軍用電子元器件質(zhì)量可靠性保障工作淺析

(西安北方光電科技防務(wù)有限公司 陜西 西安 710043)

引言

隨著復(fù)雜電子元器件在軍工領(lǐng)域越來(lái)越大規(guī)模的使用，軍用電子元器件的可靠性及劣質(zhì)元器件所帶來(lái)的問題日益顯現(xiàn)，劣質(zhì)元器件會(huì)影響產(chǎn)品正常功能的發(fā)揮及設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，嚴(yán)重的甚至造成設(shè)備失效。對(duì)于軍用、航空、航天等高可靠性應(yīng)用領(lǐng)域，在系統(tǒng)研制階段出現(xiàn)上述可靠性問題將會(huì)影響產(chǎn)品研制進(jìn)度，并浪費(fèi)大量的歸零成本。在系統(tǒng)正常交付使用過程中一旦出現(xiàn)問題可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人身傷亡。因此在初期如何確保電子元器件的可靠性對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量保證具有重大意義。

一、電子元器件篩選的理論基礎(chǔ)

實(shí)踐證明大多數(shù)電子元器件故障率是時(shí)間的函數(shù)，典型故障曲線稱之為浴盆曲線(Bathtub curve,失效率曲線)，曲線的形狀呈兩頭高，中間低，具有明顯的階段性，可劃分為三個(gè)階段：早期故障期，偶然故障期，嚴(yán)重故障期。浴盆曲線是指產(chǎn)品從投入到報(bào)廢為止的整個(gè)壽命周期內(nèi)，其可靠性的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律。如果取產(chǎn)品的失效率作為產(chǎn)品的可靠性特征值，它是以使用時(shí)間為橫坐標(biāo)，以失效率為縱坐標(biāo)的一條曲線。因該曲線兩頭高，中間低，有些像浴盆，所以稱為“浴盆曲線”。失效率隨使用時(shí)間變化分為三個(gè)階段：早期失效期、偶然失效期和耗損失效期。

圖1 浴盆曲線圖

第一階段是早期失效期(Infant Mortality)：表明產(chǎn)品在開始使用時(shí),失效率很高,但隨著產(chǎn)品工作時(shí)間的增加,失效率迅速降低,這一階段失效的原因大多是由于設(shè)計(jì)、原材料和制造過程中的缺陷造成的。為了縮短這一階段的時(shí)間，產(chǎn)品應(yīng)在投入運(yùn)行前進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，以便及早發(fā)現(xiàn)、修正和排除故障；或通過試驗(yàn)進(jìn)行篩選，剔除不合格品。

第二階段是偶然失效期，也稱隨機(jī)失效期(Random Failures)：這一階段的特點(diǎn)是失效率較低，且較穩(wěn)定，往往可近似看作常數(shù)，產(chǎn)品可靠性指標(biāo)所描述的就是這個(gè)時(shí)期，這一時(shí)期是產(chǎn)品的良好使用階段,偶然失效主要原因是質(zhì)量缺陷、材料弱點(diǎn)、環(huán)境和使用不當(dāng)?shù)纫蛩匾稹?/p>

第三階段是耗損失效期(Wearout)：該階段的失效率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而急速增加,主要由磨損、疲勞、老化和耗損等原因造成。

二、電子元器件篩選的必要性及面臨的問題

近年來(lái),各類器件篩選現(xiàn)實(shí)存在不合格情況發(fā)生，從檢測(cè)數(shù)據(jù)看進(jìn)口元器件篩選不合格比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)產(chǎn)元器件。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，不同階段元器件失效造成的損失會(huì)成幾何倍數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，因此投入一定經(jīng)費(fèi)進(jìn)行篩選發(fā)現(xiàn)早期失效元器件，能夠取得較大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

根據(jù)目前電子元器件在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用情況來(lái)看，電子元器件篩選主要面臨以下幾方面問題：

(1)假冒偽劣器件?，F(xiàn)階段大量淘汰的電子產(chǎn)品為拆卸元器件提供充足貨源，大量拆卸元器件經(jīng)過外觀處理后以“新產(chǎn)品”的形式被流入電子制造中，近40%存在假冒偽劣零件問題被重新貼上標(biāo)簽當(dāng)作更高檔的產(chǎn)品出售。

(2)來(lái)源不明問題。大量器件不是從總代理及一級(jí)代理拿貨,主要是從中間商購(gòu)買，渠道無(wú)法保證產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)成本問題。大量型號(hào)沒有質(zhì)量等級(jí)要求，出于成本考慮，大量使用工業(yè)級(jí)、民用級(jí)器件及塑封器件(航空航天有明確等級(jí)要求)，塑封材料固有可靠性問題及塑封元器件質(zhì)量和可靠性水平目前仍然較低。

(4)西方禁運(yùn)問題。西方國(guó)家對(duì)我國(guó)實(shí)施禁運(yùn)，普軍級(jí)以上質(zhì)量等級(jí)的元器件很難買到，對(duì)進(jìn)口到的元器件存在質(zhì)量生成過程不透明、質(zhì)量等級(jí)不可控等問題，導(dǎo)致電子元器件在出現(xiàn)問題后無(wú)法溯源。

三、電子元器件有效篩選的方法

針對(duì)電子元器件篩選的必要性及所面臨的問題，為保證能夠?qū)﹄娮釉骷M(jìn)行有效篩選，可從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行：

(1)篩選項(xiàng)目及應(yīng)力的選擇。依據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求制訂元器件的篩選要求，針對(duì)不同的器件選擇相應(yīng)的篩選應(yīng)力,所有的篩選應(yīng)力不得大于器件的極限應(yīng)力。篩選應(yīng)力選擇過低達(dá)不到篩選的目的，不能對(duì)早期的失效進(jìn)行淘汰，電子元器件篩選典型應(yīng)力包括：電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力等。

(2)篩選大綱/要求的制定。篩選大綱/要求的定制需具有針對(duì)性，如篩選大綱/要求定制時(shí)可根據(jù)武器裝備/平臺(tái)特點(diǎn)(彈載/車載)、應(yīng)用環(huán)境(如高溫高濕)、器件本身的特點(diǎn)(如根據(jù)器件類別、性能特點(diǎn)及封裝)、器件在同一裝備所處位置(地面/空中)、器件的所起作用的重要程度等方面進(jìn)行綜合考慮。

(3)選擇有資質(zhì)的單位進(jìn)行元器件的篩選。因?yàn)槎魏Y選存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)能力和設(shè)備能力,以及完整的質(zhì)量管理是作好篩選的保證，元器件的篩選中特別強(qiáng)調(diào)必須選擇有認(rèn)可資格的單位作為篩選的被委托方。

(4)篩選不合格品的處理。篩選的目的是為了淘汰不合格品，篩選中出現(xiàn)不合格品是正常現(xiàn)象，對(duì)于出現(xiàn)的不合格品要進(jìn)行分析。當(dāng)正常應(yīng)力下出現(xiàn)不合格品，一般是器件制造中有一定的缺陷。篩選合格率不滿足要求，要分析查明原因，國(guó)產(chǎn)元器件讓生產(chǎn)廠家分析，進(jìn)口器件由采購(gòu)部門要求供應(yīng)商處理，嚴(yán)重質(zhì)量問題要分析徹底，不能簡(jiǎn)單換貨處理。

四、提高電子元器件可靠性的措施

針對(duì)目前電子元器件在軍工領(lǐng)域所面臨的主要質(zhì)量問題及篩選過程中存在的相關(guān)情況，因此就提高電子元器件可靠性可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

(1)篩選要發(fā)揮企業(yè)內(nèi)各相關(guān)部門的合力，歸口管理、采購(gòu)、篩選實(shí)施，尤其技術(shù)部門要把技術(shù)要求提清楚、提準(zhǔn)確，真正達(dá)到篩選效果，花錢要值，不是為了篩選而篩選。

(2)篩選深入研究兵器裝備特點(diǎn)，針對(duì)彈上、地面、陸軍、裝甲兵等軍種特點(diǎn)及任務(wù)剖面，研究完善元器件選用標(biāo)準(zhǔn)、工藝控制標(biāo)準(zhǔn)(如SMT溫度曲線設(shè)置標(biāo)準(zhǔn))、元器件檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、元器件篩選標(biāo)準(zhǔn)、元器件可靠性控制等系列化標(biāo)準(zhǔn)。

(3)實(shí)時(shí)發(fā)布篩選需求，提高機(jī)構(gòu)與需求方對(duì)接效率；實(shí)時(shí)查詢?cè)骷Y選信息并發(fā)布元器件質(zhì)量情況，包括篩選合格率、不合格產(chǎn)品的失效現(xiàn)象、失效模式；實(shí)時(shí)預(yù)警不合格品，便于相關(guān)成員單位共享。

(4)及時(shí)動(dòng)態(tài)發(fā)布國(guó)產(chǎn)元器件優(yōu)選目錄、準(zhǔn)用目錄、停產(chǎn)目錄和國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)的QPL中的元器件；發(fā)布國(guó)內(nèi)外電子元器件主流標(biāo)準(zhǔn)和各生產(chǎn)商主流產(chǎn)品對(duì)照表，便于及時(shí)掌握生產(chǎn)商、產(chǎn)品情況。