軍用元器件使用可靠性控制

倪明剛

摘 要：元器件可靠性可分為固有可靠性和使用可靠性。使用可靠性指元器件在使用過程中表現出的可靠性特征。使用可靠性應從元器件選型、二次篩選、破壞性物理分析、電裝與調試、失效分析、貯存與保管、建立元器件質量信息系統(tǒng)等環(huán)節(jié)入手，形成一種閉環(huán)系統(tǒng)進行有效控制，從而確保軍用裝備的質量與可靠性。

關鍵詞：使用可靠性；二次篩選；破壞性物理分析；失效分折

中圖分類號：YN406 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0035-03

Abstract：The reliability of components can be divided into the inherent reliability and the use reliability. The use reliability refers to the reliability performance of the components use process. The use reliability should be from the components selection， secondary screening， destructive physical analysis （DPA）， electronic assembly and debugging， failure analysis， storage and custody， the establishment of components quality information systems etc. to form an effective closed-loop control system， and then to ensure the quality and reliability of military equipment .

Key words： use reliability ；secondary screening；destructive physical analysis （DPA）； failure analysis

1 引言

軍用裝備的最基本單元是元器件。高可靠性的軍用裝備，意味著必須有高可靠性的元器件。元器件可靠性可分為固有可靠性和使用可靠性兩部分。固有可靠性是指元器件制造完成時所具有的可靠性，主要由元器件的設計、工藝和原材料性能來決定，保證元器件固有可靠性是元器件制造廠商的任務；使用可靠性指元器件在使用過程中表現出的可靠性特征，它與元器件從出廠至失效所經歷的工作與非工作條件有關，是通過使用人員正確的選擇和使用元器件來反映的。從大量的元器件失效分析結果表明，相當多的元器件失效并非由于元器件本身固有可靠性不高，而是由于使用者對元器件選型或使用不當引起的。因此，在軍用裝備科研生產中，應不斷探索先進方法，加強元器件使用可靠性控制。

2 元器件使用可靠性控制

元器件使用可靠性控制應包括：元器件選型、二次篩選、破壞性物理分析、電裝與調試、失效分析、貯存與保管、建立元器件質量信息系統(tǒng)等環(huán)節(jié)，是一種閉環(huán)控制過程。

2.1 元器件選型

元器件選型是元器件使用可靠性控制的首要環(huán)節(jié)，也是軍用裝備質量和可靠性的基礎。軍用裝備所出現的故障中，元器件失效往往是引發(fā)故障的主要因素，而這類故障很多并非源于元器件本身的質量問題，而是由于使用者選型不當所致。為了保證設計師正確進行元器件選型，應開展以下方面工作：（1）針對不同裝備的技術要求、使用要求、環(huán)境適應性要求等制定相應的元器件選用依據（型號元器件保證大綱），用以指導元器件選型工作；（2）建立型號元器件優(yōu)選目錄，并進行動態(tài)管理；（3）在各研制階段，依據型號元器件保證大綱開展元器件選用評審工作。

在絕大多數軍用裝備研制中，元器件選型應遵循以下原則：（1）選用元器件的功能性能、技術指標、質量等級都應與型號產品的使用要求相適應。特別對于元器件質量等級的選擇，應以型號使用要求為出發(fā)點，選用合適質量等級的元器件，并非一味追求高質量等級；（2）盡量在型號總體單位指定的元器件優(yōu)選目錄中選型，超目錄選用時，應按規(guī)定填寫申請表，經批準后方可選用。這有利于最大限度壓縮元器件種類、型號、廠商，更有利于進行元器件質量監(jiān)控；（3）優(yōu)先選用國產元器件。目的是提高武器裝備的自主保障能力，避免出現進口元器件的“停產”、“禁運”、“安全隱患”等問題，同時也是目前總裝對于武器裝備研制的重要要求；（4）優(yōu)先選用質量穩(wěn)定、可靠性高、有發(fā)展前途且供應渠道穩(wěn)定的標準元器件，杜絕選用已淘汰的元器件；（5）嚴格控制新研元器件的使用，未經技術鑒定合格的元器件，不能在軍用裝備中正式使用；（6）元器件降額使用可以有效提高元器件的使用可靠性，在元器件選型中還應充分考慮降額要求，根據使用環(huán)境選用合適的降額等級。元器件的降額要求按GJB/Z 35《元器件降額設計準則》執(zhí)行。

2.2 元器件二次（補充）篩選

元器件篩選就是針對不同的失效模式進行相應的試驗以剔除由于某種缺陷引起早期失效的元器件。一般將元器件生產方進行的篩選稱為一次篩選。如果當一次篩選的篩選項目和應力條件不能滿足使用方的要求時，元器件使用方或其委托單位可以進行再篩選以補充生產方篩選的不足。一般將使用方或其委托單位進行的篩選稱為二次篩選或補充篩選。

元器件的固有可靠性取決于設計、原材料、工藝技術、生產環(huán)節(jié)質量控制。但在上述因素都滿足的情況下，仍不可避免的會產生一些有缺陷、質量不符合要求的產品；當前，國產元器件的技術水平，總體上與軍用裝備的使用要求相比尚存在著一些差距。元器件生產廠家進行的一次篩選，篩選項目和應力條件可能不滿足產品研制的需要；進口元器件大部分還是工業(yè)檔產品，其中還可能存在許多假冒偽劣品；軍用裝備要求在各種惡劣環(huán)境條件下正常工作，因此對存在某種失效模式的元器件必須嚴格剔除，否則不能保證裝備可靠性。這些因素都決定了元器件使用方有必要通過二次篩選來保證裝機元器件的質量。二次篩選是元器件質量控制的重要措施之一，對保證元器件使用可靠性有著重要意義。

元器件二次篩選工作應依據相應的二次篩選規(guī)范執(zhí)行。元器件二次篩選規(guī)范一般由型號總體單位制定下發(fā)，裝備承制單位依照執(zhí)行。元器件二次篩選規(guī)范中規(guī)定的各類元器件的篩選項目及其應力條件，應根據該型號裝備的使用要求來制定，既不能過嚴，也不能過松。過嚴的篩選要求，將淘汰能滿足裝備使用要求的元器件，增加篩選成本。在特定情況下，可能還會對通過二次篩選的元器件引入新的缺陷，反而留下了質量隱患；過松的篩選要求，則會使一些不滿足要求的元器件順利通過篩選，達不到篩選目的。所以在二次篩選規(guī)范中必須制定合適的篩選項目及應力條件，它直接關系到裝備的質量可靠性水平。

元器件在進行二次篩選時應注意的幾個問題：1）二次篩選是一種全數試驗項目，對于需要進行二次篩選的元器件應100%進行；2）二次篩選應是非破壞性的，禁止將對元器件具有破壞性的試驗或檢驗列為二次篩選項目；3）篩選所加的應力（包括：電應力、機械應力、環(huán)境應力等）不應超過元器件產品規(guī)范規(guī)定的額定應力；4）元器件生產方一次篩選已經進行過的篩選項目，且能夠確定其有效性，則二次篩選不應重復進行相同的篩選試驗項目；5）通過較高應力等級篩選的元器件，應視為滿足所有較低應力等級篩選。

2.3 元器件破壞性物理分析（DPA）

破壞性物理分析（DPA）技術是為了驗證元器件的設計和制造工藝質量是否滿足預定用途或者有關規(guī)范的要求，在同批次的產品中抽取規(guī)定數量的樣品，對其進行一系列的非破壞性和破壞性的檢驗和分析的過程。通過DPA可以確定該批次的元器件是否有質量隱患，對發(fā)現質量隱患的批次根據使用要求確定處理方案，確保軍用裝備使用的元器件符合規(guī)定的質量和可靠性要求。

DPA是元器件二次篩選工作的有益補充，它可以發(fā)現二次篩選過程中發(fā)現不了的一些缺陷，這種缺陷往往有批次性的特點。DPA的有效性在于，有些隱藏很深的缺陷，在篩選試驗過程中根本發(fā)現不了，但在解剖后卻能輕易發(fā)現。例如水汽含量過高，它的失效模式是一種進行式的失效，前期一般發(fā)現不了，但隨著時間的推移，它會逐漸引起鋁條、引線的腐蝕，最終導致失效。這種失效模式在二次篩選過程中幾乎發(fā)現不了，但通過DPA的水汽含量試驗卻很容易發(fā)現。另外，對于目前尚無手段進行二次篩選的元器件更有必要進行DPA。DPA還有一項重要的作用就是鑒別器件的真?zhèn)?。對于進口元器件，由于采購渠道復雜，可能存在一些假冒偽劣產品，對其開展DPA工作就顯得尤為重要。

DPA針對不同種類的元器件有相應的檢驗和分析項目。以目前在軍用裝備中大量使用的微電路為例，其DPA項目和順序如下：外部目檢、X射線檢查、顆粒碰撞噪聲檢測（PIND）、密封檢測、內部水汽含量檢測、內部目檢、結構檢驗、掃描電鏡檢查、鍵合強度檢查和芯片剪切強度檢查。DPA一般由元器件使用方委托型號總體單位指定的獨立實驗室進行，并出具DPA報告。DPA樣品數量可根據使用要求和費用作出選擇。

美國航空航天局（NASA）和歐洲航天局（ESA）要求用于重要裝備的元器件，每批次都要做DPA。我國軍用裝備研制單位也已陸續(xù)開展元器件的DPA工作，實踐表明DPA能有效提高元器件使用可靠性，對保證軍用裝備的可靠性具有重要作用。

2.4 元器件的電裝和調試

正確、規(guī)范的電裝和調試是保證元器件使用可靠性的重要工作內容。元器件的電裝是將若干個元器件按要求進行有序的組裝和連接的過程，包括電裝工藝設計和電裝工藝操作。元器件進入生產車間，依據圖紙和工藝要求，進行電裝焊接。電裝工藝對各種元器件的焊接時間、焊接溫度以及靜電敏感器件的防靜電要求都應明確給出。電裝前應核對裝機元器件是否有通過檢驗、二次篩選的標志。電裝過程應嚴格按照工藝操作規(guī)程進行。電裝后應該組織檢驗人員按照標準進行嚴格的檢查，合格后方能進行電路板的調試。

生產車間的電裝工人應經過培訓考核，能完成元器件檢驗中未盡事宜，如元器件是否混裝、標識是否正確、焊腳或插針是否變形、外觀是否有破損等。通電調試印制板前，應檢查元器件方向，以及印制板焊接有無短路、虛焊等。

調試過程中應特別注意靜電防護。調試工具是否符合防靜電要求，直接影響靜電敏感器件在調試過程中靜電放電通路的通暢。調試中發(fā)現問題應詳細記錄，并通知設計人員查找原因。調試更換元器件應按照質量控制程序進行。

2.5 元器件的失效分析

元器件的失效分析是通過對失效元器件進行解剖分析，采用物理和化學等技術手段找出其失效模式和失效機理，提出糾正措施，防止這種失效重復出現，從而提高元器件的使用可靠性。

失效分析的內容包括：失效調查、失效模式鑒別、失效特征描述、失效機理證實、提出糾正措施等。針對不同類型的元器件有相應的失效分析方法，例如對于微電路，從外部分析到內部分析、從非破壞性分析到破壞性分析，包括：外觀檢查、電測試、X照相、密封性試驗、PIND，開帽后再使用光學、化學、機械、電子等技術分析方法。

軍用裝備中，對關健和重要元器件的失效或使用過程中發(fā)生多次失效而未找到原因的元器件應進行失效分析。失效分析應在型號總體單位指定的失效分析站進行。如型號總體單位未指定失效分析站，也可送交元器件生產單位進行失效分析。不論在何處進行分析，元器件使用方都必須獲得正式的分析報告及處理意見。

2.6 元器件的貯存和保管

貯存和保管也是影響元器件使用可靠性的重要方面。元器件必須貯存在清潔、通風和無腐蝕性氣體的場所，并配備有溫度和相對濕度指示儀表。管理人員應定期記錄庫房的溫度、濕度。元器件應按型號、批次和質量等級等分別進行保管。對某些元器件的貯存還應滿足以下特殊要求： （1）非密封片式元器件要存放在充惰性氣體的密封容器內或存放在采取了有效去濕措施（如加吸濕劑等）的密封容器內；（2）對靜電放電敏感的元器件的貯存和傳遞，要采取有效的防靜電措施；（3）對磁場敏感但本身無磁屏蔽的元器件，要存放在具有磁屏蔽作用的容器內；（4）微電機等機電元器件的油封及單元包裝應保持完整。

應制訂元器件有效貯存期及超期復驗的要求。元器件的有效貯存期與元器件的材料、結構、貯存的環(huán)境條件、質量等級有關。對超過有效貯存期的元器件，使用前應按規(guī)定進行超期復驗，合格后方可使用。

2.7 建立元器件質量信息系統(tǒng)

元器件使用單位應結合質量管理系統(tǒng)，建立相應的元器件質量信息系統(tǒng)。元器件質量信息系統(tǒng)應完整記錄元器件檢驗試驗、二次篩選、DPA、貯存和保管、電裝和調試、整機試驗以及交付使用情況的信息，尤其對于整個過程中元器件失效情況應進行詳細記錄，包括：失效現象、失效性質（偶發(fā)性失效或批次性失效）、失效模式和失效機理、糾正預防措施等。元器件質量信息系統(tǒng)能夠比較綜合地反映出元器件的質量狀態(tài)，從中可以了解各型號元器件的質量穩(wěn)定性、適用環(huán)境、元器件廠家的生產水平、工藝水平等，對裝備研制中元器件選型提供依據。據此也可開展元器件供方的管理，有選擇地委托特定廠家進行新型元器件研制和提出資助技改的建議，從而進一步提高元器件的質量與可靠性。

3 結語

元器件使用可靠性控制是一個系統(tǒng)性工程，它是從元器件選型、二次篩選、DPA、電裝與調試、失效分析、貯存和保管到建立元器件質量信息系統(tǒng)的一個閉環(huán)控制過程。通過這個系統(tǒng)性的閉環(huán)控制過程，能夠最大限度地提高元器件使用可靠性，從而提升軍用裝備的可靠性水平。

參考文獻

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