新闻资讯 · 2022年 8月 27日

【Telegram中文版】“中国芯”的飞天之路【Telegram中文官网】

丛山 张科辉 科技日报记者 付毅飞

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2022年9月1日18时26分,航天员陈冬成功开启问天实验舱气闸舱出舱舱门。至19时09分,航天员陈冬、刘洋成功出舱。中国空间站建造之路又向前迈进一步。

作为航天器上实现关键功能的最小个体,宇航芯片等电子元器件对任务成败意义重大。宇航芯片就相当于航天器的细胞甚至心脏,细胞不健康、心脏不强大,块头再大也不算强。

记者从中国航天科技集团五院了解到,该院宇航物资保障事业部(以下简称物资部)近年来与众多国内生产厂商携手努力,成功研发一大批国产宇航高端芯片,元器件质量、可靠性稳步提高,推动“中国芯”走上了飞天之路。

全面过程控制,确保“先天优异”

出色的设计,仅能赋予宇航芯片诞生的条件,却不能确保每一批次、每一只芯片都是胜任航天任务的高质量产品。尤其是复杂高端的新研国产芯片,在研制生产初期设计、工艺成熟度不高,离航天型号稳定应用需求尚有差距。

为弥补这一差距,研制人员充分研究国产新研元器件产品特点和质量形势,运用全面质量控制理论和系统工程理论,创建了宇航元器件过程控制体系(PCS)。

PCS全心关注国产宇航芯片的生产全过程,在全国主要元器件生产厂都已建立运行。其通过统一的体系化工作,对质量特性全要素管控,大大提高了国产宇航芯片的固有质量,扩充了国产宇航芯片队伍。

从抽检到逐一检测,宇航芯片的“成人礼”

众多国产宇航芯片完成生产制造,不会直接到达航天型号的装配现场,而是被送到五院物资部接受严格的检验。

据该部元器件工程试验中心主任王征介绍,虽然这些经过加固设计、在一流的工艺线上生产的宇航芯片已经是国产芯片的佼佼者,但每个批次中,仍有若干芯片会被随机抽取出来,经受破坏性物理分析(DPA)。

DPA试验包括外部目检、X射线检查、粒子碰撞噪声检测(PIND试验)、密封试验、内部气氛含量检测、内部目检、扫描电子显微镜检查、键合强度、芯片剪切等多个项目。这是判断宇航芯片是否存在批次性质量问题的关键一招,对于杜绝批次性质量问题发生具有重要意义。

在确认批次质量状态后,宇航芯片还要逐一经历验收试验,进行详细、全面、严格的“体检”。

芯片内部的多余物是一种致命的威胁,某种意义上可以称之为宇航芯片的“肿瘤”,PIND试验是发现芯片内部多余物的有效手段,目前物资部的PIND实验设备能够发现比一粒灰尘还小的细微颗粒。

宇航芯片的工作环境极为苛刻,为了保护其“内脏”免受外部水汽或气体成分的影响,大多数宇航芯片在生产阶段就进行了密封。检漏试验是检查芯片密封性能的专门试验,一个橡皮大小的芯片,要保证常压12年内不漏完内部气体,物资部目前能够把这个检验精度提高几百倍,完全满足宇航应用要求。

只有顺利通过全部试验项目的芯片,才能够被物资部试验中心开具合格证,证明其质量满足宇航用元器件的要求。这仿佛是芯片的成人礼,直到这时,它们才能成为真正意义上的宇航芯片。

伴随应用指南,发挥全部才能

经过层层筛选与考核,国产宇航芯片携带着合格证,终于来到了踏上执行飞天任务的起点。在装配现场,仍能见到五院物资部专家的身影。

为了让宇航芯片易用好用,发挥最大效能,物资部根据前期试验情况编制了包含芯片特性曲线,电应力、温度应力、机械应力极限、典型应用指导等内容的芯片应用指南,用以指导用户使用。

如今,无数寄托着航天人信心与期盼的“中国芯”逐梦太空,成为我国航天科技自立自强的真实写照。在它们小小的身躯里,有着宏大的中国航天梦。