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摘要：目前我国武器装备使用了大量进口电子元器件，一旦发生停产禁运等问题，就会制约相关武器装备产品的研制和使用。所以大力推进电子元器件的国产化替代，实现自主可控势在必行。通过信息化手段，规范国产化替代验证过程，记录过程数据，使替代验证信息得以共享。从而节约成本，推进电子元器件国产化进程。
关键词：元器件；替代验证；信息化管理
1 信息化方案
1.1 建设思路
通过建立一个B/S架构的信息查询统计系统，实现将元器件替代验证流程中的各环节的信息贯穿起来，通过一个平台检索查询；解决线下审批流程信息化管理问题，使审批历史得以保留、共享。
具体流程包括：1)替代验证问题汇总；2)开展替代论证；3)论证结果审批；4)形成验证方案；5)方案结果审批；6)开展验证实施；7)实施结果审批；8)实施情况汇总。根据军工企业中电子元器件的使用角色，系统利益攸关者为：
1)设计室：设计负责人；元器件工程师；部门领导。
2)产品主管室：产品负责人；元器件工程师；部门领导。
3)项目主管副总师；4)元器件管理组；5)国产化技术组；6)生产管理办公室；7)工艺管理办公室；8)物资部9)科技部；10)质量管理办公室；11)用户代表。
1.2 具体内容
1.2.1 UC1元器件替代验证问题汇总
产品承制部门/生产管理办公室/物资部提交元器件替代验证问题汇总明细，内容包括：
填报人信息——填报单位、填报人、填报时间、联系电话；产品信息——产品类型、产品名称、产品型号、产品代号、研制阶段、原设计室、产品主管室、产品主管副总师、主管计划员；
被替换元器件信息——元器件名称、元器件型号、元器件厂家、质量等级、替代原因(供货问题/质量问题/国产化率提升/其他)，原因说明。
1.2.2 UC2元器件替代论证任务发布
1)科技部根据元器件替代验证问题汇总单向设计室下发元器件替代论证任务，内容包括：
元器件编号、元器件型号、产品型号、产品名称、研制阶段、设计负责人、项目主管副总师、用户代表、替代验证方案评审方式、论证工作关注节点完成日期等；
2)设计负责人进行替代论证，填写各元器件的论证结果：元器件编号、元器件型号、替代原因、原因说明、是否进行替代验证、不进行替代验证原因、替代方式(原位/设计更改)、替代元器件编号、替代元器件型号；
3)设计负责人提交论证结果审批流程：“元器件管理组、工艺管理办公室、物资部，科技部”审核，项目主管副总师批准；
4)显示论证任务完成情况。
1.2.3 UC3元器件替代方案审批
1)设计负责人根据论证结果编制替代验证方案，提交替代验证方案审批流程；
2)部门元器件工程师校对，部门领导审批；
3)“科技部、国产化技术组、元器件管理组、质量管理办公室、工艺管理办公室、产品主管室、物资部、四车间”会签；
4)项目主管副总师、用户代表批准。
1.2.4 UC4元器件替代验证任务发布
1)科技部提交替代验证任务，内容包括：验证方式(随产品验证/专用验证件/定试件)、产品型号、产品名称、研制阶段、验证件生产指令号/产品编号、产品主管室、产品负责人、元器件编号、元器件型号、替代元器件编号、替代元器件型号等、验证工作开始日期、验证工作完成日期、替代验证方案编号、替代验证报告评审方式、关注节点完成日期等；
2)项目主管副总师批准；
3)任务发布。
1.2.5 UC5元器件替代验证实施
产品负责人填报替代验证任务实时进展及过程信息，内容包括：日期、验证任务进展(验证件器材申请/采购、验证件配套、验证件装焊、验证件调试、试验、试验完成)、验证试验项目、各元器件的替代验证实施情况、未实施原因、替代验证数量、元器件代用申请进展、代用申请编号等。
1.2.6 UC6元器件替代验证报告审批
1)验证试验完成后，产品负责人将各元器件的替代验证结果，内容包括：
元器件编号、元器件型号、替代元器件编号、替代元器件型号、替代验证数量、替代验证结论、替代验证未通过现象。与替代验证报告同时提交审批流程，部门元器件工程师校对，部门领导审批；
2)“国产化技术组、元器件管理组、质量管理办公室、工艺管理办公室、产品主管室、物资部、四车间”会签；
3)“项目主管副总师、用户代表”批准。
1.2.7 设计更改实施情况总结
设计负责人填报替代验证任务落实设计更改情况，内容包括：各元器件的设计更改实施情况(已实施/未实施)、未实施原因、设计更改申请进展(审批中、已发放)、设计更改申请编号等。
2 工艺性验证
原位替代并不代表可不注重产品的封装和外形尺寸等工艺特性。事实上，在工艺特性上一模一样的原位替代元器件是不存在的，印制板焊盘的尺寸变更、芯片材料变更都会影响元器件的工艺特性，而且这些新引进的因素可能存在一些潜在或固有的失效机理，在较短的使用时间内无法体现，会给产品的长期可靠性带来潜在的风险。
2.1 印制板焊盘尺寸带来的影响
设计师选用原位替代的器件的目的之一就是不进行印制板的更改，往往比对到引脚封装形式基本一致，就认为可以直接替代焊接，忽略比对印制板上推荐焊盘的尺寸。
案例1:按照IPC－7351B标准所设计的IPC－7351LP软件(焊盘计算器)进行计算，某原位替代验证用芯片推荐印制板焊盘尺寸内距:18.3mm，外距:21.3mm，宽度:0.3mm。原印制板焊盘尺寸内距:18.5mm，外距:21mm，宽度:0.25mm。与验证用器件推荐尺寸相比偏小。
为确定焊盘长度对芯片引脚焊接强度是否有影响。对该芯片在不同的印制板焊盘尺寸下焊接，对比芯片引脚的拉脱力大小。拉脱力试验结果表明，原焊盘平均拉脱力约12N，增加焊盘长度后比未增加焊盘长度时引脚拉脱力增加约1N。在该设计上增加印制板焊盘长度对焊点强度有贡献，但作用不明显。
若印制板焊盘尺寸与替代用元器件推荐焊盘尺寸存在较大的偏差，不满足相关焊接标准的要求，很可能造成焊盘拉脱力降低，影响产品的可靠性。
2.2 元器件材质变更带来的影响
2.2.1 无铅化
无铅化是电子元器件发展的一个趋势，从有铅向无铅工艺转换，不可避免地会带来一系列问题。
案例2:锡铅焊料的焊接温度一般为183℃，而含锡量高的无铅焊料的焊接温度则更高(一般大于217℃)。如某原位替代验证用元器件为倒装BGA，其内部封装芯片凸点用的焊膏是SnAg3．5焊接，熔点221℃。如果这样的器件用于无铅焊接，那么器件内部的焊点与表面组装的焊点几乎同时再熔化、凝固一次，这对于器件的可靠性是非常有害的。要尽量避免这种情况的发生。
2.2.2 热膨胀系数不匹配
由于塑封器件具有材料热稳定性差、非气密性，且易于吸附周围环境水汽等特点，国内元器件研制方倾向于采用陶瓷封装形式替代进口元器件的塑封形式。就目前工程应用经验来看，用陶瓷封装替代塑料封装可能会带来元器件封装与印制板热膨胀系数不匹配，导致互联失效。
案例3:S29GL256N11TFI01为塑封元器件，其原位替代验证用器件SM29LV256M为陶瓷封装。SM29LV256M在产品应用中发生脱焊故障。
SM29LV256M的引脚材料为可伐合金，与塑封器件引脚通常采用铜合金材料相比较，由于可伐合金(4J42)在高温情况下可以与陶瓷有效融合，从而保证管壳与引脚的键合强度，因此选用可伐合金作为封装引脚。
由于可伐合金热膨胀系数(CTE)、陶瓷与印制板有较大差异。由于热膨胀系数不匹配，在冷热循环负荷条件下(温度循环过程)，将发生向外(热膨胀过程)或向内(冷缩过程)的翘曲。
结束语：
元器件国产化是不可避免的趋势，原位替代元器件可以满足当前装备研制现状的迫切需求，是我国芯片自主研发的一个阶段。
参考文献：
［1］郑丽香，史典阳，翟芳，等．基于互连失效的元器件国产化替代验证仿真分析［J］．航空标准化与质量，2015(4):43－45．
［2］毕锦栋，郑丽香，周军连，等．电子元器件国产化替代工作探讨［J］．质量与可靠性，2015(3):35－40．