命试验和不同温度下测试等评估试验[7]。

2.3 修订和新增元器件试验方法

目前，ESCC已发布的试验方法基础规范主要是参照美军标标准、工业标准编写的，其具体的情况如表3所示。

表3 ESCC发布的试验方法基础规范

2015年12月，ESCC发布基础规范ESCC 21001《EEE元器件破坏性物理分析》，提出了欧洲宇航用元器件DPA的基本要求，包括DPA实施单位的资质、实施的流程、样品和DPA报告的要求。根据ESCC 21001，DPA是对元器件随机抽样样品进行的一系列试验，其可对每生产批的内部设计、材料、结构和工艺进行检验和确认；DPA也可用于生产过程的检测、生产批的预评估、元器件供应商之间的对比或者给生产厂提出纠正措施建议。DPA的信息可用于预防使用具有早期或潜伏缺陷的元器件，协助进行批次处理，优化和更改设计、材料和生产工艺，对供应商的产品趋势进行分析。以混合集成电路为例，DPA的最低要求包括外部目检、照片记录、外引线金属材料确认、CSAM、密封、PIND、标志耐溶剂性、可焊性、引线拉力、内部气氛含量、内部目检、SEM、内部结构照片记录、引线拉力和表面安装元器件的剪切力，以及DPA报告[8]，同时还包括照片记录的详细要求和案例。

修订后的ESCC 22900增加了双极器件低剂量率增强效应 （ELDRS）的评估要求。对含有双极工艺的晶体管和光电器件，要求通过高、低剂量率辐照试验比对来评估其是否存在低剂量率增强效应，低剂量率应不高于0.01 rad（Si）/s，高、低剂量率应相差至少2个数量级；如果增强因子大于1.5，则认为器件属于低剂量率增强效应敏感器件。另外，如果器件既含有双极工艺，又含有MOS工艺，则应对低剂量率增强效应和与MOS器件相关效应均进行评估。因此，修订后的 ESCC 22900更具合理性和可操作性。

3 分析

ESCC规范体系注重于对宇航用户和元器件的生产过程的控制，注重于对生产厂的评估、对元器件的鉴定和对技术与工艺的认证，元器件保证的重点也逐步地从生产后的试验转移到了对生产过程的控制。随着元器件制造和工艺技术的不断发展，ESCC将对新技术、新工艺的跟踪要求体现到了规范中。对ESCC规范体系的新变化进行分析，可以从以下几个方面的特点入手。

3.1 规范体系不断完善

欧洲具有专门的组织机构，系统性地进行规范体系的建设和管理。ESCC不仅仅是元器件标准体系，更是贯穿元器件的需求与确定、生产与供应、保证与应用融合整个过程中的有机整体。ESCC规范体系涉及的元器件以覆盖宇航用品种为准则，随需要而不断地扩充。元器件技术的不断发展，给元器件的可靠性和保证技术提出了严峻的挑战，为此，欧洲开展了一系列的元器件技术研究，并将成果体现于规范中。随着ESCC规范体系的不断完善，作为ESCC规范体系主要成果的鉴定合格元器件清单、生产线清单、经过认可的工艺流程清单，支撑了欧洲宇航型号对元器件的需求。

3.2 重视对生产过程的控制

元器件的高可靠性是生产出来的，而不是靠生产后的试验保证出来的。因此，欧洲对元器件的质量进行控制时将注意力放在了预防问题而不是识别和纠正问题上；将质量保证工作作为了过程本身的一部分，而不是在每个制造步骤完成后才开展。ESCC规范体系从宇航用户的要求出发，高度重视对元器件的生产过程的控制，注重于元器件的评估、鉴定和工艺技术的认证。此外，ESCC吸收并采纳了美国QML和性能规范的理念，将对元器件的新技术、新工艺的跟踪要求体现到了规范中。元器件保证的重点逐步地从生产后的试验转移到了对生产过程的控制上。

3.3 试验项目和应力科学化、合理化

ESCC规范体系不断地吸纳NASA等宇航机构的研究成果，持续地开展元器件保证技术的研究，在对元器件生产厂的试验数据和应用的相关数据进行分析的基础上，根据元器件的结构和失效机理，不断地对试验项目和应力进行优化，以减少不必要的试验，降低成本，同时确保元器件的可靠性。

4 结束语

ESCC规范体系正在处于逐步升级、不断完善的过程中。宇航元器件在可获得性和可靠性方面的问题日益突出，已经成为了影响我国航天科技工业发展的关键瓶颈之一。为了解决我国航天发展的元器件问题，建立明示宇航要求的宇航元器件标准体系是重要的前提和抓手。研究欧洲宇航元器件标准体系，吸收其精髓，在中国现有的军用电子元器件标准体系的基础上，通过自主创新，构建中国自主创新的先进、完整的宇航元器件标准体系，具有重要的意义。

[1]List of published ESCC documents and specifications：ESCC REP001[S].

[2]Requirements for qualification of standard electronic components for space application：ESCC 20100[S].

[3]Performance specification integrated circuits（microcircuits）manufacturing general specification： MIL-PRF-38535K [S].

[4]Evaluation test programme for integrated circuits：monolithic and multichip micrcuits，wire-bonded，hermetically sealed and filp-chip monolithic microcircuits，solder ball boned，hermetically and non-hermetically sealed：ESCC Basic Specification 2269000[S].

[5]Evaluation test programme for crystal controlled oscillators in hybrid technology：ESCC Basic Specification 2263503 [S].

[6]Integrated circuits： monolithic and multichip micrcuits，wire-bonded，hermetically sealed and filp-chip monolithic microcircuits，solder ball boned，hermetically and nonhermetically sealed： ESCC Generic Specification 9000 [S].

[7]Crystal controlled oscillators：ESCC Generic Specification 3503[S].

[8]Destructive ohysical analysis of EEE components：ESCC Basic Specification 21001[S].

Analysis of the Latest Changes of ESCC Specification System

ZHU Hengjing，CHEN Jiayi
（China Aerospace Components Engineering Center，Beijing 100094，China）

ESCC specification system is developing and improving.Recently，many specifications are updated.And some basic specifications are published.Besides，several relevant standards fornew componentcategoriesare supplemented.Moreover，the identification requirements for the capability approval of production process are proposed.The status of ESCC specification system is introduced，and the latest changes of the system are analyzed in detail， which provides a reference for the establishment of the standard system of aerospace components in our country.

component；basic specification；generic specification；capability approval

T-651

：A

：1672-5468（2017）01-0006-06

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.01.002

2016-06-01

2016-07-01

朱恒静 （1964-），女，山东莱芜人，中国航天宇航元器件工程中心研究员，主要从事航天元器件质量保证工作。