空空導(dǎo)彈電子元器件正確選擇與控制

摘 要：電子元器件是空空導(dǎo)彈的基本組成部分，在實(shí)現(xiàn)空空導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)方面發(fā)揮了重要作用，但由于空空導(dǎo)彈工作平臺(tái)的特殊性，對(duì)電子元器件的可靠性提出了更高的要求，如何正確選擇和控制就顯得尤為重要。通過多年來空空導(dǎo)彈在使用過程中電子元器件出現(xiàn)的問題，提出如何選用和控制，對(duì)提高空空導(dǎo)彈可靠性水平具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電子元器件；標(biāo)準(zhǔn)；可靠性；應(yīng)用驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：TP316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）03-00-04

0 引 言

隨著國(guó)防建設(shè)對(duì)裝備戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)要求的升級(jí)，空空導(dǎo)彈等高精尖武器系統(tǒng)的戰(zhàn)技指標(biāo)也提高至接近國(guó)際先進(jìn)水平。相應(yīng)地，作為空空導(dǎo)彈的基礎(chǔ)單元，電子元器件在裝備研制中的作用也就日趨重要，一方面表現(xiàn)為系統(tǒng)研制采用的電子元器件品種多，數(shù)量大，另一方面則是電子元器件集成度的飛速提高，功能和性能參數(shù)日趨復(fù)雜精密?？湛諏?dǎo)彈由于工作平臺(tái)的特殊性，是由飛機(jī)攜帶，從飛機(jī)上發(fā)射，攻擊并摧毀空中目標(biāo)，其工作平臺(tái)和打擊目標(biāo)都處于高速運(yùn)動(dòng)之中，且具有很強(qiáng)的攻防對(duì)抗性，所攻擊的種類繁多，目標(biāo)飛行速度高、飛行高度范圍寬、機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)。同時(shí)為便于載機(jī)攜帶，又要求空空導(dǎo)彈尺寸小質(zhì)量輕，因此，對(duì)其使用的電子元器件也提出了相應(yīng)的要求：小體積、重量輕、高可靠、大功率、集成化。飛行過程中溫度、氣壓、加速度劇烈變化，貯存期長(zhǎng)，隨時(shí)使用，對(duì)元器件的要求也比較高。另外空空導(dǎo)彈是成敗型武器裝備，一個(gè)電子元器件有時(shí)就是一枚導(dǎo)彈，因?yàn)橐粋€(gè)電子元器件的失效就可能導(dǎo)致發(fā)射任務(wù)的失敗，因此電子元器件的選擇和控制就尤為重要。

1 國(guó)產(chǎn)空空導(dǎo)彈電子元器件的選用控制

1.1 電子元器件的分類

電子元器件是指在電子線路或電子設(shè)備中執(zhí)行電子、電磁、機(jī)電和光電功能的基本單元，該基本單元可由一個(gè)或多個(gè)零件組成，通常不可拆解，電子元器件又分為器件和元件兩大類?？湛諏?dǎo)彈電子元器件則是指用于空空導(dǎo)彈武器裝備的電子元器件，目前空空導(dǎo)彈用電子元器件按性能分類見圖1。

1.2 電子元器件的標(biāo)準(zhǔn)

電子元器件標(biāo)準(zhǔn)，是指對(duì)評(píng)價(jià)或描述電子元器件產(chǎn)品可能涉及的技術(shù)或業(yè)務(wù)領(lǐng)域，在應(yīng)力、條件、試驗(yàn)程序、方法以及技術(shù)性能、結(jié)構(gòu)或接口等方面，提供統(tǒng)一選擇要求的一類標(biāo)準(zhǔn)化文件?？湛諏?dǎo)彈電子元器件標(biāo)準(zhǔn)體系，是指空空導(dǎo)彈電子元器件標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或其它標(biāo)準(zhǔn)文件按其內(nèi)在聯(lián)系形成的科學(xué)的有機(jī)整體，它是有效支持空空導(dǎo)彈用電子元器件研制、生產(chǎn)、管理、控制和應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化文件的總成。目前結(jié)合我國(guó)電子元器件的實(shí)際發(fā)展情況，空空導(dǎo)彈所采用的標(biāo)準(zhǔn)主要有國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)及七專產(chǎn)品。國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)是指對(duì)國(guó)防科學(xué)技術(shù)和軍事裝備發(fā)展有重大意義而必須在國(guó)防科研、生產(chǎn)、維修和使用活動(dòng)中廣泛應(yīng)用并起主導(dǎo)作用。企業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)是由企業(yè)批準(zhǔn)發(fā)布，在企業(yè)范圍內(nèi)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，是企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)、組織產(chǎn)品生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的依據(jù)，它是建立在國(guó)軍標(biāo)平臺(tái)基礎(chǔ)上的具有準(zhǔn)國(guó)軍標(biāo)性質(zhì)電子元器件標(biāo)準(zhǔn)。由于空空導(dǎo)彈的特殊性，企業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)在詳細(xì)規(guī)范中占有很高的比例，也是軍用標(biāo)準(zhǔn)體系的重要支撐。

1.3 空空導(dǎo)彈電子元器件的控制辦法

1.3.1 建立元器件控制機(jī)構(gòu)

空空導(dǎo)彈電子元器件控制機(jī)構(gòu)是由總設(shè)計(jì)師系統(tǒng)（或總質(zhì)量師系統(tǒng)）負(fù)責(zé)，可靠性、標(biāo)準(zhǔn)化、元器件中心、采購(gòu)及設(shè)計(jì)部門人員參加。其主要職責(zé)是：

（1）制定產(chǎn)品的元器件控制大綱及控制方案。

（2）編制型號(hào)優(yōu)選電子元器件清單（編寫優(yōu)選清單至少包括下列內(nèi)容：元器件名稱、型號(hào)、主要性能參數(shù)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、封裝形式、質(zhì)量等級(jí)、生產(chǎn)廠家等）。

（3）制定對(duì)生產(chǎn)廠家電子元器件選用及控制程序。

（4）制定型號(hào)專用元器件降額準(zhǔn)則、熱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及其他應(yīng)用指南，并參與型號(hào)元器件評(píng)審工作。

（5）參與元器件重大質(zhì)量問題的調(diào)查分析工作。

1.3.2 制定選用非優(yōu)選目錄清單中電子元器件的控制程序

改程序需要層層審批，通過后才允許選用，控制程序如圖2所示。

圖1 電子元器件按性能分類

1.3.3 建立經(jīng)認(rèn)證的電子元器件質(zhì)量檢驗(yàn)分析站

電子元器件質(zhì)量檢驗(yàn)分析站是電子元器件質(zhì)量和可靠性的檢驗(yàn)分析機(jī)構(gòu)，其主要職責(zé)是：

（1）完成單位送檢的電子元器件的質(zhì)量和可靠性檢驗(yàn)任務(wù)，對(duì)檢驗(yàn)合格的元器件發(fā)給合格證，并對(duì)其檢驗(yàn)結(jié)果的正確性負(fù)責(zé)。

（2） 完成電子元器件失效分析工作，按分析結(jié)果提出處理意見。

（3）檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電子元器件有重大質(zhì)量問題時(shí)，應(yīng)立即報(bào)警，并向總師系統(tǒng)或有關(guān)上級(jí)機(jī)關(guān)報(bào)告。

（4）接收并完成電子元器件篩選任務(wù)。

1.4 空空導(dǎo)彈電子元器件的正確選擇和應(yīng)用

1.4.1 電子元器件選用的一般原則

元器件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（包括技術(shù)性能指標(biāo)、質(zhì)量等級(jí)、封裝等）應(yīng)滿足空空導(dǎo)彈的要求，首選國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，其次是企業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)，最后是七專，嚴(yán)禁選用七專以下的產(chǎn)品。

優(yōu)先選擇經(jīng)實(shí)踐證明質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高、有發(fā)展前途的標(biāo)準(zhǔn)電子元器件，不允許選擇淘汰品種和按規(guī)定禁用的電子元器件。

嚴(yán)格控制選用新品元器件，未經(jīng)設(shè)計(jì)定型的電子元器件不能在交付的空空導(dǎo)彈中使用。

1.4.2 電子元器件的環(huán)境特性選擇

電子元器件的環(huán)境特性是指電子元器件正常工作所要求的使用環(huán)境條件，主要有環(huán)境溫度、耐振動(dòng)和沖擊性能、耐加速度性能等。不同等級(jí)電子元器件的環(huán)境特性有很大的差距（如軍品工作溫度范圍通常為-55～+125 ℃，而民用產(chǎn)品一般為0～+70 ℃），在電子元器件選用時(shí)應(yīng)保證其環(huán)境特性高于（至少同等于）整機(jī)的環(huán)境條件，當(dāng)在一定的環(huán)境下電子元器件特性發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)品仍能正常工作。

1.4.3 主要電子元器件的選擇與控制

1.4.3.1 半導(dǎo)體分立器件的選擇

半導(dǎo)體分立器件又分為二極管和晶體管兩大類。

（1）二極管的選用原則

二極管的選擇應(yīng)考慮其工作性質(zhì)、功能、參數(shù)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量等級(jí)、熱特性、封裝形式等。根據(jù)器件工作性質(zhì)及應(yīng)用要求確定所用二極管的類型，選擇見表1。

表1 二極管的選用

工作性質(zhì) 應(yīng)用要求 類 型

開關(guān) 開關(guān)二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管或肖特基二極管

箝位

消反電勢(shì)

檢波

整流 3 kHz以下 整流二極管

3 kHz～1 MHz 快恢復(fù)整流二極管、開關(guān)二極管或肖特基二極管

穩(wěn)壓 1 V以上 穩(wěn)壓二極管

1 V以下 正向偏置的開關(guān)二極管、整流二極管

電壓基準(zhǔn) 電壓基準(zhǔn)管、穩(wěn)壓管

穩(wěn)流 穩(wěn)流二極管

脈沖電壓保護(hù) 瞬態(tài)電壓抑制二極管

微波倍頻 階躍快恢復(fù)二極管

參量放大壓控振蕩 變?nèi)荻O管

光電轉(zhuǎn)換 光敏二極管

（2）晶體管的選用原則

根據(jù)電路的工作性質(zhì)選擇相應(yīng)的晶體管，選用的原則見表2。

1.4.3.2 半導(dǎo)體集成電路的選擇

（1）所選電路的最高頻率應(yīng)2～3倍于應(yīng)用部位的最高工作頻率。

（2）當(dāng)用于電子設(shè)備輸入接口時(shí)，應(yīng)選擇抗干擾能力足夠強(qiáng)的類型和品種，例如施密特觸發(fā)器或線接收器。

（3）當(dāng)用于電子設(shè)備輸出接口時(shí)，應(yīng)選擇輸出驅(qū)動(dòng)能力足夠強(qiáng)的品種，例如緩沖器或線驅(qū)動(dòng)器。

（4）對(duì)于組合邏輯，如應(yīng)用部位的輸入信號(hào)變化率小于輸出端時(shí)可能出現(xiàn)振蕩的最低變化率，宜在此部位選擇施密特觸發(fā)器，以借助于后者的滯環(huán)，消除輸出振蕩。

（5）選用超大規(guī)模的集成電路時(shí)性能的余量要至少留30%，并注意防靜電和防閂鎖和合適的軟件開發(fā)環(huán)境。

表2 選用的原則

工作性質(zhì) 應(yīng)用要求 類 型

開關(guān) 上升、下降時(shí)間短 開關(guān)晶體管

通態(tài)電阻小 MOS場(chǎng)效應(yīng)管、開關(guān)晶體管

功率、低頻（5 kHz以下） 低頻功率晶體管

大電流開關(guān)或作可調(diào)電壓源 可控硅

小功率放大 低輸入阻抗小于1 MΩ 高頻晶體管

高輸入阻抗大于1 MΩ 場(chǎng)效應(yīng)管

低頻低噪聲 場(chǎng)效應(yīng)管

功率放大 工作頻率1 GHz以上 微波功率晶體管

工作頻率10 kHz以上 高頻功率晶體管

工作頻率10 kHz以下 低頻功率晶體管

1.4.3.3 電阻器選擇

（1）優(yōu)先選用標(biāo)稱系列的電阻，若標(biāo)稱系列的電阻值不滿足要求，可考慮由標(biāo)稱電阻串聯(lián)或并聯(lián)達(dá)到使用要求，在性能指標(biāo)滿足要求的情況下優(yōu)先選用片式固定電阻器，片式固定電阻器體積小，符合模塊化的發(fā)展方向，避免使用新研電阻器。

（2）空空導(dǎo)彈要求可靠性比較高，優(yōu)先選用金屬膜電阻器。金屬膜電阻具有工作環(huán)境溫度范圍大（-55～+125 ℃）、溫度系數(shù)小、穩(wěn)定性好、精密度高、耐熱性好（能在125 ℃的溫度下長(zhǎng)期工作）、噪聲低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

（3）對(duì)于高頻電路，優(yōu)先選擇分布電感和分布電容小的非線繞電阻器，如金屬膜電阻器和氧化膜電阻器等，可工作在高達(dá)數(shù)百赫茲的電路中。

（4）對(duì)于高增益小信號(hào)放大電路，優(yōu)先選用低噪聲電阻器，如金屬膜、線繞電阻器等，不能使用噪聲較大的合成膜電阻器和有機(jī)實(shí)心電阻器。

（5）對(duì)于低頻功率放大的電路、大功率管的偏壓電路及負(fù)反饋電路、電源電路中的限流電路、分壓電路、泄放電路等，優(yōu)先選用線繞電阻器。

（6）在衰減器、分壓器、分流器及阻容濾波器中優(yōu)先選用電阻網(wǎng)絡(luò)，它裝配密度高，各元件間的匹配性能和跟蹤溫度系數(shù)好，對(duì)時(shí)間、溫度的穩(wěn)定性好。

1.4.3.4 電容器選擇

（1）盡量選用標(biāo)稱系列的電容，若標(biāo)稱系列的電容不能滿足要求，可以考慮由標(biāo)稱電容串聯(lián)或并聯(lián)達(dá)到使用要求。

（2）在電源濾波電路及退耦電路和低頻旁路電路中，優(yōu)先選用固體鉭電解電容器，固體鉭電解質(zhì)電容器對(duì)時(shí)間和溫度的穩(wěn)定性良好，能經(jīng)受大的沖擊和振動(dòng)。

（3）脈沖充放電電路如需要的瞬時(shí)功率密度較高，工作溫度范圍在負(fù)溫區(qū)以上，工作頻率也較低，優(yōu)先選用能量密度較高的大容量固體鉭電解電容器。

（4）當(dāng)工作頻率較高，又必須使用鉭電容器時(shí)，優(yōu)先選用容量足夠大、阻抗足夠小的高頻鉭電容器以維持濾波性能或充放電性能；高頻電路中，優(yōu)先選用疊層陶瓷電容器，以保證信號(hào)失真度較小。

（5）對(duì)于振蕩、延時(shí)（定時(shí)）、調(diào)諧、高頻濾波電路中的電容器誤差應(yīng)盡量小，優(yōu)先選用精度不大于5%的Ⅰ類瓷介電容器。

1.4.3.5 電感器及磁珠選擇

（1）在諧振電路中優(yōu)先選用片式電感；中頻濾波電路優(yōu)先選用鐵氧體電感；高頻濾波電路優(yōu)先選用陶瓷高頻電感。

（2）用于消除不需要的EMI噪聲時(shí)，優(yōu)先選用片式磁珠。

1.4.3.6 頻率元器件選擇

石英諧振器的振蕩模式有基頻振蕩、泛音振蕩兩種。為使振蕩電路能夠穩(wěn)定可靠地振蕩在標(biāo)稱頻率上，在頻率不高的情況下，應(yīng)盡量選擇基頻振蕩諧振器，質(zhì)量等級(jí)至少為B級(jí)。

（1）晶體諧振器頻率低于3 MHz不作為優(yōu)選產(chǎn)品，3～30MHz優(yōu)先選用基頻，30～120 MHz優(yōu)先選用泛音，泛音次數(shù)高于5次不作為優(yōu)選產(chǎn)品。

（3）晶體振蕩器頻率溫度穩(wěn)定度大于10 ppm優(yōu)先選用普通晶體振蕩器，頻率溫度穩(wěn)定度小于10 ppm優(yōu)先選用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器。

1.4.3.7 繼電器選擇

繼電器按工作原理或結(jié)構(gòu)特征通常分為電磁繼電器、固體繼電器、溫度繼電器、時(shí)間繼電器等。

（1）電磁繼電器觸點(diǎn)、簧片均為懸臂梁結(jié)構(gòu)，固有頻率較低，在接近或達(dá)到固有頻率的外界振動(dòng)作用下會(huì)引起諧振，使觸點(diǎn)壓力降低直到產(chǎn)生瞬時(shí)斷開，即出現(xiàn)抖動(dòng)，應(yīng)選取體積小、結(jié)構(gòu)抗振性能好的繼電器。

（2）應(yīng)選擇密封繼電器，提高繼電器對(duì)惡劣氣候環(huán)境的適應(yīng)性和工作可靠性。

（3）優(yōu)先選擇散熱性能比較好的繼電器。

（4）盡量選擇穩(wěn)定可靠的固體繼電器來逐步替代電磁繼電器。

1.4.3.8 射頻電纜組件的選擇

射頻電纜組件比低頻電纜更復(fù)雜一些，選用射頻電纜時(shí)不僅要考慮低頻電纜中的絕緣電阻和介質(zhì)耐壓等安全參數(shù)，還要考慮它能否滿足微波功率的傳輸。微波器件一般都存在著一定的不穩(wěn)定性，端面配合不緊密，傳輸線有彎折，都會(huì)對(duì)信號(hào)的傳輸產(chǎn)生一定程度干擾。因此在選用射頻電纜組件時(shí)應(yīng)遵循原則。

（1）保證電連接器長(zhǎng)期貯存后在振動(dòng)、沖擊、溫度交變、氧化、潮濕、鹽霧等特殊的環(huán)境仍能可靠工作。

（2）要考慮到損耗、使用頻率、駐波比和相位等電性能指標(biāo)，根據(jù)不同的電性能指標(biāo)選擇不同接頭形式。

（3）空空導(dǎo)彈系統(tǒng)選用SMA系列的較多，選擇SMA系列電纜組件時(shí)最好選用國(guó)軍標(biāo)或具有可靠性指標(biāo)的產(chǎn)品。

2 進(jìn)口空空導(dǎo)彈電子元器件的選用控制

對(duì)于國(guó)內(nèi)不能生產(chǎn)或質(zhì)量等級(jí)達(dá)不到要求的元器件，原則上只能選擇進(jìn)口，進(jìn)口元器件選擇時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇技術(shù)性能、質(zhì)量等級(jí)、使用條件等滿足空空導(dǎo)彈要求的軍用級(jí)元器件，并推薦使用表3所列質(zhì)量等級(jí)之上的元器件（表中未列的元器件，應(yīng)選擇與之相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量等級(jí)。元器件等級(jí)按照可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)GJB/Z 299C及MIL-HDBK-217F中的可靠性預(yù)計(jì)等級(jí)給出）。嚴(yán)格限制使用進(jìn)口塑封、工業(yè)級(jí)元器件，對(duì)于無法得到軍品而不得不采用進(jìn)口塑封、工業(yè)級(jí)元器件時(shí)，應(yīng)采取以下控制措施：

（1）應(yīng)選擇知名廠商所生產(chǎn)的元器件及國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)的QPL/PPL（元器件優(yōu)選目錄）中的元器件。

（2）應(yīng)進(jìn)行降額設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)等可靠性設(shè)計(jì)工作。

（3）塑封元器件在裝配時(shí)應(yīng)采取除潮及電路板進(jìn)行真空霧化處理。

（4）應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期貯存性研究，滿足空空導(dǎo)彈型號(hào)長(zhǎng)期貯存期要求。

（5）生產(chǎn)過程中經(jīng)過嚴(yán)格篩選的高可靠元器件、或有可靠性指標(biāo)的元器件（如集成電路883B及其以上級(jí)別的塑封元器件）。

（6）按照型號(hào)要求進(jìn)行二次篩選，無法進(jìn)行二次篩選的應(yīng)履行相關(guān)審批手續(xù)。

3 空空導(dǎo)彈限用和禁用的電子元器件

空空導(dǎo)彈禁用鍺半導(dǎo)體器件、點(diǎn)接觸二極管、銀外殼非固體鉭電容、芯片無玻璃鈍化層的器件、未鈍化的功率晶體管、半密封非固體鉭電容、樹脂包封固體鉭電容和淘汰的1/2W及以下的空芯RJ電阻器等。限制使用進(jìn)口塑封半導(dǎo)體器件、非密封元器件等沒有發(fā)展前途的元器件。盡量避免使用電磁繼電器、電位器以及4 MHz以下晶體諧振器等。

表3 電子元器件選用推薦等級(jí)

序號(hào) 元器件

分類 進(jìn)口元器件

選用等級(jí) 對(duì)應(yīng)國(guó)產(chǎn)元器件選用等級(jí)

1 微電路 B-1 A4

2 分立器件 JTX A5

3 電阻器 P A2

4 電容器 P A2

5 電連接器 （軍用標(biāo)準(zhǔn)） A2

6 微波組件 -- G

4 元器件應(yīng)用驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)

元器件應(yīng)用驗(yàn)證是指元器件在空空導(dǎo)彈應(yīng)用前，開展的一系列管理、試驗(yàn)、評(píng)價(jià)等驗(yàn)證工作，以確定元器件的技術(shù)、應(yīng)用狀態(tài)和可靠性滿足空空導(dǎo)彈的可用性以及應(yīng)用的成熟度。目前由于受到驗(yàn)證手段限制，空空導(dǎo)彈產(chǎn)品裝機(jī)之前元器件并未得到充分驗(yàn)證，導(dǎo)致裝機(jī)后故障頻發(fā)，因此積極推進(jìn)元器件應(yīng)用驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)，組織開展空空導(dǎo)彈元器件應(yīng)用驗(yàn)證總體技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)研究，組織論證、建設(shè)、運(yùn)行和管理空空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)元器件應(yīng)用驗(yàn)證平臺(tái)，通過對(duì)典型元器件的應(yīng)用驗(yàn)證研究和實(shí)施，保障空空導(dǎo)彈元器件使用的可靠性。

5 結(jié) 語

電子元器件就像是空空導(dǎo)彈的細(xì)胞，細(xì)胞健壯了，可靠性才能提高。因此，正確選擇和控制電子元器件，是提高空空導(dǎo)彈武器裝備質(zhì)量與可靠性的重要舉措；制定優(yōu)選目錄，加強(qiáng)源頭控制，提高電子元器件應(yīng)用驗(yàn)證的能力，對(duì)有效保證空空導(dǎo)彈的可靠性具有非常重要的意義。

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