■ 文/公安部第一研究所 肖培森 郭小波 何蘭 高原

國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用芯片應(yīng)用質(zhì)量分析及控制

■ 文/公安部第一研究所 肖培森 郭小波 何蘭 高原

由我國(guó)自主研發(fā)的出入境證件專(zhuān)用芯片，經(jīng)過(guò)市、省以及全國(guó)試點(diǎn)，如質(zhì)量得到驗(yàn)證并滿(mǎn)足應(yīng)用要求即可開(kāi)展大規(guī)模批量應(yīng)用。本文針對(duì)國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用芯片在應(yīng)用中的質(zhì)量問(wèn)題，首先根據(jù)應(yīng)用環(huán)節(jié)進(jìn)行了分類(lèi)，分別介紹穩(wěn)定性和一致性問(wèn)題現(xiàn)象。然后對(duì)不同環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性和一致性問(wèn)題進(jìn)行分析，得出解決方案。最后，從整體質(zhì)量控制的角度，對(duì)國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用芯片的整體產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理，提升應(yīng)用效果，達(dá)到千萬(wàn)級(jí)規(guī)模應(yīng)用要求。

CP測(cè)試 一致性 穩(wěn)定性 兼容性 質(zhì)量控制 體系標(biāo)準(zhǔn)

1 引言

我國(guó)法定身份證件應(yīng)用，具有使用人數(shù)多、應(yīng)用要求高等特點(diǎn)，特別是出入境證件，對(duì)出入境管理和用戶(hù)體驗(yàn)度要求相對(duì)更高，從而對(duì)該類(lèi)證件核心器件——專(zhuān)用芯片提出了非常高的要求。出入境證件專(zhuān)用芯片產(chǎn)品，除了滿(mǎn)足大容量、高速率、高安全等技術(shù)要求之外，還應(yīng)滿(mǎn)足兼容性、穩(wěn)定性、一致性等生產(chǎn)應(yīng)用要求，上述問(wèn)題的集中體現(xiàn)就是產(chǎn)品整體質(zhì)量。

產(chǎn)品質(zhì)量中的兼容性問(wèn)題，一般可以通過(guò)大規(guī)模應(yīng)用之前的分級(jí)試點(diǎn)進(jìn)行覆蓋和解決。我國(guó)研制的出入境證件專(zhuān)用芯片，通過(guò)電子港澳證應(yīng)用各環(huán)節(jié)的千級(jí)、萬(wàn)級(jí)以及十萬(wàn)級(jí)規(guī)模生產(chǎn)和試點(diǎn)應(yīng)用，已完成對(duì)各環(huán)節(jié)讀寫(xiě)設(shè)備兼容性的分析和解決，目前在兼容性方面產(chǎn)品配置已逐步完善，可開(kāi)展大規(guī)模應(yīng)用。

產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性，需要更大量級(jí)的應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證和確認(rèn)，規(guī)模至少百萬(wàn)級(jí)、千萬(wàn)級(jí)甚至億級(jí)，隨著量級(jí)的增加，穩(wěn)定性和一致性問(wèn)題有可能凸顯甚至導(dǎo)致產(chǎn)品應(yīng)用失敗。為應(yīng)對(duì)專(zhuān)用芯片產(chǎn)品大規(guī)模應(yīng)用要求，需要對(duì)芯片的穩(wěn)定性和一致性問(wèn)題進(jìn)行提前分析和預(yù)判并有效解決，確保產(chǎn)品成功開(kāi)展大規(guī)模商用。

2 應(yīng)用環(huán)節(jié)及質(zhì)量問(wèn)題

芯片產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，會(huì)在應(yīng)用各環(huán)節(jié)有不同表現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)于不同應(yīng)用環(huán)節(jié)，也有不同的質(zhì)量要求?？傮w上來(lái)說(shuō)，質(zhì)量問(wèn)題在各環(huán)節(jié)出現(xiàn)的概率是隨著應(yīng)用環(huán)節(jié)的先后順序逐步降低的。

2.1 國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用芯片應(yīng)用流程

集成電路芯片產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)Wafer生產(chǎn)、CP測(cè)試、高溫烘焙（BAKE）、減劃以及模塊封裝后，形成模塊條帶產(chǎn)品，進(jìn)入智能卡應(yīng)用環(huán)節(jié)。我國(guó)出入境證件應(yīng)用環(huán)節(jié)包括Inlay或卡體生產(chǎn)、初始化、制本及預(yù)個(gè)人化、個(gè)人化制證、簽注以及邊檢通關(guān)等，我國(guó)本式出入境證件應(yīng)用環(huán)節(jié)較多，如下圖1所示。

圖1 本式出入境證件應(yīng)用流程

2.2 穩(wěn)定性問(wèn)題

芯片應(yīng)用的穩(wěn)定性是指在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)中射頻信號(hào)受到環(huán)境干擾時(shí)芯片運(yùn)行偏離正常狀態(tài)，當(dāng)干擾消失后，芯片經(jīng)過(guò)自身調(diào)節(jié)能否以一定準(zhǔn)確度恢復(fù)到正常狀態(tài)的性能。專(zhuān)用芯片在出入境證件應(yīng)用各環(huán)節(jié)均有穩(wěn)定性問(wèn)題出現(xiàn)的可能，多讀卡器之間的相互干擾、射頻信號(hào)丟失、讀卡器所處金屬環(huán)境以及應(yīng)用時(shí)操作的不規(guī)范，均會(huì)引起穩(wěn)定性問(wèn)題，造成證件時(shí)讀時(shí)不讀等情況。

穩(wěn)定性問(wèn)題多是考驗(yàn)芯片產(chǎn)品的魯棒性，是芯片自我修復(fù)能力或者容忍度的體現(xiàn)。集成電路研制初期，大多考慮產(chǎn)品的功能符合性、應(yīng)用性能和兼容性，在應(yīng)用過(guò)程中，產(chǎn)品穩(wěn)定性是質(zhì)量考核的重要方面，既體現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)水平，也體現(xiàn)產(chǎn)品的成熟度。

2.3 一致性問(wèn)題

芯片應(yīng)用的一致性是指芯片經(jīng)過(guò)生產(chǎn)、加工、環(huán)境影響以及時(shí)間推移等過(guò)程，除可預(yù)見(jiàn)的變化外，其相關(guān)的特征或者特性與初始狀態(tài)一致的性能。專(zhuān)用芯片在出入境證件應(yīng)用各環(huán)節(jié)均有可能出現(xiàn)一致性問(wèn)題，主要表現(xiàn)為踢卡、失效和不可讀寫(xiě)等情況，指標(biāo)體現(xiàn)為成品率或成功率。

出入境證件應(yīng)用的最終環(huán)節(jié)為持證人使用，為保證證件快速通關(guān)和正常使用，該環(huán)節(jié)要求芯片盡可能實(shí)現(xiàn)零失效。因此，出入境證件芯片應(yīng)用，在確保產(chǎn)品穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，要盡可能在持證人使用前將芯片一致性問(wèn)題全部解決。

3 質(zhì)量問(wèn)題分析

國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用芯片開(kāi)展出入境證件應(yīng)用，需要經(jīng)過(guò)不同批量、批次的應(yīng)用驗(yàn)證和試點(diǎn)應(yīng)用，通過(guò)對(duì)每次測(cè)試過(guò)程中不同環(huán)節(jié)出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施，并在下一次測(cè)試中予以實(shí)施，逐步迭代收斂問(wèn)題，最終使產(chǎn)品質(zhì)量處于一種良性穩(wěn)定的控制狀態(tài)，滿(mǎn)足應(yīng)用要求。

3.1 初始化生產(chǎn)

初始化生產(chǎn)包括Inlay或卡體生產(chǎn)、自動(dòng)初始化兩個(gè)環(huán)節(jié)，下面以電子港澳證應(yīng)用為例介紹初始化生產(chǎn)時(shí)的質(zhì)量問(wèn)題。

電子港澳證卡體生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題包括兩個(gè)方面：一是填裝、埋線和焊接（簡(jiǎn)稱(chēng)填埋焊）失效，二是卡體生產(chǎn)完成后成卡不讀。填埋焊失效的實(shí)體是模塊，成卡不讀失效的實(shí)體是卡片，統(tǒng)計(jì)時(shí)一般將兩種失效情況累計(jì)統(tǒng)計(jì)。

電子港澳證初始化生產(chǎn)中的質(zhì)量問(wèn)題也包括兩個(gè)方面：一是自動(dòng)初始化踢卡率，二是人工修復(fù)初始化失敗率。自動(dòng)初始化失敗卡在修復(fù)成功時(shí)變?yōu)槌善罚魅胂乱徊絺€(gè)人化制證環(huán)節(jié)，統(tǒng)計(jì)時(shí)也將修復(fù)失敗的比例作為最終失效比例。

表1 初始化失效情況統(tǒng)計(jì)

下表1是國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用芯片歷次進(jìn)行初始化測(cè)試時(shí)的失效比例情況，同時(shí)與國(guó)外芯片進(jìn)行了對(duì)比?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)失效分析和質(zhì)量控制，失效情況逐步改善，并與國(guó)外芯片保持同一量級(jí)。

初始化生產(chǎn)環(huán)節(jié)的失效問(wèn)題分析采用內(nèi)部分析和第三方專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)分析相結(jié)合，先內(nèi)部分析初步排查電特性及應(yīng)用軟件操作問(wèn)題，再將無(wú)法判斷失效原因的卡片送第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，出具問(wèn)題分析報(bào)告。針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，對(duì)每一類(lèi)失效問(wèn)題查找問(wèn)題出現(xiàn)原因，追溯芯片生產(chǎn)過(guò)程，找到問(wèn)題解決辦法。下表2和表3是其中一次試驗(yàn)失效分析結(jié)果。

表2 初始化成卡不讀問(wèn)題分析

表3 初始化失敗問(wèn)題分析

3.2 個(gè)人化制證

與芯片相關(guān)的個(gè)人化制證過(guò)程包括個(gè)人信息電寫(xiě)入和電核驗(yàn)兩個(gè)環(huán)節(jié)，電子港澳證個(gè)人化制證環(huán)節(jié)質(zhì)量問(wèn)題包括兩個(gè)方面：一是電寫(xiě)入失敗，二是電核驗(yàn)失敗，兩個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的是數(shù)據(jù)寫(xiě)入和讀取失效。整體失效情況表現(xiàn)為電特性踢卡率，統(tǒng)計(jì)時(shí)將電寫(xiě)入和電核驗(yàn)兩種失效情況累計(jì)統(tǒng)計(jì)，最終表現(xiàn)為制證電性能廢證率。下表4是歷次個(gè)人化制證廢證率情況。

針對(duì)第2批個(gè)人化制證失效情況，對(duì)81張電特性廢卡進(jìn)行分類(lèi)，分析其失效原因及后續(xù)解決方案，如下表5所示。

表4 個(gè)人化制證廢證情況統(tǒng)計(jì)

表5 失效卡情況分類(lèi)分析及解決方案

3.3 邊檢通關(guān)查驗(yàn)

邊檢通關(guān)查驗(yàn)根據(jù)管理部門(mén)的不同分為出入境邊檢通關(guān)查驗(yàn)和邊防邊檢通關(guān)查驗(yàn)兩種情況，出入境邊檢通關(guān)查驗(yàn)采用了3M和MRE兩種讀寫(xiě)設(shè)備，邊防邊檢通關(guān)查驗(yàn)采用3M和Regula兩種讀寫(xiě)設(shè)備。邊檢通關(guān)查驗(yàn)失效表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是證件信息讀取失敗，二是出入境記錄寫(xiě)入失敗，兩個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的也是數(shù)據(jù)讀取和寫(xiě)入失效。整體失效情況表現(xiàn)為非芯片信息通關(guān)，統(tǒng)計(jì)時(shí)兩種失效情況累計(jì)統(tǒng)計(jì)。通關(guān)失效及分析情況如下表6所示。

表6 通關(guān)失效及分析情況

4 解決方案

針對(duì)初始化踢卡率較高、成卡不讀、制證芯片廢證比例相比國(guó)外芯片稍高以及邊檢查驗(yàn)可疑證件等情況，按照上述質(zhì)量問(wèn)題分析情況，從以下三個(gè)方面提出改進(jìn)措施，形成質(zhì)量問(wèn)題解決方案。解決方案提出的原則是盡可能將質(zhì)量控制方案措施放于前道工序，后續(xù)生產(chǎn)制發(fā)可考慮犧牲一定的成品率，最終目標(biāo)是要確保邊檢查驗(yàn)應(yīng)用環(huán)節(jié)高成功率或者零失效。

4.1 產(chǎn)業(yè)鏈控制

產(chǎn)業(yè)鏈控制主要控制流片廠的質(zhì)量管理，通過(guò)加強(qiáng)和芯片流片廠的溝通及批量生產(chǎn)工藝磨合，結(jié)合wafer測(cè)試、后道生產(chǎn)加工及應(yīng)用情況，加強(qiáng)WAT參數(shù)檢測(cè)和工藝控制，使芯片在流片中盡可能保證工藝的一致性。針對(duì)初始化、制證簽發(fā)和邊檢查驗(yàn)失效原因分析結(jié)果，將從非接觸RF通訊、芯片漏電、EEPROM、RAM、ROM及上電響應(yīng)時(shí)間等方面進(jìn)行CP測(cè)試全覆蓋加嚴(yán)篩選，通過(guò)在wafer測(cè)試中犧牲4～5%的良率和一定的測(cè)試時(shí)間，確保后道失效的減少。要求流片廠提高產(chǎn)品質(zhì)量控制要求，質(zhì)量偏差從±3σ減到±2σ，量化質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)整體成品率低（設(shè)置閾值）的wafer批次全部廢除。

另外，需要加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈中減薄劃片和模塊封裝環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，實(shí)施合格供方控制，加強(qiáng)出廠質(zhì)檢。對(duì)目前失效原因，與減薄劃片和模塊封裝廠進(jìn)行質(zhì)量考核環(huán)節(jié)溝通交流，一是提高模塊質(zhì)量考核要求(減小芯片輸入電容范圍、多次上電詢(xún)卡、高速射頻通信指令篩選)，降低模塊封裝成品率要求；二是將前道工序中增加的質(zhì)量考核方法用于模塊封裝質(zhì)量控制工序中，提高質(zhì)量篩查能力。

4.2 應(yīng)用生產(chǎn)控制

應(yīng)用生產(chǎn)控制主要解決初始化和證件簽發(fā)兩個(gè)環(huán)節(jié)問(wèn)題，對(duì)邊檢查驗(yàn)問(wèn)題，可通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈控制以及應(yīng)用生產(chǎn)控制，達(dá)到應(yīng)用要求。

4.2.1 初始化

目前，國(guó)產(chǎn)芯片初始化成品率已達(dá)到國(guó)外在用芯片水平?？梢栽谂繎?yīng)用初期，通過(guò)以下四個(gè)措施降低后道的失效概率：一是通過(guò)犧牲卡體生產(chǎn)成品率，對(duì)處于質(zhì)檢通過(guò)和不通過(guò)臨界范圍內(nèi)的證件全部廢除；二是加嚴(yán)成卡不讀的篩查規(guī)則，對(duì)于首次不通過(guò)的問(wèn)題證件全部標(biāo)記為廢品；三是對(duì)初始化踢卡證件修復(fù)時(shí)只進(jìn)行一輪修復(fù)，暫不使用多輪次修復(fù)措施；四是針對(duì)問(wèn)題證件與正常證件相關(guān)電特性參數(shù)，對(duì)所有質(zhì)檢合格證件再次進(jìn)行電特性偏離較大的質(zhì)量篩查。后期待產(chǎn)品前道質(zhì)量控制穩(wěn)定后恢復(fù)正常的初始化質(zhì)量篩查措施，提高產(chǎn)品生產(chǎn)成品率。

4.2.2 制證簽發(fā)

針對(duì)制證設(shè)備讀卡器升級(jí)改造方案和各設(shè)備生產(chǎn)成品率情況，對(duì)成品率較低設(shè)備的讀卡器進(jìn)行電特性標(biāo)定，在讀卡器一致性方面進(jìn)行微調(diào)，逐步磨合，提高生產(chǎn)效率和成品率。

5 質(zhì)量控制及管理

5.1 體系標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用芯片的質(zhì)量控制按照完善的質(zhì)量管理體系進(jìn)行。質(zhì)量體系是基于ISO/TS 16949、ISO 9001和TL 9000基礎(chǔ)上建立的，主要包括質(zhì)量、環(huán)境和職業(yè)健康安全三大類(lèi)管理體系。除此之外還包括客戶(hù)特殊要求，產(chǎn)品特殊要求等。體系管理嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，針對(duì)國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用芯片，又特別制定了《國(guó)產(chǎn)電子機(jī)讀旅行證件專(zhuān)用芯片模塊》（QZ/S 1379-2014和QZ/S 1431-2016）兩個(gè)版本參照?qǐng)?zhí)行。

5.2 控制執(zhí)行及管理

為保障國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用芯片的產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到出入境證件應(yīng)用要求，在產(chǎn)品各產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)實(shí)施質(zhì)量控制措施，分別制定了電子機(jī)讀旅行證件專(zhuān)用芯片《硅片加工質(zhì)量控制及保障》《Wafer測(cè)試項(xiàng)目及質(zhì)量控制》《物料出入庫(kù)管理規(guī)范》《硅片減薄和劃片質(zhì)量控制及保障》《模塊封裝質(zhì)量控制及保障》以及《模塊測(cè)試流程及檢驗(yàn)規(guī)范》等系列規(guī)范，嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量管理，形成合格批次產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)用。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)出入境證件專(zhuān)用芯片的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析，針對(duì)各生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)節(jié)提出專(zhuān)項(xiàng)解決方案，并在逐步上量的規(guī)模應(yīng)用中迭代實(shí)施，使專(zhuān)用芯片產(chǎn)品應(yīng)用的問(wèn)題逐步收斂并得到有效控制，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升，最終滿(mǎn)足我國(guó)出入境證件大規(guī)模應(yīng)用需要。出入境證件國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用芯片的大規(guī)模應(yīng)用，將打破國(guó)外芯片對(duì)出入境證件應(yīng)用的壟斷局面，每年將為國(guó)家節(jié)約數(shù)億元的外匯支出，同時(shí)提高我國(guó)出入境證件的自主可控水平，促進(jìn)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

[1]張之津,李勝?gòu)V,薛藝澤.智能卡安全與設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[2]郭小波,肖培森.法定證照“中國(guó)芯”——國(guó)產(chǎn)高端芯片在電子機(jī)讀旅行證件中的應(yīng)用[J]. 警察技術(shù), 2016 (1) :71-78.

[3]郭小波.國(guó)產(chǎn)電子機(jī)讀旅行證件專(zhuān)用芯片應(yīng)用失效分析[J].警察技術(shù),2016 (6) :70-73.

[4]ISO/IEC 10373-6-2011. Identification cards-Test methods- Part 6:Proximity cards [S].