元器件二次篩選方案的制定

馬 萍

（中國船舶重工集團(tuán)有限公司第七一○研究所，湖北宜昌 443000）

0 引言

篩選試驗是指為選擇具有一定特性的產(chǎn)品或剔除早期失效產(chǎn)品而進(jìn)行的試驗。元器件生產(chǎn)廠在交付前按照產(chǎn)品規(guī)范對元器件進(jìn)行的篩選試驗稱為“一次篩選”。當(dāng)一次篩選的元器件質(zhì)量不能滿足使用方的可靠性要求，或生產(chǎn)方未進(jìn)行篩選時，使用方根據(jù)使用要求對元器件進(jìn)行的篩選稱為“二次篩選”[1]。元器件的二次篩選是提高元器件使用可靠性的主要方法和途徑。

1 元器件二次篩選的必要性和現(xiàn)狀

元器件的質(zhì)量是整機(jī)質(zhì)量的基礎(chǔ)，元器件的失效會導(dǎo)致整機(jī)產(chǎn)品失效，甚至造成重大損失。目前，國內(nèi)某些元器件的生產(chǎn)水平與使用要求存在差距，即使生產(chǎn)廠一次篩選過的器件也不一定能滿足整機(jī)產(chǎn)品研制生產(chǎn)的需求，甚至有些器件沒有經(jīng)過篩選，進(jìn)口元器件是否篩選尚不能確定。軍用整機(jī)產(chǎn)品對元器件的使用有嚴(yán)格要求[2]，對某些可能不適應(yīng)整機(jī)使用環(huán)境條件的元器件，或有潛在缺陷及問題的元器件必須剔除，才能保證整機(jī)產(chǎn)品的可靠性。因此，除了通過加強(qiáng)元器件的選購質(zhì)量控制[3]和使用設(shè)計[4]，提高元器件的使用可靠性外，元器件二次篩選也是提高元器件使用可靠性的重要措施之一，是元器件質(zhì)量保證的主要手段，對整機(jī)產(chǎn)品的可靠性保證有著重要意義。

當(dāng)前，許多整機(jī)研制生產(chǎn)廠的二次篩選方案是依據(jù)有關(guān)元器件篩選的國家標(biāo)準(zhǔn)、軍企標(biāo)準(zhǔn)等裁剪而成。某些單位為了節(jié)省成本和時間，只選擇少量篩選項目，沒有達(dá)到篩選目的；有些單位認(rèn)為篩選越嚴(yán)越好，盲目照搬標(biāo)準(zhǔn)或隨意增加篩選項目，不僅增加了篩選成本，而且造成元器件損傷[5]。這些做法，使元器件的二次篩選變得收效甚微，有時還可能帶來負(fù)面效果。

綜上所述，元器件二次篩選試驗是保證整機(jī)產(chǎn)品可靠性的重要環(huán)節(jié)，而合理的二次篩選試驗方案是二次篩選試驗效果實用性的保證，因此，如何制定元器件二次篩選方案是一個值得探討的問題。

2 元器件二次篩選方案制定方法

2.1 確定篩選項目

元器件常規(guī)篩選試驗項目主要有外觀檢查、溫度循環(huán)、高溫貯存、功率電老練、機(jī)械環(huán)境應(yīng)力（包括機(jī)械沖擊、振動加速度、恒定加速度）、密封性試驗、電性能檢測等。特殊環(huán)境篩選試驗項目有抗輻射、冷熱超高溫真空、鹽霧、霉菌、油霧等[6]。每個試驗項目都針對一定的缺陷（失效模式），同一失效模式可采用多個試驗項目篩選。元器件篩選項目的確定主要遵循以下原則。

（1）根據(jù)產(chǎn)品總規(guī)范的要求，按照有關(guān)元器件國家標(biāo)準(zhǔn)、軍用標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇篩選項目。

（2）針對整機(jī)產(chǎn)品使用環(huán)境條件和要求，以使用時可能產(chǎn)生的失效模式和失效機(jī)理為切入點，選擇對早期失效有重大影響的項目，避免同一種元器件不管在什么地方使用，均采用同一項目篩選的做法。

（3）根據(jù)元器件生產(chǎn)過程中人為因素或原材料、生產(chǎn)工藝、設(shè)備條件的波動等造成的缺陷（失效機(jī)理）選擇有效的篩選項目。

（4）不僅要具有理想的篩選效果，還要有較好的經(jīng)濟(jì)性，避免盲目增加篩選項目導(dǎo)致成本增加。

例如，對于在熱帶海洋環(huán)境的產(chǎn)品，潮濕、溫度變化帶來的失效機(jī)理很大，溫度循環(huán)、密封性試驗等就是重點篩選項目，但密封性試驗是針對有空腔的器件，其他器件則不需要做。而對于貯存期長、工作時沖擊力強(qiáng)的整機(jī)產(chǎn)品，如導(dǎo)彈類貯存環(huán)境的溫度和發(fā)射時的沖擊力對元器件的影響很大，那么高溫貯存、溫度循環(huán)、機(jī)械沖擊等篩選就很重要。對于航空型號中地面輔助設(shè)備上的元器件，做機(jī)械應(yīng)力的篩選意義不大。

因此，確定元器件篩選項目時首先要考慮整機(jī)的使用環(huán)境條件和要求；其次是元器件生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的缺陷；最后是選擇篩選試驗項目要考慮經(jīng)濟(jì)性。

圖1 元器件失效率的可接受水平和篩選應(yīng)力量值

2.2 確定篩選應(yīng)力量值

元器件質(zhì)量等級（失效率）要求是確定元器件篩選應(yīng)力量值的先決條件。不同的使用環(huán)境條件，不同質(zhì)量等級（失效率）要求的元器件，其篩選應(yīng)力量值也不同。圖1所示為元器件失效率的可接受水平和篩選應(yīng)力量值（包括溫度值、篩選時間）的關(guān)系，篩選應(yīng)力強(qiáng)度高、時間長，元器件的失效率可達(dá)到較低水平。也就是說，要求元器件失效率低 （質(zhì)量等級高），就要適當(dāng)提高篩選應(yīng)力量值。

篩選應(yīng)力量值是在掌握元器件失效模式、失效機(jī)理和失效分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過大量摸底試驗確定，這需要耗費大量的時間和經(jīng)費。為了縮短篩選時間、節(jié)約經(jīng)費，通常在不改變失效機(jī)理的條件下采用恒定應(yīng)力或步進(jìn)應(yīng)力加速試驗法，通過加速暴露缺陷，在較短時間內(nèi)獲得加速應(yīng)力下的試驗數(shù)據(jù)，并運(yùn)用數(shù)學(xué)模型和推算，得出加速應(yīng)力量值。例如，根據(jù)剖面加速系數(shù)定義公式AFP=tpn/tpa，以及溫度循環(huán)剖面加速系數(shù)公式[7]為：

式中：λpn為基準(zhǔn)應(yīng)力下剖面失效率；λpa為加速應(yīng)力下剖面失效率；Rn為基準(zhǔn)應(yīng)力下溫度范圍；Ra為加速應(yīng)力下溫度范圍；vn為基準(zhǔn)應(yīng)力下溫變速率；va為加速應(yīng)力下溫變速率。

計算出給定加速應(yīng)力條件下的篩選時間，或根據(jù)要求的篩選時間計算所需加速應(yīng)力。不論采用什么方法確定篩選應(yīng)力量值，都應(yīng)遵循以下原則：所施加的應(yīng)力量值能有效地激發(fā)早期失效，又不能使產(chǎn)品產(chǎn)生新的失效模式，損壞正常器件；去除施加的篩選應(yīng)力后，不能使產(chǎn)品留下殘余應(yīng)力，影響產(chǎn)品壽命。

綜上所述，確定篩選應(yīng)力量值的方法如下。

（1）依據(jù)元器件失效機(jī)理，通過加速應(yīng)力試驗，使用數(shù)學(xué)模型和推算確定應(yīng)力量值。

（2）借用類似試驗數(shù)據(jù)，或積累的試驗數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計和作圖方式，得出元器件失效率與應(yīng)力強(qiáng)度的分布關(guān)系，由定性到定量的方式確定篩選應(yīng)力量值。

（3）按元器件質(zhì)量等級（失效率）和用戶要求，依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)確定應(yīng)力量值。

2.3 確定篩選項目順序

合理的篩選順序不僅能盡早激發(fā)早期失效，而且節(jié)約時間和成本。通常按如下原則進(jìn)行[8]。

（1）對早期失效檢測，最有效和最經(jīng)濟(jì)的篩選項目先做。

（2）把能觸發(fā)其他失效模式發(fā)生的失效模式篩選放在前面。

（3）對同一種失效模式采用不同篩選項目進(jìn)行篩選時，首先考慮觸發(fā)失效的概率，觸發(fā)失效概率大的篩選項目先做。

（4）從經(jīng)濟(jì)性和時間性考慮，操作簡單、便宜、用時短的項目先做。

（5）測試順序通常是把測試時會對元器件其他特性參數(shù)產(chǎn)生影響的參數(shù)測試放在前面，功能參數(shù)最后測試。例如：對有耐壓和絕緣電阻，或?qū)舸╇妷汉吐╇娏饔袦y試要求的元器件，耐壓或擊穿電壓先測，絕緣電阻或漏電流后測，最后測試功能參數(shù)。

3 結(jié)束語

本文針對當(dāng)前有些二次篩選方案制定不當(dāng)造成缺陷元器件未被剔除，或正常器件被損傷影響二次篩選效果的現(xiàn)象，提出了制定元器件二次篩選方案的原則。運(yùn)用本原則制定元器件二次篩選方案，可有效提高元器件二次篩選試驗效果，有助于保證元器件的可靠性，進(jìn)而保證整機(jī)產(chǎn)品的可靠性。