艦船軟武器電子元器件使用可靠性研究

宜昌測(cè)試技術(shù)研究所 陳 真

艦船軟武器電子元器件使用可靠性研究

宜昌測(cè)試技術(shù)研究所 陳 真

元器件可靠性包括固有可靠性和使用可靠性，從元器件設(shè)計(jì)選型、采購(gòu)、老化篩選、電氣裝配方面，闡述如何提高艦船軟武器元器件使用可靠性，保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，為管理、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、操作人員提供參考。

元器件；使用可靠性；軟武器

1.引言

元器件可靠性包括固有可靠性和使用可靠性兩方面。前者一般由元器件的設(shè)計(jì)、工藝制造、管理及原材料性能等因素決定，元器件制造完成時(shí)已經(jīng)確定；后者指元器件交付使用方后，由其工作條件、環(huán)境條件及人為因素等所確定的可靠性。國(guó)外元器件失效統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)表明[1]，50%元器件失效是使用不當(dāng)造成的。

艦船軟武器裝備[2]主要通過干擾精確制導(dǎo)武器的制導(dǎo)系統(tǒng)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)武器的軟殺傷，以降低其對(duì)艦船目標(biāo)的打擊精度，起到保護(hù)艦船目的。軟武器具有典型的成敗型、免維護(hù)、消耗型產(chǎn)品特點(diǎn)，電子元器件是軟武器裝備電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，本文從元器件的設(shè)計(jì)選型、采購(gòu)、老化篩選、電氣裝配四個(gè)方面闡述如何提高艦船軟武器元器件使用可靠性，為管理、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、操作等人員提供參考。

2.元器件設(shè)計(jì)選型

艦船軟武器屬于甲板上裝備，工業(yè)部門交付后，一般貯存在符合要求的專用倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，待具體使用時(shí)才從貯存庫(kù)內(nèi)取出裝載至甲板上發(fā)射裝置內(nèi)，一次性完成其作戰(zhàn)使命。元器件選型主要體現(xiàn)在科研階段，元器件選擇是否合理也決定著產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性。結(jié)合軟武器生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為在電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了根據(jù)元器件在具體電路中使用特性要求進(jìn)行降額設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)等使其滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)要求外，設(shè)計(jì)師還需重點(diǎn)關(guān)注以下三個(gè)方面：

2.1 元器件選用原則

a)關(guān)注元器件性能指標(biāo)、質(zhì)量等級(jí)同時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注選用元器件的應(yīng)用環(huán)境是否滿足產(chǎn)品的要求，避免因選型失誤留下潛在風(fēng)險(xiǎn)。比如某產(chǎn)品工作環(huán)境溫度為-40°C～+65°C，但設(shè)計(jì)師未關(guān)注器件本身工作溫度，選用某公司生產(chǎn)的光耦器件TLP521-4，其工作溫度為-30°C～+100°C，具體生產(chǎn)采購(gòu)前由工藝人員發(fā)現(xiàn)其不能完全滿足產(chǎn)品工作溫度范圍要求，存在失效風(fēng)險(xiǎn)，反饋設(shè)計(jì)師系統(tǒng)后，最終將其改為另一公司生產(chǎn)工作溫度為-55°C～+100°C該型器件，增加了大量額外溝通交流工作。

b）優(yōu)先從元器件優(yōu)先目錄中廠家進(jìn)行選用，并選用經(jīng)實(shí)踐證明技術(shù)成熟、質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高標(biāo)準(zhǔn)器件，不選用淘汰或禁限用器件，比如可借鑒已大量在產(chǎn)裝備上使用器件。

c）根據(jù)電氣系統(tǒng)特點(diǎn)，應(yīng)識(shí)別具體電路中哪些器件為重要器件，器件選型除選擇能持續(xù)生產(chǎn)、及時(shí)供貨的廠家外，對(duì)于重要器件，力爭(zhēng)選擇高質(zhì)量等級(jí)器件來(lái)保證其工作可靠性，需強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)增加備選廠家，防止因器件“斷檔”影響生產(chǎn)需要。

d）重點(diǎn)弄清所選器件型號(hào)封裝標(biāo)志含義，圖紙中提供完整規(guī)范器件型號(hào)標(biāo)識(shí)，為采購(gòu)人員提供確實(shí)有效信息，避免因圖紙表述不清，采購(gòu)人員不知如何實(shí)施的尷尬。比如某集成電路圖紙規(guī)定為SN74AHC123APW(662-7658)，其中662-7658實(shí)為代理商庫(kù)存號(hào)，則圖紙中可不進(jìn)行標(biāo)識(shí)，僅給出規(guī)格型號(hào)即可，否則代理商庫(kù)存號(hào)發(fā)生變化采購(gòu)人員將無(wú)法有效實(shí)施采購(gòu)；某集成電路圖紙規(guī)定PIC18F6520-I/PT (TQFP-64)，其中PIC18F6520-I/P為規(guī)格型號(hào)，T代表封裝形式TQFP-64，則產(chǎn)品定型出圖時(shí)應(yīng)標(biāo)識(shí)為PIC18F6520-I/PT 或PIC18F6520-I/P(TQFP-64)，否則采購(gòu)人員也將無(wú)法有效實(shí)施采購(gòu)。

e)器件選型時(shí)，應(yīng)結(jié)合單位現(xiàn)有工藝生產(chǎn)條件及相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。比如貼片類器件時(shí)，應(yīng)盡量減少選擇尺寸0805以下器件，其對(duì)焊裝工藝要求較高；少選擇電阻排，其焊裝時(shí)容易橋接；二極管三極管盡量避免選擇鍺管，其熱穩(wěn)定性不如硅管；若器件工作在振動(dòng)條件下，則避免選擇電阻RJ1～RJ7，其內(nèi)磁管為空心的，易在振動(dòng)條件下開裂，可用RJK24～RJK26或RJ13、RJ14代替；若產(chǎn)品貯存時(shí)間長(zhǎng)，則電容中避免選擇CA30系列，其長(zhǎng)期貯存后易漏液，可用CA35型；繼電器要選用金屬封裝、密封型，不允許并聯(lián)降額使用。

f)應(yīng)符合總裝備部裝法[2006]3號(hào)文《武器裝備使用進(jìn)口電子元器件管理辦法》要求，嚴(yán)格控制紫色、橙色、黃色元器件使用，若超出規(guī)定比例，應(yīng)嚴(yán)格履行審批手續(xù)。

2.2 器件封裝選擇

常見元器件封裝有金屬封裝、陶瓷封裝、低熔點(diǎn)玻璃封裝和塑料封裝，如表1所示。元器件選型時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮電氣系統(tǒng)所在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)部位，若外圍結(jié)構(gòu)無(wú)密封作用，則禁止選用塑料封裝器件，應(yīng)選擇金屬、陶瓷或低熔點(diǎn)玻璃封裝器件；若外圍結(jié)構(gòu)有很好的密封作用，可選用塑料封裝器件但盡量不選。若某器件在電氣系統(tǒng)被識(shí)別為關(guān)鍵重要器件，則結(jié)合經(jīng)濟(jì)性盡量選擇可靠性高的金屬或陶瓷封裝器件。

表1 常見元器件封裝特點(diǎn)

2.3 質(zhì)量等級(jí)選擇

質(zhì)量等級(jí)指元器件生產(chǎn)廠家在制造、檢驗(yàn)及篩選過程中對(duì)其實(shí)施的質(zhì)量控制等級(jí)，不同質(zhì)量等級(jí)對(duì)元器件失效率影響程度也不同。

對(duì)于國(guó)產(chǎn)器件，GJB299《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》將各類元器件劃分為A、B、C三個(gè)層次[3]，每個(gè)層次包括若干個(gè)質(zhì)量等級(jí)，每個(gè)質(zhì)量等級(jí)分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)質(zhì)量系數(shù)值，設(shè)計(jì)師選型時(shí)，應(yīng)結(jié)合艦船軟武器電氣系統(tǒng)具體特點(diǎn)，充分識(shí)別，重點(diǎn)遵循以下原則：

a)盡量?jī)?yōu)先選用通過生產(chǎn)線軍用標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證并已上QPL的元器件；

b)經(jīng)識(shí)別關(guān)重要器件、分配可靠性高的元器件應(yīng)選用質(zhì)量等級(jí)高的元器件；

c)其它元器件可按其生產(chǎn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，參照GJB299質(zhì)量等級(jí)順序選用；

對(duì)于進(jìn)口元器件，由于其質(zhì)量等級(jí)分類較為復(fù)雜，特別是微電路制造工藝最復(fù)雜，更新速度也快，且種類繁多，設(shè)計(jì)人員在選用進(jìn)口器件時(shí)應(yīng)慎重識(shí)別區(qū)分，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)是微電路按照使用溫度范圍一般分為3類[4]：-55°C～+125°C、-40°C～+85°C、0°C～+70°C，但其未將器件的質(zhì)量、可靠性考慮在內(nèi)，具體選擇時(shí)應(yīng)重點(diǎn)識(shí)別。

3.元器件采購(gòu)

采購(gòu)環(huán)節(jié)是保證元器件能否滿足設(shè)計(jì)要求的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在艦船軟武器電氣系統(tǒng)科研生產(chǎn)過程中發(fā)揮重要作用。具體實(shí)施過程應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)：

a)應(yīng)貫徹“走規(guī)定渠道，重質(zhì)量保證”的原則，由物質(zhì)采購(gòu)部門專門負(fù)責(zé)采購(gòu)工作，從業(yè)務(wù)流程環(huán)節(jié)保證器件整體質(zhì)量；

b)設(shè)計(jì)人員或生產(chǎn)人員根據(jù)任務(wù)需求，應(yīng)編寫詳細(xì)的元器件采購(gòu)清單，內(nèi)容應(yīng)包括名稱、型號(hào)、規(guī)格、精度、數(shù)量、封裝形式、安裝形式、使用環(huán)境、包裝和運(yùn)輸要求等，以便具體指導(dǎo)采購(gòu)人員實(shí)施采購(gòu)，其中有壽命要求的器件應(yīng)嚴(yán)格控制生產(chǎn)時(shí)間和數(shù)量。

c)采購(gòu)人員應(yīng)在合格器材供應(yīng)名錄內(nèi)實(shí)施采購(gòu)，若要在合格器材供應(yīng)名錄外采購(gòu)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行審批手續(xù)，確保過程受控。

d)采購(gòu)人員根據(jù)設(shè)計(jì)人員或生產(chǎn)人員提供的采購(gòu)計(jì)劃實(shí)施采購(gòu)時(shí)，若采購(gòu)不到規(guī)定型號(hào)，應(yīng)按照要求提出器材代用申請(qǐng)，由設(shè)計(jì)人員進(jìn)行充分驗(yàn)證后，履行審批手續(xù)后，再實(shí)施采購(gòu)工作。

e)采購(gòu)人員應(yīng)與器件供貨單位簽訂采購(gòu)合同，合同內(nèi)容應(yīng)包括：器件名稱、規(guī)格型號(hào)、質(zhì)量等級(jí)、廠家應(yīng)提供的各類質(zhì)量證明文件和驗(yàn)收方式、進(jìn)度要求等信息。

4.元器件老化篩選

二次篩選主要是對(duì)不同的失效模式進(jìn)行一些試驗(yàn)以剔除不合格品或由于某種缺陷會(huì)引起早期失效的元器件。其本質(zhì)上不能提高元器件本身的固有可靠性，從生產(chǎn)批次角度，通過剔除不合格品，可改善批次的固有可靠性。為保證艦船軟武器產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。其二次篩選主要遵循以下幾點(diǎn)：

a)型號(hào)研制和生產(chǎn)階段使用元器件必須進(jìn)行老化篩選，最大限度地剔除存在有某種失效模式的元器件，具體要求如表2所示。

b)元器件供應(yīng)單位進(jìn)行的一次篩選，其篩選條件低于產(chǎn)品使用要求時(shí)，必須進(jìn)行二次篩選；

c)對(duì)由于無(wú)手段進(jìn)行篩選器件，需進(jìn)行在線功能檢查，確保器件滿足電路功能要求；

d)根據(jù)功能特性分析，若元器件是關(guān)重件的，使用前應(yīng)進(jìn)行DPA分析；

e)對(duì)于貼片類元器件按照GJB179A-1996《計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)程序表》中一次正常抽樣方案(一般檢驗(yàn)水平II ，AQL=0.65)老化后進(jìn)行抽樣檢測(cè),Re≥1，則應(yīng)全部檢測(cè)；

f)檢測(cè)后元器件不合格率＞25%，則判定該種規(guī)格型號(hào)電子元器件為批不合格，禁止使用。

5.元器件電氣裝配

電氣裝配指機(jī)械安裝和焊接過程，是艦船軟武器產(chǎn)品生產(chǎn)過程中一個(gè)極其重要環(huán)節(jié)，良好的工藝控制是產(chǎn)品最終質(zhì)量與可靠性的保障。主要從工藝設(shè)計(jì)、工藝過程實(shí)施和工藝管理重點(diǎn)控制。

5.1 工藝設(shè)計(jì)

要保證按照?qǐng)D樣要求加工、裝配成合格的產(chǎn)品，工藝設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，工藝設(shè)計(jì)目的是保證加工、裝配工作的一致性與經(jīng)濟(jì)性以及所用材料、設(shè)備、人員的合理性，是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著艦船軟武器系統(tǒng)發(fā)展，其電氣系統(tǒng)越來(lái)越向小型化、智能化、集成化發(fā)展，越來(lái)越多表面貼裝器件被應(yīng)用。工藝人員應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)以下方面研究：

a)加強(qiáng)對(duì)表面貼裝工藝技術(shù)研究，在產(chǎn)品電氣系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)錫膏規(guī)格型號(hào)識(shí)別，器件貼裝時(shí)重點(diǎn)控制錫膏印刷質(zhì)量，回流焊接時(shí)重點(diǎn)控制溫度曲線設(shè)置合理性；

b)加強(qiáng)壓接工藝研究，重點(diǎn)關(guān)注導(dǎo)線截面積與插針孔徑匹配性，壓接工具的選擇，以及壓接后質(zhì)量檢測(cè)方法制定；

c)加強(qiáng)三防工藝研究，確保滿足用戶不同區(qū)域貯存、使用環(huán)境要求；

d)加強(qiáng)防靜電工藝研究，對(duì)操作過程，器件轉(zhuǎn)運(yùn)過程提出要求，減少靜電對(duì)器件損傷；

e)加強(qiáng)抗振性能工藝研究，對(duì)一些體積大器件，如大功率三極管、大電容等一般采用螺釘或使用膠粘劑固定，確保滿足環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)、產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)纫蟆?/p>

表2 常見元器件老化篩選要求[5]

5.2 工藝過程實(shí)施

工藝過程實(shí)施是工藝設(shè)計(jì)的直接體現(xiàn)，最直接影響器件焊裝質(zhì)量，實(shí)施過程應(yīng)重點(diǎn)控制如下方面：

a)器件預(yù)處理，通孔裝配器件，裝配前必須成型，應(yīng)借助工裝保證，對(duì)于某些器件引腳由于材料性質(zhì)或長(zhǎng)時(shí)間存放氧化，須去除氧化層后上錫后再裝配；

b)器件插裝一般遵循先小后大、先輕后重、先低后高、先里后外、先一般元件后特殊元件原則,混裝工藝的，先貼裝表貼器件，再安裝需機(jī)械固定器件，再直插器件，再集成塊等；

c)手工焊接，應(yīng)重點(diǎn)控制電烙鐵及烙鐵頭選用，焊接時(shí)間控制，輔助材料選擇；

5.3 工藝管理

電裝操作人員及檢驗(yàn)人員基本技能最終影響到產(chǎn)品組裝實(shí)物質(zhì)量，隨著電子產(chǎn)品技術(shù)含量增高，對(duì)操作人員要求越來(lái)越高，應(yīng)定期對(duì)涉及艦船軟武器電子裝配人員進(jìn)行針對(duì)性培訓(xùn)，切實(shí)提高其基本技能。應(yīng)加強(qiáng)工藝紀(jì)律監(jiān)督檢查，確保能根據(jù)工藝規(guī)程、作業(yè)指導(dǎo)書等要求進(jìn)行作業(yè)，應(yīng)重點(diǎn)控制所用原材料是否符合規(guī)定要求，所用工具、量具、夾具和儀器儀表是否滿足規(guī)定要求。

6.結(jié)論

結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分別從元器件設(shè)計(jì)選型、采購(gòu)、老化篩選、電氣裝配方面闡述如何提高艦船軟武器元器件使用可靠性，保證產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量和可靠性，為管理、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、操作人員提供參考，具有實(shí)際意義。

[1]王亦平．電子工藝基礎(chǔ)[M]．北京:電子工業(yè)出版社,1999．

[2]GJB4000-2000．艦船通用規(guī)范[S]．國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)．

[3]GJB/Z 299B-2006．電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)[S]．國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)．

[4]趙和義 美國(guó)軍用電子元器件要求和應(yīng)用指南[M]．北京:國(guó)防工業(yè)出版社．

[5]Q/710J0401A-2015．電子元器件老化篩選規(guī)范[S]．企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．

Research on Application Reliability of Electronic Components for Soft-killing Weapon of Naval Ships

Chen Zhen
(Yi Chang Testing Technique Research Institute,Yi Chang 443000,china)

Reliability of electronic components includes inherent reliability and application reliability, on the basis of designing type-selection, purchasing, burn-in screening, electrical assembly, explain how to improve application reliability of electronic components for soft-killing weapon of naval ships, guarantee the products quality and dependability, provide reference for manager, designer, purchaser and operator .

Components; Application reliability; Soft-killing weapon

陳真（1985－），男，碩士，畢業(yè)于重慶大學(xué)，工程師，主要從事電子裝聯(lián)工藝技術(shù)研究。