中国航天元器件可靠性的“守门人”——记元器件可靠性专家、学部教师张德胜研究员
一、人物概述
在电子元器件可靠性领域，张德胜研究员是一位被业内熟知的“扁鹊式”工程技术专家。他年至耄耋，仍在我国航天重大工程中承担重任；他精力充沛，步履轻快，主持专家会议时中气十足、声音极具穿透力，连续工作的劲头丝毫不逊于年轻人。
他曾参与制定我国电子元器件“七五”科研攻关规划，主笔“九五”微电子发展规划草案。在投身“贯彻国家军用电子元器件标准”和实施“航天元器件可靠性增长工程”的岁月里，他走访了国内上千家元器件企业。在军用元器件领域工作30余年，他始终把保障型号成功放在首位，精耕专业、求真务实，指导分析并解决上千例元器件失效问题，成为主管机关、研制单位和工程用户放心的元器件可靠性“守门人”。
他，就是电子元器件可靠性专家、西安电子科技大学退休教师张德胜研究员。
二、成长经历：从留苏预备生到入伍西军电
1940年5月，张德胜出生在一个普通的工人家庭。父亲在建筑公司做水暖工，母亲是家庭妇女。家中5个孩子里，张德胜年龄最长。年少时，父亲微薄的薪资是全家唯一的收入来源。由于建筑单位工作地流动频繁，童年的张德胜只能跟随父亲四处辗转，先后在沈阳、长春、锦州和北京的6所小学读书。后来，全家终于在北京定居，张德胜得以在北京35中完成初高中学业。
▲ 青年时期的张德胜
20世纪50年代，北京35中在北京市普通中学中稳居第一梯队，是全市公认的优质骨干高中，其口碑、生源和师资长期位居城区前列。六年里，聪颖好学的张德胜如鱼得水，成长为35中思想表现、课业成绩和身体素质全优的尖子生。
那个年代，美西方对新中国实行全面封锁。为满足国家建设对各类专业技术人才的需要，我国选派大批青年赴苏联学习，并于1952年设立留苏预备部，专门承担赴苏留学生出国前的俄语集训、政治审查与预备教育。留苏预备生的选拔异常严苛，须经过三道硬性筛选关口——文化课考核、上查三代的最严格政治审查和高标准的全项目体质检查。
1960年初，高三全优生张德胜经学校保送，被免试选拔为他向往已久的公派留苏预备生。然而到了年中，中苏两国关系急剧恶化，他的出国留学进程戛然而止。
“我当年选报的留学专业是生物化学。”张德胜回忆说，“1960年高中毕业的留苏预备生都和我一样，没能出国到苏联学习。”
由于错过了当年高考，按照国家政策，摆在他面前有两个去向。参加空军招收飞行员选拔，张德胜体检合格却因手上有过冻疮而落选——他只能以留苏预备生资格选择上军事院校。
1960年7月31日，20岁的张德胜带着简单行装，踏进中国人民解放军军事电信工程学院（简称“西军电”，现西安电子科技大学）驻京办事处报到。这个来自普通工人家庭的青年，身着背心短裤，脚穿塑料凉鞋，手中拎着尼龙网兜，里面装着随身毛巾、牙刷和喝水杯子——这就是他的全部家当。
在西军电入伍，成为光荣的人民军队一员，让工人子弟张德胜的幸福感直接拉满——军校学员实行配给制，从被褥、服装、鞋帽、脸盆、毛巾到学习用品，甚至连橡皮和铅笔刀都是统一成套配发。当时正处于三年经济困难时期，上学期间不仅一日三餐免费，每月还有额外的津贴补助。
更让张德胜暖心的，是学员班指导员和班主任无微不至的关怀。这些干部都是真正上过战场、从解放战争和抗美援朝硝烟中归来的英雄。他们行事低调朴实，把学员当成自己的孩子般爱护——轮流站岗执勤时，他们会把自己排在夜间岗，以便让学员们多休息；夏天晚上查寝，因担心拍打蚊子会吵醒学员，他们都是轻轻地用手捏死蚊子……
当问到为什么对学员这么好，他们的回答让张德胜60多年后回想起来依旧感动：“我们能打下新中国，但要怎么把这个国家的建设搞好，怎么把国家发展强大，就得靠你们了！”
三、大学五年：把基础打得牢牢的
在西军电，张德胜被编入五系604班，学习半导体物理与器件专业。五系是无线电物理及电子器件系的代称，当年在校内也被称作“秀才系”。张德胜学习的专业虽属工科，但课程设置十分重视理科基础。比如数学课程除了微积分和工程数学，还开设有高等代数，物理课则强调四大力学——理论力学、电动力学、量子力学、热力学与统计物理的系统教学，旨在夯实学生的数理根基。
“那时，课程学习安排得相当满。比如量子力学作为专业核心理论基础课，我们学了80课时。”张德胜回忆道，“总体来说，我觉得学习不是很费劲。每天完成作业之外，经常到图书馆借阅参考书。”
60多年过去，他还清晰记得，苏联学者编著的两套经典教科书对自己大学基础课程学习的帮助。一套是斯米尔诺夫的五卷七分册《高等数学教程》，一套是福里斯的三卷五分册《普通物理学》。“它们共通的特点是基础扎实、逻辑严密、叙述细致，我阅读这些书籍后视野开阔不少。”张德胜说，“课程学习不能只读一本教材，要看同一个概念在不同书里怎样表述，在比较中作深入思考，才能真正理解和掌握。”
对于主干课程，除了课堂听讲、研读教材和完成作业，他还要在图书馆借阅参考书同步自学。
西军电的教育管理，处处都体现出军队传统和军人作风。早晨起床号一响，学员班就要迅速整队集合，集体出队列操。夜晚紧急集合，则必须在5分钟内闭灯穿好衣服，打好背包行装整队出发。无论到教室上课、自习还是去食堂就餐，都要列队前往，只有晚饭后到晚自习前的一个多小时可以自由活动。张德胜喜欢运动，尤其爱好篮球，每到自由活动时间，他几乎都是在篮球场上挥汗奔跑。
他说：“大学五年的军旅生活，让我终生受益。”军校的教育管理，不仅培养、强化了张德胜的政治觉悟、集体意识和组织纪律观念，也形塑了他的生活和工作方式——60多年中，他始终保持高度自律，常年坚持体育锻炼，讲话做事干脆利落，当天能做的事情，绝不拖到第二天。他乐观向上，专心致志，对专业相关领域的新知识兴趣盎然，一直保持自学和探究的良好习惯。
1961年9月，张德胜光荣入党，成为604学员班发展的第一个党员。他从入学起就担任团支部书记和班小组长，后又被选为604班党支部委员。学员班组织活动，他是主要骨干。每月一次的团支部会议，他要主持并讲评。学校在学员中倡导“一帮一”“一对红”——成绩优秀的学员帮助学习吃力的同学提高成绩，张德胜热心帮助由部队入学、年长自己5岁的陈奇高同学，两人由此建立起深厚的个人友谊。
1962年和1963年，张德胜两次被五系政治部批准为“五好学员”（政治思想好、军事技术好、三八作风好、完成任务好、锻炼身体好）。1964年，他又被批准为“三好学员”（政治思想好、专业学习好、锻炼身体好）。
1965年7月，张德胜以优异成绩本科毕业，被选拔留校任教。从那时起，他便深深扎根于“西军电”这片电子信息学术沃土，一路成长为我国自主培养的电子元器件及可靠性领域的顶尖专家，用他精深的专业造诣和卓越的工程才能，书写技术报国六十余载的人生传奇。
四、紧密联系实际的教学骨干
留校任教后，张德胜的教学工作经历相当丰富。从事过实验教学，参与筹建晶体管生产线，下厂开展教学调查，负责“五七”车间半导体器件生产，参加《半导体器件制造技术丛书》和全国统编教材《半导体物理学》的审编。他曾担任半导体物理课教学组长、专业实验室主任和教研室党支部书记，先后主讲“半导体物理学”“工程数学”“半导体热光磁物理”“可靠性工程”等4门本科课程，新开“固体理论”和“硅-二氧化硅界面物理”2门研究生课程，主讲研究生学位课“微电子器件可靠性”。
现存于西电档案馆的《技术物理系（五系）沿革与现状》（执笔人：王方、马善玉，1986年5月）中有这样的记载：“1969年，按照毛主席的《五七指示》精神，学校决定五系成立五七车间。筹建‘半导体生产线’和‘阻容元件生产线’。”“筹建晶体管生产线负责人是姚立真、张义门、张德胜、周南生、陆瑞良、金振伦、吴玉广、扈佩华等同志。”
张德胜回忆说：“购置氧化、扩散、光刻设备建设晶体管生产线，等于是白手起家。因为起初我们只有理论知识。”半导体生产中，各个工序的清洗都要用去离子水，但他们起初并不清楚如何制备，磷扩散和光刻工序都是有毒的，如何保证操作工人的身体健康。为此，张德胜与几位老师一起，全脱产到一线生产企业开展了为期数月的教学调查，实地学习半导体生产工艺流程和工艺条件。
20世纪70年代初，国内硅器件生产尚处于起步阶段，生产工艺无统一标准，各厂、各所工艺自研自试，技术方案五花八门，器件质量参差不齐。为统一工艺操作规范、提升产品质量稳定性，国防科委统筹有关高校、研究所和企业技术力量组成编写组，编撰硅平面器件和集成电路制造工艺丛书。编写工作由专业力量较强的西北电讯工程学院（现西安电子科技大学，以下简称西电）总牵头，张德胜、孙青、贾新章、姚立真4位骨干教师被抽调到北京集中，用4个多月时间完成了编写和审稿任务。
“当时正值‘文革’中期，每天工作前先要背诵毛主席语录。”贾新章教授笑着回忆说，“孙青老师刚从‘牛棚’解放出来不久。张德胜老师政治上根红苗正，我们4人由他带队负责。”
▲ 20世纪70年代初出版的国内第一套《半导体器件制造技术丛书》
1971年至1972年，全套共12分册的国内第一套《半导体器件制造技术丛书》，由国防工业出版社出版发行。丛书涵盖硅平面器件工艺基础、硅材料制备、衬底制备、外延生长技术、氧化技术、扩散技术、隔离技术、制板技术、光刻技术、引线封装、测试、化学清洗等内容，重点汇总介绍了当时国内行业普遍采用的半导体工艺方法与生产实践经验，简要介绍了各工艺技术的基础原理，针对生产过程中常见的质量问题进行了分析说明。全书“坚持以生产第一线为编写现场”，以浅显易懂的物理概念和工艺图表为主阐述技术内容，是上世纪七十年代国内硅平面器件制造领域体系最完整、最贴合国产化生产实际的成套工艺丛书。
“文革”期间，张德胜闹中取静，把我国半导体学科创始人黄昆院士编著的权威教材——《半导体物理学》仔仔细细读了好几遍，书上每一页都让他写划得密密麻麻。他回忆说：“半导体物理是我们专业的核心基础课。当时读书有一个说法，就是把薄的书先要读厚，然后再把厚的书读薄。”
1974年，张德胜成为总课时100学时的专业基础课“半导体物理学”的主讲教员。第一次站上讲台的经历让他至今记忆深刻。为了备好第一堂课，他把教案反复背诵、复述了不下10遍。即使如此，初次讲授时心里仍不免慌张。
“钱建森老师的教学风格对我影响很大。”张德胜说，“上大学时，钱老师教我们晶体管原理课。他是清华毕业的，思路特别清楚，讲解透彻，重点突出，没有啰唆的语言。”
▲ 张德胜老师作器件可靠性评价技术报告
日常教学中，张德胜把钱老师当作看齐的偶像，坚持从三个方面自我加强和改进，以保证课堂讲授效果。一是舍得在备课上花时间。尽管对课程内容已经很熟悉，他往往还要用6小时以上准备一堂课。他要求自己对教学内容熟练到脱口成诵的程度，再考虑怎样表达效果更好。二是加强课堂提问互动。对于基本原理和概念，他要求学生举例说明，以了解其是否真正理解和掌握了教学重点。三是重视课后与学生交流。通过学生的反馈，看看自己备课中还有哪些不足。他笑着回忆说：“学生常说懂了，我问几个问题，他们才发现自己没有真正弄懂。”
把教学积累转化为教材，是优秀教师成长的基本路径。1972年，张德胜参加了学校组织的“半导体物理”讲义的编写工作，执笔PN结、金-半接触、半导体表面等3章内容。1983年，西安交通大学承担的全国统编教材《半导体物理学》由西电负责审稿，张德胜主审“表面理论”“半导体磁学和压阻效应”等4章共15万字的内容。1999年，由史宝华、贾新章、张德胜合著的《微电子器件可靠性》被列入高等学校电子信息类规划教材。
五、面向工程实践，专注行业技术难题
20世纪80年代，是西电由以教学为主向教学科研并重的大学转型的重要阶段。那一时期，在孙青教授带领下，半导体器件可靠性物理与表面物理是学校半导体器件与微电子学学科的重要方向，其研究水平在国内高校领先。
那时，国内集成电路与元器件企业中，由于洁净制程、钝化工艺尚未成熟，半导体氧化层内迁移性最强的可动碱金属杂质钠离子，是制约器件长期稳定性、加速失效、拉低生产良率的最大隐患，在行业内被称作钠离子沾污。如何解决半导体表面钠离子沾污问题，成为一个时期困扰行业企业的技术难题。
从1981年开始，张德胜的大部分精力转向了科研工作。他在负责“五七”车间晶体管生产线期间就注意到，半导体表面的金属杂质污染影响晶体管质量的问题。于是，张德胜把“半导体表面特性及器件可靠性研究”作为自己的科研主攻方向。
“半导体表面物理”是张德胜主持和主要承担的第一个科研项目。该项目聚焦半导体表面不到1微米的微观物理结构，于1983年完成了全部表面电参数的测试技术研究。沿着这一方向继续深入，张德胜尝试利用表面电参数全面分析半导体器件失效的机理，得到国家重点研究支持。
“课题主要来自电子工业部，都是面向工程实践的。”张德胜回忆说，“当年争取课题不复杂，在报告中写清楚已有的工作基础、拟解决的问题、采用的技术路线和研究手段。只要报告写得比别人好，就能拿到研究项目。”
张德胜参与的“元器件失效分析与分析技术研究”项目，完成了CMOS电路在线检测监测图，能够快速准确检测出CMOS电路7个不同氧化层下的主要电参数，据此追根溯源生产工艺中的问题，在提高企业成品率上初见成效。
1986年底，在多年接续研究基础上，张德胜主持研制成功“XD-F01半导体表面参数测试仪”。测试仪能利用微机实现数据自动采集和处理，准确测量半导体表面上包括钠离子沾污在内的全部参数，在实际使用中受到北京半导体器件三厂、贵州4433厂、辽宁8231厂、甘肃749厂等多家企业的欢迎。
他在研究中发现，当半导体表面氧化层上钠离子数超过1013个/cm²，器件性能会迅速变差乃至失效，而当钠离子数小于1010个/cm²，器件则能稳定工作。这一结论，在多家企业的产品质量试验中得到验证。
“我们研制的测试设备很实用。”张德胜回忆说，“只要测出半导体氧化层表面的钠离子沾污量，就能确定能否进入下一道生产工序。”一段时间，他带着测试仪前往全国各地的企业，指导生产技术人员掌握测试方法，帮助分析污染来源——是水质问题、管道清洗不合格，还是其它工艺缺陷？由此形成解决钠离子沾污的基本流程：先行测试氧化层表面沾污量，对照标准追溯根源，再行改进生产工艺。
当年的技术鉴定认为：张德胜主持完成的系列成果，“在利用表面电参数全面分析器件表面失效机理的研究方面处于国内领先地位”“在半导体器件失效分析和在线检测方面处于国内先进水平”。
千淘万漉虽辛苦，吹尽黄沙始到金。面向工程实践聚焦钠离子沾污技术难题，长期的潜心钻研和接续攻关，终换来丰厚回报。张德胜的研究工作得到越来越多行业企业的认可，取得的系列研究成果在1983年、1985年先后荣获3项电子工业部科技成果二等奖奖励。这些，更进一步激发了张德胜专注于“半导体表面特性及器件可靠性研究”的创新动力。在接下来的工作中，他开始深入分析半导体表面的结构、电场分布和能带结构，系统研究氧化层厚度、致密度以及水汽含量等因素对器件可靠性的影响。他回忆说：“研究发现，器件、芯片90%以上的故障，都是由半导体表面或封装中的缺陷引起。”
十几年间，张德胜埋头在基础科研和应用一线忙碌着。他先后主持和参与完成20余项重点课题和重要应用项目的研究工作，包括“七五”国防科技应用基础研究攻关项目“CMOS栅氧化层抗电性及其退化机理研究”，“七五”国家重点科技攻关项目“集成电路计算机辅助制造技术研究”，“八五”攻关军事预研项目“大规模/超大规模集成电路可靠性评估技术的研究”，CMOS氧化层监测监控技术在“七专”生产线上应用，半导体表面参数标准测试技术研究，砷化镓MOSFET稳定性与表面特性关系研究等。其中，有3项研究成果分别于1990年2月、1992年10月和1993年8月获得机械电子工业部科技成果三等奖。
六、在行业战略和重点专项中施展才干
20世纪80年代，是我国电子工业快速发展的重要历史时期。但在元器件可靠性方面，当时国产军、民用电子元器件普遍存在缺少标准化设计与管控手段、失效率高和失效机理不清的问题，新型军工装备元器件自主配套面临基础材料、工艺、管理等瓶颈，叠加国外成熟高可靠技术竞争压力，电子工业部决定制定“电子元器件可靠性‘七五’攻关规划（1986-1990）”。西电在专业领域的影响力，加上张德胜在半导体可靠性研究和解决企业实际问题中的亮眼表现，让他有机会参与到这一行业战略的制定当中。
当年，规划的核心是围绕“突破可靠性正向设计、失效分析、加速试验基础技术”“搭建统一标准与可靠性数据库体系”等任务部署具体攻关方向。“1986年出台的这个规划，重点是面向行业突出问题。”张德胜回忆说，“然后组织全国力量攻关解决。”与规划同步发布的，还有“电子元器件可靠性‘七五’科研基金指南”，张德胜也深度参与到指南的制定工作中。
为满足我国航天事业对元器件高可靠性的要求，针对当时技术落后和质量管理混乱的实际，1978年，国防科委及主管电子工业的第四机械工业部、主管航天工业的第七机械工业部等开始组织实施“七专”（专人、专机、专料、专批、专检、专筛、专卡）元器件高可靠质量工程。1985年前后，张德胜开始经常受邀参加“七专”工程相关工作，主要任务包括：一是了解相关生产企业贯彻“七专”技术条件的实际执行情况；二是发生重大质量事故和出现潜在质量隐患时，到工程一线和相关企业协同开展失效分析，追根溯源，现场解决问题。
“我先后参加过50多个研究所和企业‘七专’生产线建设质量的实地审查。”张德胜回忆说，“比较而言，更多任务是参加元器件失效分析和解决问题。”
▲ 张德胜老师给工程一线技术人员授课
在“七专”阶段性总结时，针对各生产线普遍存在的共性问题，机械电子工业部（1988年，电子工业部和国家机械工业委员会合并为机械电子工业部，简称“机电部”）军工局部署开展难题攻关。张德胜先后主持完成了两项重点研究任务：“‘七专’半导体器件参数漂移失效的计算机模拟技术”和“‘七专’双极线性集成电路芯片表面质量监测技术与自动控制测试系统”。
“所谓参数漂移，就是质量合格的元器件使用一段时间后，性能变差甚至完全失效。”张德胜说，“我们的研究，一方面深入拆解、分析参数漂移产生的原理，另一方面给出了一套抑制与控制漂移的解决方案。研究成果在应用中取得良好效果，得到行业企业和主管部门的认可。”
1989年4月，机械电子工业部专项表彰军用元器件高可靠“七专”十年（1978-1987）工作中成绩显著的集体和个人，张德胜众望所归，成为屈指可数的先进个人奖获得者。
1992年6月开始，电子工业部（1998年3月，拆分机电部，恢复电子工业部）电科院借调张德胜到中国军用电子元器件管理中心工作。当时，该中心是我国军工装备高可靠电子元器件自主保障体系的核心管理单位，负责解决元器件标准不统一、选型混乱、进口依赖、失效率偏高、质量追溯断裂等问题，统筹科研攻关、生产制造、筛选检验、整机使用、失效反馈等工作。
借调工作的4年多时间里，张德胜忙得不亦乐乎。他除了承担电子元器件质量和可靠性方面的管理和协调工作以外，还主持开展我国军用元器件的宏观战略决策和管理方面的研究。先后完成“军用元器件可靠性控制指南”“军用电子元器件新品考核办法”“军用元器件贯彻国军标关键问题与对策”“军用元器件‘八五’规划典型目标跟踪研究”“微电路国军标工艺质量保证实施技术研究”“‘九五’微电子发展规划草案”等；编制“军用元器件质量认证合格产品目录（QPL）”；执笔多个企业和研究所贯彻国军标立项调研报告；负责国家重点工程“长三甲”运载火箭用微电路质量问题技术协调工作，制定实验方案，作出评审结论……
张德胜负责完成的多个指导性文件，在行业内产生较大影响。他的专业技术水平和管理能力得到国防科工委（1988年，国防科委等单位合并组建中国人民解放军国防科学技术工作委员会，简称“国防科工委”）、电子部主管业务部门和领导的肯定与称赞。1994年10月，国防科工委聘请张德胜为“中国军用电子元器件质量认证委员会”副秘书长，电子部科技与质量监督司聘请他为“电子部可靠性专家组”成员，电子部电科院基础局聘请他为“电子元器件微电子专家组”成员。
七、走遍上千家军工元器件企业
回溯历史，上世纪60-70年代，国产电子元器件工艺粗糙，钠离子沾污、封装漏气等早期失效问题突出。据上世纪70年代航天、导弹型号故障统计复盘，《“七五”电子元器件可靠性科研攻关规划》记载，东方红系列卫星、东风远程导弹工程各类故障，70%以上由电子元器件失效引发。
张德胜说：“当年，我国在电子元器件可靠性方面，主要存在两个突出问题：一是缺少一套质量标准，二是产品研发没有做到系列化和谱系化。”
“七专”十年高可靠性工程，虽然建立起一套行之有效的军工电子元器件全过程质量管控模式，但“七专”是行业协议而非国家质量标准，不具备法定强制效力。为此，“‘七五’电子元器件可靠性科研攻关规划”明确，要参照美军标MIL体系建立自主国军标GJB体系，把零散的“七专”管控经验标准化、法规化，统一全国军工元器件质量门槛。
1993年，全国军用电子元器件贯标工作会议召开后，贯标从试点转为全国强制全面推进。元器件企业和研究所、航天整机单位同步启动了体系建设、生产线改造、产品鉴定，行业全员投入贯标整改。
张德胜所在的中国军用电子元器件质量认证委员会的核心工作，就是统一建立军用电子元器件合格产品目录（Qualified Products List，简称“QPL”）和军用电子元器件合格制造厂（生产线）目录（Qualified Manufacturers List，简称“QML”）制度。1995年，随着首批生产线和产品完成认证入库，中国军用电子元器件质量认证委员会需要常态化大批量组织专家，赴全国各地军工企业，开展现场审核、飞行检查、不符合项闭环整改。
担任副秘书长，张德胜要深度参与QPL、QML两项认证。作为专家组成员，他在负责GJB标准技术解读、企业贯标技术指导和产品与生产线试验数据评审的同时，还要在工程一线出现质量问题时，参加元器件失效机理研判，现场解决问题——张德胜的日程排得异常饱满。因为在业务领导机关的同事眼中，他的专业理论基础扎实，是靠得住的技术支持。而了解和熟悉半导体生产工艺，又是其他来自高校的专家组同事所缺乏的。
张德胜说：“300多个单位的贯标认证，都要到现场逐一审核，看是否达到了‘文、文’相符和‘文、实’相符，以确保产品质量保持国军标技术状态。”所谓“文、文”相符，就是企业编制的文件，是否与国军标中相应的文件要求相符。所谓“文、实”相符，就是质量文件怎么规定，现场实际工作就怎么实施，以杜绝纸面贯标、实操走样，实现国军标真正落地。
“国内半导体器件和元件厂家超过1000家。”张德胜回忆说：“贯标认证审查和元器件失效问题现场分析，加上以前参加的‘七专’审查，我几乎走遍了所有的元器件企业，有的去过多次甚至几十次。”
谈及他参与和负责处理过的重大工程中各类元器件失效问题，多年前的场景历历在目。
——某航天器上的大功率器件经过上千次高低温循环试验后，会出现芯片与底座脱开、剥离的现象，也就是行业俗称的“掉片”故障。起初怀疑是焊料材质问题，但打开发现，器件腔体内部有黑色粉末。经分析确认，这是高温工作环境下，腔体内水汽、氧气含量偏高，导致焊料中的铅被持续氧化。企业尝试用锡、银、铜等优质焊材替代，但改善效果有限。后续深入机理研究，才找到真正原因：高低温循环过程中，芯片会反复热胀冷缩，热应力无法有效释放，叠加腔体内腐蚀，就会造成焊层脱裂、芯片剥离、器件掉片失效。
——某企业早年生产的卫星专用开关三极管3DK9，前期使用稳定可靠，后期批量出现漏电流持续增大、器件腐蚀报废的问题。拆解发现，半导体表面的铝布线有明显的环状腐蚀痕迹。专业检测查明：半导体表面的氮化硅保护层不致密且含氧量过高，导致外部水汽缓慢渗透进入器件内部，持续腐蚀铝布线，造成三极管漏电流增大、功能失效。
“当年为解决这一工艺缺陷，投入了大量技术力量，付出极高代价。这些，都属于初级的失效问题。”张德胜回忆说，“30多年来，我参与处理解决的各类故障，大大小小至少在1000例以上，问题类型各式各样！”
八、分析解决失效问题，80%用的基本概念
张德胜在采访中反复强调，基础理论对工程技术人员至关重要。他深情回忆起自己运用基本概念和原理，处理解决航天工程中一个又一个系统故障和元器件可靠性隐患的往事。
——水汽遇低温凝露、结霜是基础物理常识，也是生活里随处可见的自然现象。张德胜曾运用这一基础原理，解决过军工装备生产中的棘手故障。早年宝鸡一家电子装备领域军工企业为在年底前按期完成装备交付任务，昼夜赶工调试设备，可设备出现了十分反常的问题：白天整机调试全部正常，但夜间加班时系统频繁出现运行故障。企业技术团队多日反复排查，始终没能定位问题根源，项目负责人万分焦灼。得知情况后，张德胜受邀赶赴现场实地勘察。他留意到夜间厂区供暖关停，车间环境温度大幅下降，当即精准判断故障症结：装备使用的器件腔体内水汽含量过高，低温环境下凝露，进而引发设备异常。他随即指导工厂对接元器件供货单位，严格规范、优化器件封装前的烘烤除湿工艺流程，从源头控制腔体水汽含量。工艺整改落实后，该故障彻底消除，保障了军工装备顺利验收交付。
——某型号导弹配套的直流变换器，后期几个批次产品在发射前调试中陆续出现故障，导致国家重点型号试验延期3个月。拆解检查发现，电源内部的陶瓷基板出现裂纹，多方排查也找不到问题根源。后来了解到，总体单位的装配工人曾反映，这款直流变换器的铜质管壳底座太薄，装配难度很大，操作中稍有不慎就会损坏。为方便装配，厂家对铜壳底座进行了加厚处理。张德胜听后，斩钉截铁地说：“问题就出在这儿！”因为电源在工作中，元器件发热会产生应力，原厂设计的薄铜壳可以通过轻微变形，吸收、释放掉应力，保护电路中的陶瓷基板不受其影响。铜壳加厚使得硬度显著变大，电源工作时难以发生形变，失去了吸收应力的功能。热应力无处释放，就会集中作用在脆性的陶瓷基板上，导致出现裂纹，造成电源失效，让整个系统无法正常工作。
——某导弹验收前，请专家技术把关时发现系统故障，长时间自查检测，也未发现明显问题。邀请专家组会诊，发现一瓷介电容器表面有不易看出的非常细小的裂纹。研制单位起初并不重视，认为该电容器是冗余设计，起辅助滤波作用，从理论上讲，就算完全去掉也不影响电路正常工作。张德胜当即指出，没有这个滤波电容器反倒无关大碍。有这个电容器后，工作环境中它要经受反复冷热循环，会导致裂纹持续扩大，极易造成电容击穿短路，引发电源烧毁的严重故障。追根溯源，这款冗余设计的滤波电容器和其他元器件共用了同一个焊盘。而GJB明确规定：不同元器件间的不同引脚，不允许共用同一个焊盘。因为，多个元器件工作产生的热应力会集中在同一焊盘上，应力无法分散释放，会持续拉扯脆性的瓷介电容器。
——钽电容器由于容量大、体积小，非常适合星上设备。但它存在一个特殊的固有失效模式：长期不加电静置时，内部绝缘氧化膜会自行退化失效。早期航天电路采用主备双电容器冗余设计，正常工作时只用主电容器，备用电容器长期处于闲置、不加电状态。从设计逻辑看是双保险、双重备份，但其实存在致命隐患：主电容器长期工作，备用电容器则会在长期静置中退化，一旦主电容器故障需要切换时，失效的备用电容器根本无法正常工作。只有两个电容器定期切换加电“轮流”工作，冗余设计才能真正有效！
张德胜深有感触地说：“我参与处理的失效机理分析，80%以上用的是基本概念和基础原理！”
九、为大国重器守住元器件可靠关
元器件是现代科技的奠基石，被称作航天工程的“细胞”，其可靠性在保障系统整体可靠性与任务成功中至关重要。例如，一个包含15000个元器件的系统若要达到0.95的可靠度，则每个元器件的可靠度需高达0.99999658。历史案例显示，由欧洲多国合作研制的阿里安火箭多次发射失利中，约7次源于个别元器件故障。我国航天产品研制实践表明，元器件的质量与可靠性问题，是制约航天产品质量与可靠性提高的主要薄弱环节。要保证航天工程任务成功，元器件质量问题归零是基本前提。而这往往涉及很多单位，如元器件生产单位、检测中心、单机设计单位、生产单位，甚至系统设计单位，环节多，情况复杂。
近30年来，在多个航天重大工程中，张德胜屡屡被委以重任，先后担任某战略导弹电子元器件可靠性增长工程专家组，北斗导航系统电子元器件自主可控专家组和载人航天工程电子元器件专家组组长，在工程元器件质量问题归零中发挥着至关重要的技术支撑。
张德胜回忆说：“在可靠性增长工程中，我们解决了内部水汽、静电损伤、键合脱键等一系列具体工程问题，一边工作一边修订标准，保证了装备元器件可靠性。”
——某战略导弹在试验发射前，检测发现一款器件性能指标异常。开盖检查，其内部发生严重锈蚀，已经长出“白毛”——这是水汽与铝反应，生成的氢氧化铝与水的合成物。张德胜依据状态分析，判断这不是孤立事件——使用同批次管壳的其它器件也会生长“白毛”。经排查发现，一百多台套部件中使用同批管壳的器件果然均有“白毛”出现！全部更换器件后，保证了发射成功。
▲ 张德胜与航天货船总师、西电校友党蓉（右）在发射场合影
深挖失效机理找出根源，问题在于器件封装处理不达标——腔体超标水汽与铝材料发生反应，造成腐蚀长出“白毛”。对照国军标封装标准，该类器件腔体内水汽体积占比需控制在5000ppm以内，该批次实测数值远超10000ppm，但在前期出厂检测时，实测值是符合标准规定的。专家组经过比较发现，在常温静态和加电工作一段时间分别检测，测量值确实相差甚远。究其原因，出厂检测是在常温静态下进行，管壳腔体材料孔隙中吸附的水汽分散各处，器件内部检测数据貌似达标。但持续工作或高温寿命试验后，器件内部残留的水汽会持续释放到腔体，造成后期实测值严重超标，长期储存就会出现内部腐蚀，长出“白毛”，导致器件失效。专家组在查阅文献、分析机理和试验后发现，当高温工作后，内部水汽指标小于3000ppm时，该器件不仅工作状态最佳，可靠度也最高——这也成为修正后的该款器件生产工艺标准的基本内容。
1993年“银河号事件”后，我国意识到自主导航的重要性，于1994年启动了北斗一号工程。2007年，北斗二号工程研制攻关期间，星载元器件国产化替代论证工作正式启动。为此，总装备部（2016年依托原总装备部大部分机构改组为军委装备发展部）成立北斗导航系统元器件自主可控专家组，任命张德胜担任组长。
北斗导航工程是拥有50余颗卫星的大型长周期星座系统，卫星在轨需要持续迭代升级，定期替换更新。如果核心元器件长期依赖国外产品，一旦外部断供受限，整个星座体系将受制于人，后续升级发展也无从谈起。张德胜说：“正是基于这一重大战略风险，总装备部（及后来的军委装备发展部）提出，北斗元器件必须实现自主可控。专家组聚集了全国20多位元器件专家专项攻关。”
攻关之初难度极大，早期北斗卫星使用相当比例的进口元器件。航天有关整机单位顾虑重重，不敢轻易换用国产元器件。因为替换一颗进口元器件，需要重新开展全套验证、模拟试验、可靠性考核，工作量极大、风险极高。为抢出工程进度、保障北斗系统尤其是三号工程按期组网发射，专家组开启了高强度攻坚模式——几乎每天晚上六点，专家组、元器件和整机单位齐聚会议室准时开会。大家一边吃盒饭一边研讨问题，一般开到夜里10点多才结束。
十、“西电人求真务实，无所畏惧！”
在航天重大工程元器件专家组先后工作30余年，张德胜心里装着为国奉献的担当，日常秉持精耕专业的韧劲，做事抱着求真务实的态度——他始终把保型号成功放在第一位。
中国空间站问天实验舱责任总指挥潘平研究员，与张德胜在载人航天工程元器件专家组一起工作了将近10年。他说：“张老师深受载人航天办公室和研制队伍的信任，有他在，大家心里就有底——他是当之无愧的航天元器件守门人！”
潘平介绍说，在载人航天工程的新品元器件审查中，作为评审组长，张德胜前前后后把关了上百项新品，每一项都逐字逐句抠细节，提出的专业意见精准又透彻。很多潜在的设计风险，都是提前揪出来帮型号团队解决的。在潘平眼里，张德胜是“较真派”，更是“责任派”——碰到元器件的技术细节，哪怕只有一丝疑点，他也非要查个水落石出、眼见为实。面对型号应用的风险，他更是半分都不妥协，真正守住了专家把关的防线。
“‘载人航天，人命关天’‘拿数据说话’，这两句话张老师经常挂在嘴边，也落实在专家组的每一项工作中。”潘平深情回忆起一次元器件应用验证总结评审会上的情景：有个器件的单项技术指标，在部分环境条件下实测值略低于要求。张德胜没有放过这个“小偏差”，他带领专家组严谨分析、反复讨论，最后明确：“这个器件不能直接用，必须改进后重新测试验证，不然风险太大”。“那一刻我特别清楚，张老师的严格不是苛刻，而是对航天员生命、对航天任务的绝对负责。”潘平敬佩地说。
原中国电子学会电子封装专业委员会副主任、清华大学贾松良教授，曾连续3届担任航天电子元器件可靠性增长工程联合专家组专家，长期担任载人航天工程电子元器件专家组专家，与张德胜一起工作过近30年。“我们俩有共同的经历。我曾担任清华大学微电子所的党总支书记，张德胜老师担任过教研室党支部书记。”贾松良说，“张老师在电子元器件可靠性方面的知识很渊博。他办事公道，坚持原则，善于团结不同年龄和工作经历的专家一起工作。”
贾松良虽已年届九秩，但对与张德胜一起工作时的两件往事记忆深刻。
——1996年3月，在前期“长三”“长三乙”运载火箭两次发射失败之后，第三次试验发射在即。现场检测发现，火箭上有一款元器件不能正常工作。专家组奉命赶到现场，开展失效分析。经过五天五夜的紧张忙碌，最终查明确认：元器件制造过程没有质量问题，是使用单位在应用测试过程中，高电压打火造成的损坏。“当时张德胜老师负责实验验证。”贾松良说，“因为要承担责任，航天工业总公司有关人员不同意专家组意见。但我们坚持向上级如实写了报告——我们说，我们对国家负责！”当年10月，在火箭发射成功一段时间后，专家组收到有关单位的感谢信。
——在实施可靠性增长工程三期时，张德胜担任专家组组长。有一次，某研究所设计生产的一款器件有一项技术参数不达标，有关人员多次找张德胜融通，甚至通过上级施压，但他坚决不同意签字。
担任专家组组长，不单纯是专注于业务工作和承担技术责任就能做好。实际情况有时比技术本身更为复杂，甚至要面临巨大的压力。谈起20年前轰动行业的“氧化铍事件”，张德胜的记忆尤为深刻。
氧化铍是军工电子的关键散热陶瓷材料，专门用于大功率器件热设计，属于严控军工材料。在行业内，氧化铍陶瓷分两种规格：99瓷和95瓷。99瓷纯度高、导热极好，但脆性大、机械强度低；95瓷纯度稍低、导热略逊，但韧性好、机械应力性能更强，适合做大尺寸、大面积陶瓷基片。当时有用户单位采购大尺寸氧化铍陶瓷片，合同中细化有技术条件，但未标注纯度。生产厂家按照实际工况需求，选用机械强度更高、不易开裂的95瓷供货，完全满足设备结构与应力使用要求。用户单位在使用后发生了严重质量事故。上级主管看到供货是95瓷，直接定性生产厂家“以假乱真、破坏军工”，上报层级极高。首长批示：彻查到底，严肃追责。张德胜按要求带领专家组着手调查，逐条核对工况、尺寸、应力要求和材料特性，最终查清真相：并非生产厂家造假。因为用户单位所需的超大尺寸陶瓷片，99瓷根本无法满足技术指标要求，厂家是根据技术指标合理选材，并非以假乱真，更谈不上破坏军工。
谈到这里时，张德胜略显激动地说：“当时真的是压力非常大！但我们西电人求真务实，无所畏惧！”
十一、弘毅敏学：事业之树常青的秘诀
白首不渝心似磐，老骥伏枥志航天。张德胜坚守技术报国的赤子初心，以耄耋之年仍投身多项国家航天重大工程，扛起电子元器件可靠性把关的重任。他的专业技术生涯跨越60余载，成就鲜有人及。坚韧不拔的毅力，持续迭代的学习钻研，加上严谨律己、谦和待人的行事品格，便是他事业常青最重要的根基。
“张老师的意志力特别让人佩服。”潘平说，“工作再忙，他都常年坚持锻炼，走起路来步伐轻快，不少年轻人都追不上。也正因为有好身体打底，他在工作时总能保持十足的专注，哪怕连轴转也不见疲态。”
张德胜坚持日常锻炼的良好习惯，早在青年时期就已经养成。上大学时，他爱打篮球，喜欢游泳，课余时间坚持运动，常年坚持冷水浴。遇到大雪天气，早晨不必出队列操，但在冰天雪地的操场上，常常能看到只穿背心短裤跑步的张德胜；夏日大雨滂沱之时，也能见到他光着膀子身着短裤在雨中淋洗的身影。
留校工作以后，张德胜每天起床后的第一件事便是晨跑半小时。很多年里，他是全家总动员，和妻子一起带着儿子女儿，每天围着大操场晨跑，直到两个孩子先后上了大学。上世纪90年代回到北京，他依旧保持运动习惯，日常坚持游泳；到外地出差则是“逢山必爬，遇水必游”。即便如今年过八旬，他仍然保持每日步行六千步左右的运动量。
常年坚持体育锻炼，不仅让张德胜的体质体能格外健康强壮，同时也练就了他过人的意志力。上世纪80年代末，有一次在无锡参加学术会议，会后组织到太湖旅游时，张德胜只身从梅园下水，横渡蠡湖畅游到鼋头渚上岸，全程在5公里上下——他的“壮举”让乘船前往的其他同行专家惊诧不已。
西电集成电路学部退休教师贾新章教授，也讲述了50多年前的一次难忘经历。他回忆说：“当年在北京集中，编写《半导体器件制造技术丛书》期间，有一次，张德胜老师、孙青老师和我三个人一起，从军事博物馆旁的玉渊潭八一湖下水，沿昆玉河一直游到了颐和园，总游程有七、八公里。”
张德胜不光在体育锻炼中有长途跋山涉水的豪气和毅力，在业务学习和技术钻研方面，同样具有滴水穿石的韧劲。
改革开放后，英语成为各行各业技术人员最主要的国际学术交流语言。但在中学和大学阶段，张德胜外语科目主修的都是俄语。为此，他毅然从26个字母起步自学，积极参加学校为专任教师举办的初级英语培训班。教学科研工作之余，每天晚上他都要挤出1-2个小时自学英语——背单词，读课文例句，翻译专业短文，虚心向英语教研室老师请教——几年坚持下来，他已经能够顺利阅读、笔译英文专业资料。
中国运载火箭技术研究院熊盛阳研究员，与张德胜相识已有20多年，俩人长期在多个专家组共同工作。熊盛阳敬佩地说：“张老师的专业能力让人折服！他不仅在元器件各领域具有顶尖的理论水平，在工程领域的知识范围也特别广，从设计、工艺到试验、应用验证，每个环节的细节都摸得透透的。问张老师任何工程或理论问题，他都能言简意赅、一针见血地给出答案。”
其实，张德胜早年在校学习的电路知识，无论是基础单元电路、振荡电路还是放大电路，都是电子管架构的理论与应用。张德胜说：“1963年，我才第一次接触到最简单的硅三极管，自此进入半导体技术领域。从电子管到半导体分立器件，再到如今迭代更新的各类新型元器件和集成电路，技术跨度很大，这也让我始终保持着高强度的学习压力。”
多年来，他始终坚守一个原则：面向工程实践，技术迭代升级，学习跟进不止。每当新型器件、新型结构问世，他都会第一时间主动学习、查阅资料，仔细研究其结构原理，对比与前代产品之间的差异——立足航天工程元器件可靠性及其失效问题，张德胜遵循“先对比、再研判、后解决”的独特方法。通过新旧器件、新旧工艺的纵向对比，精准梳理结构差异、性能差异与环境适配差异，分析新型器件的失效缺陷、环境适应性短板以及潜在的质量风险，再结合设计原理、试验数据与工程实践，带领专家组分析新型元器件失效机理，解决工程应用难题。
▲ 张德胜在海南文昌航天发射场
“航天元器件种类繁多，无论是项目评审还是解决工程应用失效问题，专家组组长的压力都是最大的。”熊盛阳说，“张老师的学习能力超强。从一名高校教师到航天工程领域的顶尖专家，支撑他完成多年技术把关工作的绝大部分知识，都是他五六十岁以后持续学习积累得来的。”
“张老师十分可贵的一点，就是为人谦虚谨慎。”贾松良说，“我离开专家组后，各单位遇到元器件封装方面的失效问题向他请教时，他会主动找到我，和我一起研讨分析，我们二人也因此长期保持着密切的技术交流。”
贾新章与张德胜曾长期在同一课题组工作，二人也曾同住一间单身教工宿舍。他回忆说：“张老师上大学时就很全面、很突出，综合能力很强，属于复合型人才。在年龄和他相当的西电教师当中，讲课像他那样水平的人很多，但管理能力和他一样突出的则非常少。”
确实，从上大学期间担任团支部书记、班小组长和党支部委员，张德胜的组织协调能力就得到初步锻炼。早年负责晶体管生产线时，他能够把教师、外请技师和青年工人团结调动起来完成生产任务。担任教研室党支部书记，除了发展党员等支部工作，他还要与教研室主任一起，协调处理学生反映的教师教学中的问题。主持课题研究，校内协调、企业外联和部委汇报等工作，都需要他负责处理。长期担任“中国军用电子元器件质量认证委员会”副秘书长和多项航天重大工程专家组组长，除了专注于技术工作本身，还有大量的组织协调工作。
日常工作和生活中，张德胜与他人相处的第一原则就是平等相待，从不居高临下。无论是交流思想还是沟通处理矛盾问题，他习惯于先倾听，并愿意站在对方的角度多考虑。到外地出差，在交通和住宿上，他和同行年轻人一个标准，一次也没有搞过个人特殊。主持专家组会议，他从不简单否定别人的观点，而是在听取各方意见基础上，简明扼要概括总结，讲话总能说到点子上，十分客观地直指问题要害。
▲ 张德胜与妻子顾瑛老师
“张老师严于律己，却待人温热。”与张德胜在专家组长期一起工作，潘平和熊盛阳有着同样的感受，“他对自己的工作、生活要求极严，从不松懈。但对专家组的年轻人、元器件研制测试的同事，总是特别有耐心，愿意花时间交流，手把手引导，一点架子都没有。”
莫道桑榆晚，为霞尚满天。如今，张德胜每周仍要主持一至两场专家组会议。但凡遇到载人航天元器件失效隐患、专项技术研讨等重要工作，他都会亲临现场主持。每隔一两个月，他还会外出出差开展技术把关。华为公司数次登门请他担任技术顾问，巡天望远镜项目盛邀他出任电子元器件专家组组长……精神矍铄的张德胜坦言，自己年届86岁，精力、记忆力已不如从前。为此，他主动向载人航天工程办公室提议，尽早物色合适人选接替自己。在他心中，秉持着自力更生、协同攻坚、无私奉献内核的航天事业从来不是一时之功，而是众志成城、代代接续的长久征程，这份事业终究属于年青后辈！
寄语
数理基础是理工科人安身立命的根本，对一线工程技术人员更是重中之重。我能从容应对各类复杂工程难题，得益于基础好，到现在我还时常翻阅北京大学的高等物理，从中找寻理论支撑。但我在工作中发现，当下不少青年技术人员对物理基本概念掌握得不够扎实。在此寄语所有的年轻人，静下心把北大的《新概念物理教程》仔仔细细读上几遍，打牢物理理论根基，这会让自己终生受益。
个人简介
张德胜，中共党员，西安电子科技大学集成电路学部研究员。1940年5月出生于吉林长春，1965年毕业于半导体物理与器件专业并留校任教。1992年6月—1996年7月借调电子工业部电科院工作，1994年10月任中国军用电子元器件质量认证委员会副秘书长，2000年6月退休。
长期扎根教学和科研一线，先后主讲“半导体物理学”“工程数学”“半导体热光磁物理”“可靠性工程”等本科生课程，“固体理论”“硅-二氧化硅界面物理”“微电子器件可靠性”等研究生课程。研究方向为半导体表面特性及器件可靠性，获电子（机械电子）工业部科技进步二等奖3项、三等奖3项。
1994年以来，深耕军用元器件可靠性领域，在国家航天重大工程中担当重任，为保型号成功做出重大贡献。2000年6月—2007年6月，参加某战略型号“元器件可靠性增长工程”工作任专家组长。2007年—2017年，任装备发展部北斗导航系统元器件自主可控专家组长。2017年至今，任中国载人航天元器件专家组长。
📢 国产替代查询与选型
1、请致电：张艳，13851683378
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