数字集成电路输出高电平电压测试 能力验证项目报告

数字集成电路输出高电平电压测试能力验证项目报告（计划编号：CNCA-24-15）中国电子技术标准化研究院赛西实验室 3 4 4 6 8 4.4指定值及不确定度、能力评定标准差的计算 20 21 21 21 21 21 22 23 23 23 23 23 25 26 36 38 “数字集成电路输出高电平电压测试”能力验证项目（CNCA-24-15）是国家市场监督管理总局于2024年组织开展的国家级能力验证计划项目之一。本项目由中国电子技术标准化研究院赛西实验室（以下简称“赛西实验室”）负责具体实施。本次能力验证旨在了解检验检测机构在数字集成电路输出高电平电压测量能力的整体水平，识别和掌握实验室间在该项目检测方面的差异，加强实验室重点领域的能力建设，是检验检测机构质量控制有效的外部手段之一。本次能力验证依据《检验检测机构能力验证管理办法》（2023年28043-2019《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》和《市场监管总局办公厅关于开展2024年国家级检验检测机构能力验证工作的通知》（市监检测发〔2024〕18号）相关工作要求实施。本项目对国内集成电路检测实验室在本检测领域的技术水平进行统计和分析，找出实验室可能存在的导致测试结果不准确的原因，有效提升集成电路产品的检测质量和水平，有效保障我国新型工业化发展的基座稳固。能力验证是检验检测机构质量控制的基本元素之一，是判断和监控检验检测机构能力的有效手段，是通过外部措施对检验检测机构内部质量控制工作的有效补充。能力验证项目的主要用途是评价检验检测机构的检验检测能力，为检验检测机构提供一个评估和证明其检验检测数据、结果可靠性的客观手段。 本次能力验证的结果客观反映了我国数字集成电路相关检验检测机构的检测能力状况，给出了测试结果的技术分析并提出了建议，期望帮助相关检验检测机构获取一定的信息以提高检验检测机构的市场监管总局对本次能力验证计划具有最终解释权，能力验证结果和报告内容未经市场监管总局同意不得用于其他目的。对未按要求参加能力验证及能力验证结果不满意的国家级资质认定的检验检测机构，市场监管总局将督促其进行整改和验证。2项目概述2.1项目简介集成电路构建现代信息社会的关键基础产品，也是保障我国新型工业化是否能够顺利发展的关键要素。目前数字集成电路产品参数测试的能力验证作为有效保障集成电路产品质量的重要手段之一长期缺失。集成电路测试结果受到测试系统、测试程序、测试工装、测试人员操作等多个维度的影响，测试结果是否准确，是否如实反应被测产品的真实性能指标，对后续应用集成电路产品的部件和整机影响至数字集成电路输出高电平电压的测试是国家标准GB/T17574-1998《半导体集成电路数字集成电路》中的一个重要测试项目，具有代表性。本次开展的数字集成电路输出高电平电压测试能力验证，不仅可以识别数字集成电路输出高电平电压测试实验室间的差异，促进实验室提升检测能力水平和检测服务质量，同时有利于提高我国相 关机构集成电路检测的整体水平，有效发挥检验检测机构在解决集成电路产业链“卡脖子”关键问题的技术支撑作用，为我国新型工业化高质量发展提供技术保障。本次能力验证计划共有32家检验检测机构报名参加，经查询市场监管总局资质认定管理系统，具备本项目参数检测能力机构共19家，除组织机构外，2家机构因业务能力调整、试验场地搬离原因自愿放弃参加本次能力验证，剩余16家机构均参加本次能力验证计划。另有16家自愿报名参加机构。32家检验检测机构均按要求反馈结果并参与统计分析。本次能力验证计划于2023年11月通过内部立项评审，2024年3月完成样品均匀性检验，2024年4月15日在总局网站上公布邀请通知，报名表的电子版可以在网站下载，报名工作截止2024年5月17日，全国共计32家检验检测机构报名参加；2024年5月完成能力验证样品的稳定性（部分）检验；2024年6月至7月组织机构分三批以顺丰快递的方式向各参加检验检测机构寄出《能力验证作业指导书》定收到样品后的3个工作日上报检测结果；截止2024年8月7日对回收的32家检验检测机构的检测结果进行了录入、核对、统计分析和结果评价，并编写《数字集成电路输出高电平电压测试能力验证计 2.2参加检验检测机构情况本项目要求获得GB/T17574-1998《半导体器件集成电路第2部分：数字集成电路》或者SJ/T10741-2000《半导体集成电路CMOS电路测试方法的基本原理》中输出高电平电压测试能力的国家级资质认定检验检测机构必须参加，其他相关检验检测机构可自愿参加。本项目共有32家检验检测机构报名参加，其中16家强制参加机构，占参加机构总数的50%；16家自愿参加机构，占参加机构总数的50%。强制和自愿参加的检验检测机构占比见图1。强制参加的16家机构全部具备GB/T17574-1998《半导体器件集成电路第2部分：数字集成电路》的资质，其中2家机构同时具备SJ/T10741-2000《半导体集成电路CMOS电路测试方法的基本原理》的资质。各强制参加机构资质情况见表1。 122报名本次能力验证的机构涉及北京、江苏、陕西、湖北、四川、安徽、湖南、广东、上海等14个省、直辖市的检验检测机构。参加机构的地区分布图如图2所示。报名本次能力验证的机构使用测试设备涉及到11个型号，其中使用V93000集成电路测试系统和J750集成电路测试系统占大多数，具体数据见图3。其中，使用国产设备的机构共8家，占比25%，具体数据见图4。 2.3方案设计与实施本次能力验证方案设计遵循《检验检测机构能力验证管理办法》GJB548C-的2021《微电子器件试验方法和程序》、CNAS-GL003：《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》和《市场监管总局办公厅关于开展2024年国家级检验检测机构能力验证工作的通知》（市监检测发〔2024〕18号）相关工作要求，并经专家评审合格后按方案实 2.3.1样品设计本次能力验证计划充分考虑检测方法要求，国内相关检测机构的能力水平、测试环境条件、测试工装夹具制作、测试程序开发能力等实际条件，选择的能力验证样品的样品类型、封装形式、引脚数量、参数范围是相关实验室日常检测中的常见产品，通用性较好。根据上述原则，本次能力验证计划选择的能力验证样品的封装形式为塑料双列直插封装形式（PDIP引脚数14至40，规定条件下输出高电平电压不小于3V。参加机构可使用通用DIP封装的测试工装，无其他特殊要求，无须针对本次能力验证样品单独定制工装夹具。2.3.2样品制备根据样品设计要求，样品从流通领域进行选择并采购，最终组织机构选择用某型号数字集成电路产品作为本次能力验证计划的样品。该样品为塑料双列直插封装形式（PDIP引脚数：20，样品尺寸（长×宽×高26.9mm×6.10mm×8.26mm，引脚间距：2.54mm，在规定条件下输出高电平电压不小于3.98V。组织机构从满足要求的合格供应商处采购共500只样品，经验收满足技术要求。样品经过标识、筛选、均匀性及稳定性检验等，共制备15只PT样品（记为A样15只干扰样品（记为B样A样与B样外观、引出端定义均相同。干扰样品作为防串通措施之一，其测试结果与PT样品测试结果存在差异。本次能力验证项目的测试参数是数字集成电路输出高电平电压。 该参数的定义为在输入端在施加规定的电压条件下，测试输出端为逻辑高电平时的电压。测试条件见表2，测试向量要求见表3。数字输出负载条件：IOH=-4mA，IOL=4mA；表3500kHz波形pattern的示意图1234567891101010101XXXXXXXX02110101010XXXXXXXX03101010101HLHLHLHL04110101010LHLHLHLH05101010101HLHLHLHL01················02.3.3样品标识和分发参加本次能力验证的检验检测机构赋有一个唯一性机构代码，每个样品已通过激光打标编号且均具有唯一性。组织机构对每个参加机构发放两只样品，其中包含一只PT样品（A样）和一只干扰样品（B样两只样品从外观、引脚数量、引脚定义均一致，组织机构不向参加机构披露PT样品和干扰样品信息，参加机构收到样品后提供2 只样品的测试结果，组织机构仅对A样结果进行能力评定。本次能力验证计划参加机构32家，分为三个轮次，第一轮次为10个参加机构，第二、第三轮次为11个参加机构。每个轮次参加机构的设置充分考虑地域分布等因素。样品发放时，15只A样按照顺序排列后，第一轮次发放10只，第二轮次、第三轮次按照顺序循环发放样品，尽可能确保本次能力验证计划中A样平均使用，明细见下表。B样与A样随机搭配发放。不同轮次间样品由组织机构向参加机构进行一对一发放，参加机构之间不进行样品传递。样品经过均匀性和稳定性检验合格后，于2024年6月至7月以顺丰快递的方式分三轮向各参加机构发放样品，同时附《能力验证作在收到样品后进行样品外观检查，填写《样品接收状态确认表》并与收件当天将表格通过电子邮件返回组织机构，并在收到样品后3个工作日内完成测试并按照作业指导书填写测试记录表，并于5-7工作日内返回作业指导书要求的纸质文件。 2.3.4样品均匀性和稳定性检验样品的均匀性和稳定性检验均依据GB/T28043-2019《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》和CNAS-GL003：2018《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》要求进行。样品的均匀性、稳定性检验针对全部PT样品（A样检测依据文件是GB/T17574-1998《半导体器件集成电路第2部分：数字集成电路》，每个样品重复测试2次，样品测试顺序随机。组织机构前期通过对大量样品的测试、筛选及数据积累和统计，在规定的条件下，样品引脚17的输出高电平电压的预期值范围在（4.3320V～4.4640V能力评定标准差参考GJB548C-20214.5.2中 准差的目标值σ目标值等于=1/3×预期值范围下限×1%=14.4mV。发样前，未知能力评定标准偏差时，可以估算能力评定标准差目标值σ目标值，均匀性检验采用单因子方差分析法和准则Ss≤0.3σ目标值，通过计算样品间均方MS1和样品内均方MS2，计算统计量F。当F<F(0.05，组间自由度，组内自由度)时，表明PT样品内和样品间无显著性差异，样品是均匀的，同时可以计算样品之间的不均匀性标准偏差Ss，判定Ss≤0.3σ目标值。各参加机构反馈数据后，再根据Ss≤0.3σpt进行均匀性判定。均匀性检验后的全部能力验证计划样品进行稳定性检验。考虑到数字集成电路产品的自身特性以及运输和时间因素等对测试结果的影响，组织机构开展的稳定性检验包括：温度循环试验-高温贮存试验-随机振动试验-老炼试验-包装运输试验-常温重复性测试。每次试验后依据CNAS-GL003《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》|−y'|≤0.3σ目标值准则验证样品试验后与均匀性检验结果的稳定性。在能力验证样品的三个轮次发放回收过程中，样品每次发样前、回样后进行测试，根据|−y'|≤0.3σ目标值准则验证样品每个轮次收发前后的稳定性。各参加机构反馈数据后，得到最终能力评定标准差σpt，再次根据|−y'|≤0.3σpt准则对样品稳定性进行评价。2.4统计设计及评价方法本次能力验证统计设计和评价方法依据GB/T28043—2019《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》中的相关要求进行。 2.4.1指定值的确定对各参加机构结果汇总后，在对粗大误差进行识别和剔除后，经验表明本项目测试项结果应服从正态分布，对反馈结果采用格拉布斯检验法进行检验是否有离群值；对剔除离群值后的测试结果采用爱泼斯-普利法进行正态性的验证；验证测试结果符合正态分布后使用迭代稳健统计方法进行统计分析，即使用算法A获得本次能力验证的稳健均值和稳健标准差，并采用稳健均值作为本次能力验证计划的指定值。2.4.2能力评价方法本次能力验证采用差值D进行能力评价，按公式（1）计算各参加机构的能力统计量D值：D=xi−xpt…………公式（1）式中：xi—参加机构的结果；xpt—指定值；各参加机构的能力评价原则如下：其中最大允许误差δE为GJB548C-20214.5.2规定的测量值的2.5保密措施为保护相关方的权益，对参加机构的相关信息保密。本次能力验证计划对每一个参加机构编制唯一的实验室代码，在说明与参加机构有关的检测结果及结果评价时，均以代码形式表示。样品发送过程中，每个参加机构发送一只A样和一只B样，每一轮A、B样品重新组合；组织机构向参加机构一对一发放样品，参加机构之间不进行样品传递。组织机构收到结果后，由统计人员集中时间统计。组织机构相关人员有责任和义务对参加检验检测机构相关信息保密。3样品均匀性和稳定性评价3.1样品均匀性检验结果及评价样品的均匀性依据GB/T28043-2019《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》和CNAS-GL003：2018《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》要求进行。组织机构使用GB/T17574-1998《半导体器件集成电路第2部分：数字集成电路》对15只A样重复测试2次，测试顺序随机。使用单因素方差分析法对结果进行均并使用Ss≤0.3σ目标值准则进行验证，均匀性检验数据见附录A。样品均匀性检验结果表明样品均匀性良好。反馈的有效数据经过稳健统计后，再根据Ss≤0.3σpt进行均匀性判定。均匀性检验统计结果表明，本次能力验证样品的结果不均匀性标准偏差符合Ss≤0.3σpt准则。样品均匀性检验详细结果见附录A。3.2样品稳定性检验结果及评价样品的稳定性检验依据GB/T28043-2019《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》和CNAS-GL003：2018《能力验证样品均匀 性和稳定性评价指南》要求进行。稳定性检验的测试条件参考GJB548C-2021中规定的试验条件要求。稳定性检验流程和要求见下表。12、试验条件：试验条件B，温度−550-10℃~12515℃,循环10次，极限温度停留时间30min，转换时间≤5min。试验后标志放大1倍~234561、依据文件：CNAS-GL003《能力验证样品均匀性和稳定性评价指71、依据文件：CNAS-GL003《能力验证样品均匀性和稳定性评价指每次试验后依据CNAS-GL003《能力验证样品均匀性和稳定性评 价指南》|−y'|≤0.3σ目标值准则验证样品试验后测试结果与均匀性检验结果的稳定性。在能力验证样品的三个轮次发放回收过程中，样品每次发样前、回样后进行测试，根据|−y'|≤0.3σ目标值准则验证样品单个轮次收发前后的稳定性。各参加机构反馈数据后，得到最终能力评定标准差σpt，再次根据|−y'|≤0.3σpt准则对样品稳定性进行评价。稳定性检验统计结果表明，本次能力验证样品的结果不均匀性标准偏差符合Ss≤0.3σpt准则。样品稳定性检验详细结果见附录B。4结果统计与能力评定4.1粗大误差识别本次能力验证计划最终有32家机构报名参加并反馈了测试结果，经识别反馈结果无小数点、单位、记录填写等明显超出预期结果的粗大误差。各参加机构反馈的结果汇总表见附表C。4.2离群值剔除本次能力验证计划最终有32家机构报名参加并反馈了测试结果，测试结果参与统计分析。组织机构先前组织的能力验证计划经验表明，本次能力验证计划测试项目结果应符合正态分布。参考GB/T4883-2008《数据的统计处理和解释正态样本离群值的判断和处理》格拉布斯检验法查找离群值。当n=32时，对应检出水平α=0.95，对应格拉布斯检验临界值G0.95(32)=2.773；剔除水平a*=0.01，对应格拉布斯 检验临界值G0.99(32)=3.135。经计算，L04实验室的测试结果（统计 量GL04=3.366）和L09实验室的测试结果（统计量GL09=3.479）均判为统计离群值，在后续结果统计中予以剔除。4.3正态性检验对剔除离群值后的反馈结果，参考GB/T4882-2001《数据的统计处理和解释正态性检验》采用爱泼斯-普利（Epps-Pulley）对反馈结果的正态性进行验证。经计算，得TEP(x)=0.0239，因当置信水平p=0.95，n=30时p分位数p0.95(30)=0.371，当置信水平p=0.95，n=50时p分位数p0.95(50)=0.374，可知TEP(x)=0.0239远小于p0.95(30)，说明在此置信水平下，参加机构反馈的结果数据呈正态分布，正态分布拟合曲线见图7。 876543210302520151050频数正态概率密度4.284.294.304.314.324.334.344.354.364.374.384.394.404.414.424.434.444.454.464.474.484.494.504.51测试值4.4指定值及不确定度、能力评定标准差的计算采用参加机构公议值的稳健统计算法A对参加机构的结果进行统计，经多次迭代计算后，得出稳健平均值x*作为指定值xpt，并得到稳健标准差s*。指定值的不确定度u(xpt)采用GB/T280437.7.3方法进行计算。u7xpt8=1.25×s*/>…………公式最大允许误差δE采用GJB548C4.5.2规定的“测量误差小于测量值的1%”进行计算，即指定值的1%。δE=xpt×1% 公式（3）能力评定标准差σpt采用GB/T280434.3.2方法进行计算。σpt=δE/3 公式（4）上述值计算结果见表6。 指定值xpt稳健标准差s*指定值的不确定度u(xpt)能力评定标准差目标值σ目标值能力评定标准差σpt0.3σpt最大允许误差δE经计算，指定值的不确定度u7x!t8<0.3σ!t，满足方案设定要求。4.5能力评价结果根据能力评定准则，计算各参加机构的能力统计量D值，并根据|D|<δE判断各参加机构的结果是否满意。本次能力验证计划共有32家实验室参加，其中16家为强制参加的国家级资质认定检验检测机构，16家为自愿参加。强制参加的机构中，15家结果满意，1家结果不满意；16家自愿参加的机构中，15家结果满意，1家结果不满意。具体情况见表7、表8。12112 5技术分析和建议通过对参加机构反馈资料的分析，对数字集成电路输出高电平电压测试提出以下技术分析和建议，供参加机构参考。5.1测试程序开发本次能力验证过程中有两家参加机构结果不满意，经沟通，原因均为参加机构的测试程序开发人员未仔细阅读作业指导书描述的要求导致对样品施加的测试条件与作业指导书中规定条件不一致。数字集成电路测试程序是对被测样品的输入配置、输出状态监测的关键环节，测试程序的正确与否直接关系到测试结果的合格与否，因此对测试程序开发人员的技术水平、经验积累有较高要求。5.2仪器设备本次能力验证过程中涉及到11个型号的集成电路测试系统，其中使用国产设备的参加机构占25%。组织机构对不同型号设备的测试原理与检测方法描述原理进行了比对，经分析认为不同类型设备测试输出高电平电压时，测试原理均与检测方法描述一致。5.3能力验证样品本次能力验证过程中使用的能力验证样品为流通领域采购后经组织机构筛选后符合均匀性和稳定性检验要求的样品，样品的封装、引脚数量、测试程序开发难易程度等具有通用性。各参加机构基本可以按照组织机构要求的条件进行测试、存储和包装运输。5.4检测方法数字集成电路输出高电平电压测试可依据GB/T17574-1998或 SJ/T10741-2000，这两个方法规定的内容为测试项目的测试原理和测试条件、步骤，不包含测试结果的判定依据。本次能力验证过程中检测方法方面参加机构均选择使用了GB/T17574-1998。组织机构经对比分析两项标准在测试原理、测试顺序、规定条件方面一致，测试原理没有差异，两个标准具有方法等效性，参加机构即使选择不同的方法不会对测试结果造成影响。5.5测试环境参加机构的测试环境温度在22.6℃~27.5℃之间，环境相对湿度在41%～60%之间，均满足作业指导书的环境条件要求。另外，组织机构在作业指导书中明确了参加机构应具备防静电设施并如实记录，包括使用防静电手环、防静电指套、穿防静电工作服、实验室配置防静电球、使用防静电工具等多种防静电措施，参加机构反馈均使用了相应的防静电设施。5.6建议（1）建议各参加机构持续加强对测试程序开发人员的技术培训，测试程序开发人员应能够正确阅读和理解测试样品的测试技术要求，确保测试条件正确。（2）在后续类似能力验证计划开展过程中，组织机构应进一步细化对样品包装、存储、运输、试验操作等过程中样品保护的相关要求，预防出现样品损坏等情况。 6能力验证组织者、协调者6.1组织者国家市场监督管理总局认可与检验检测监督管理司联系人：郭栋6.2协调者中国电子技术标准化研究院赛西实验室负责人：孔宪伟6.3实施单位及主要人员实施单位：中国电子技术标准化研究院赛西实验室实施负责人：孔宪伟、金凯项目组成员：任翔、尹航、武海云、胡海涛、张驰、董今联系人：孔宪伟、金凯7依据的标准规范1、GB/T17574-1998《半导体器件集成电路第2部分：数字