機(jī)上電子元器件可靠性評估方法創(chuàng)新研究

李龍剛　李娜

伴隨著電子科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件作為電器產(chǎn)品的基礎(chǔ)組成單元，扮演著越來越重要的角色，其功能、功耗、體積等指標(biāo)參數(shù)呈現(xiàn)出日新月異的變化趨勢。飛機(jī)，尤其是軍事用途飛機(jī)，作為高價(jià)值平臺(tái)，其使用的電子成品必須具有極高的可靠性，才能保證飛機(jī)整機(jī)的服役穩(wěn)定性，因此機(jī)上電子元器件的可靠性評估重要性不言而喻。針對機(jī)上電子元器件在規(guī)定服役期內(nèi)的功能實(shí)現(xiàn)能力進(jìn)行預(yù)先評價(jià)，是保證元器件達(dá)成可靠性指標(biāo)，進(jìn)而保障整機(jī)狀態(tài)完好性的重要手段。因此，機(jī)上電子元器件的可靠性評估方法需要得到充分重視，并持續(xù)、深入地開展評估方法的改進(jìn)創(chuàng)新。

在現(xiàn)有可靠性評估方法的研究基礎(chǔ)上，提出一種便捷的可靠性評估方法。首先通過分析可靠性確定及加速老化試驗(yàn)效果，進(jìn)行初步評估;進(jìn)而分析元器件可靠性故障模式影響以及所產(chǎn)生的危害，確定元器件可靠性等級;最后基于前兩步分析得出元器件的可靠性壽命評估值。

（一）可靠性確定及加速老化試驗(yàn)效果分析

依照機(jī)上電子元器件多元素可靠性拆分（FTF），判斷出導(dǎo)致機(jī)上成品的主要可靠性元件，并對多個(gè)電子元器件一起運(yùn)行的加速老化試驗(yàn)，制訂一系列的加速老化試驗(yàn)計(jì)劃。電子元器件屬于集成器件，大部分的關(guān)鍵電子元器件、電子元器件的控制器和電子元器件的傳感器等，都對機(jī)上成品的可靠性有不小的制約。依照全面考慮的分析可靠性的方法（FTF），判定主要零部件對系統(tǒng)是否可靠，對試驗(yàn)策劃的研究設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的影響。

機(jī)上電子元器件一般會(huì)采取故障樹分析法（FTA）和故障模式效應(yīng)及危害度分析（FMECA）這兩個(gè)關(guān)鍵的系統(tǒng)結(jié)合（即可靠性綜合分析），對電子元器件產(chǎn)生故障影響的關(guān)鍵原因開展分析研究，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案制定和進(jìn)一步升級，打造更好的理論依據(jù)，提升其產(chǎn)品的可靠性。

根據(jù)電子元器件可靠性規(guī)律，即浴盆曲線規(guī)則，電子元器件的失效大部分集中于生產(chǎn)初期和壽命終結(jié)期。設(shè)計(jì)的可靠性評估方法首先需要確定機(jī)上電子元器件的可靠性周期，因此采用加速老化試驗(yàn)的方法。

（二）可靠性故障模式影響及危害度分析

故障模式可能會(huì)造成一系列的危害，危害度的研究是故障模式影響分析的先決因素，所以需要基于這種故障模式的嚴(yán)重程度開展逐步加深、加廣、加遠(yuǎn)的分析，并給出數(shù)據(jù)化化的估算。

依照研究給出的任務(wù)階段和嚴(yán)酷度等級要求及主要內(nèi)容可以看出，機(jī)上電子元器件i的第j個(gè)故障模式危害度用C表示，計(jì)算公式如下：

式中α——故障頻率，也就是元件i的第j個(gè)故障模式次數(shù)與元件i存在的所有故障之間比值;β——受故障影響率，元件i在第j種故障模式條件下發(fā)生時(shí)，故障帶來和造成的一系列危害度等級，一般β的值可以按其數(shù)據(jù)表來做出選擇和定量，一般β的值可以按表1開展。

依照一些文獻(xiàn)記載《Handbook of Reliability Prediction Procedures for Mechanical Equipment（NSWC-2009）》、《GJB/Z299C-2006電子元器件可靠性預(yù)算統(tǒng)計(jì)手冊》、《GJB813可靠性模型的建設(shè)和可靠性預(yù)算統(tǒng)計(jì)》，加之依照機(jī)上電子元器件在現(xiàn)場實(shí)際發(fā)生的故障現(xiàn)象，選擇了電子元器件的最基礎(chǔ)失效的概率。依照對機(jī)上電子元器件故障的研究，以及各個(gè)元器件故障模式機(jī)理進(jìn)行分析，參考具體的工作情況，使用式（1）計(jì)算各電子元器件待估計(jì)的大概參數(shù)值，可以推導(dǎo)出各個(gè)電子元器件的加速老化試驗(yàn)對機(jī)上電子成品的危害影響程度。

（三）評估元器件可靠性壽命

在完成上述兩步分析后，采用Weibull（威布爾）分布函數(shù)模具來評判估計(jì)電子元器件的可靠性，能在一定程度上滿足很多一部分的電子產(chǎn)品壽命所處分布，在一些可靠性評估壽命的理論中，這些方法是被廣泛流傳的。威布爾分布擬合實(shí)驗(yàn)的最終數(shù)據(jù)精細(xì)程度指標(biāo)如圖1所示。

調(diào)整后的參數(shù)指標(biāo)，可以外推出不同情況下被實(shí)驗(yàn)的電子元器件使用壽命劃分模型的顯示數(shù)值，這樣也就對被試樣的樣本可靠性做出相應(yīng)的評價(jià)和估算。

圖1 威布爾分布模型評估元器件壽命曲線

電子元器件的可靠性評估既是對現(xiàn)有產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)，也能為新型號元器件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持，因此針對電子元器件的可靠性評估以及試驗(yàn)篩選方法研究應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁鼮閺V泛的關(guān)注，在方法、手段、環(huán)境等方面提出更高等級的建設(shè)建議。這一點(diǎn)也是立足本職崗位，并支持電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的職責(zé)之一，后續(xù)還將開展深入的研究，在評估的準(zhǔn)確度方面加以提升。