軍用電子元器件質(zhì)量等級及應(yīng)用等級的探究

彭 偉

（中國電子技術(shù)標(biāo)準化研究院，北京 100007）

1 引言

質(zhì)量等級是產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性水平的描述，是應(yīng)用等級劃分的基礎(chǔ)和保障，是武器裝備選擇和采用軍用電子元器件的基礎(chǔ)。

目前，在我國軍用電子元器件的制造領(lǐng)域或應(yīng)用領(lǐng)域，對元器件的質(zhì)量等級提法有多種，常見的如宇航級、失效率等級、質(zhì)量保證等級、B1級、國家軍用標(biāo)準、企業(yè)軍用標(biāo)準等。這種從不同角度、不同方法去衡量元器件的質(zhì)量等級，對元器件的管理和選取是十分不利的，因此需要對軍用電子元器件的質(zhì)量等級進行規(guī)范。

對元器件使用方而言，整機用戶對元器件的選取及應(yīng)用存在較多困惑。由于工程所用元器件種類繁多，而衡量元器件質(zhì)量等級劃分不規(guī)范，因此對元器件應(yīng)用等級的劃分也存在一定的困難。

對軍品研制單位而言，同一產(chǎn)品根據(jù)不同的需求，需要制定多份標(biāo)準，標(biāo)準不但要考慮產(chǎn)品的質(zhì)量，而且還要兼顧產(chǎn)品的應(yīng)用，這使得研制單位在標(biāo)準管理時疲于應(yīng)付。

文章主要是從國內(nèi)外電子元器件的產(chǎn)品標(biāo)準規(guī)范研究入手，從理論上分析元器件質(zhì)量和可靠性，為武器裝備軍用電子元器件的選取及工程應(yīng)用等級的劃分提供理論依據(jù)。

2 質(zhì)量等級的研究

2.1 質(zhì)量等級的定義

按照不同要求劃分出的軍用電子元器件的質(zhì)量等級是不同的，而標(biāo)準或規(guī)范作為研制、生產(chǎn)和使用必須遵循的共同依據(jù)，是統(tǒng)一并規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量等級的最佳工具。

質(zhì)量等級通常是指成功通過產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的鑒定要求所確定的產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性保證水平[1]。具體地說，是按規(guī)定的質(zhì)量保證要求和程序，對產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性保證水平劃分確定的等級。如阻容元件規(guī)范中規(guī)定的質(zhì)量等級中，失效率等級分為五級、六級、七級和八級；又如按GJB2438A－2002《混合集成電路通用規(guī)范》規(guī)定的質(zhì)量等級分為K級和H級等。

2.2 質(zhì)量等級的表現(xiàn)形式

軍用電子元器件的產(chǎn)品規(guī)范（包括通用規(guī)范和詳細規(guī)范）均明確或潛在地規(guī)定該規(guī)范所涉及產(chǎn)品的質(zhì)量等級，只是按不同類別的產(chǎn)品對質(zhì)量等級規(guī)定有不同的表征方法和相應(yīng)的評定方法[2-4]。經(jīng)過歸納，主要有以下兩種類型。

2.2.1 以“失效率”表征的質(zhì)量等級

名稱中冠有“有失效率等級”的一類電子元件規(guī)范中，在規(guī)定相關(guān)試驗的同時，規(guī)定了失效率等級考核的內(nèi)容，這類元件主要包括固定電阻器、電位器、電阻網(wǎng)絡(luò)、固定電容器、密封電磁繼電器、混合繼電器和射頻固定電感器。目前采用的GJB2649A-2011《軍用電子元器件失效率抽樣方案和程序》規(guī)定的失效率等級從亞五級～八級及宇航級，用 L、M、P、R、S及 T（部分）表示。

2.2.2 以質(zhì)量與可靠性保證水平表征的產(chǎn)品保證等級

此種類型的質(zhì)量等級，在規(guī)范中又存在以下四種表示形式。

（1）規(guī)定產(chǎn)品保證等級

有些元器件類別，如：半導(dǎo)體集成電路、混合集成電路、半導(dǎo)體分立器件、光電模塊、晶體振蕩器、聲表面波器件規(guī)定的是產(chǎn)品保證等級，即通過產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)質(zhì)量控制和試驗，就認為達到了規(guī)定質(zhì)量等級的要求。

（2）規(guī)定平均故障間隔時間（MTBF）

MTBF是可修復(fù)產(chǎn)品可靠性的基本參數(shù)。適于此類考核的產(chǎn)品主要包括微波組件、光電組件，其考核按GJB899A-2009《可靠性鑒定和驗收試驗》進行。

（3）標(biāo)準中規(guī)定的“C”等級

在軍用生產(chǎn)線上生產(chǎn)的產(chǎn)品，按規(guī)范要求不篩選、不進行環(huán)境試驗，但應(yīng)符合承制單位的質(zhì)量保證要求，可直接供貨。如在電阻器和電容器的有失效率等級的標(biāo)準中規(guī)定的“C”（無失效率等級）產(chǎn)品；在晶體振蕩器標(biāo)準中規(guī)定的“C”等級產(chǎn)品；在GJB33A-1997《半導(dǎo)體分立器件總規(guī)范》中的普軍級（JP）產(chǎn)品等均屬于此類型。

（4）不規(guī)定失效率等級或產(chǎn)品保證等級，但有可靠性要求

在相當(dāng)多的元器件標(biāo)準中只規(guī)定了一種考核要求，不分相應(yīng)等級，此類產(chǎn)品是軍級水平，有相應(yīng)的質(zhì)量系數(shù)值。除前述幾種類型外，其余產(chǎn)品通用規(guī)范均屬于此種類型。

3 質(zhì)量等級水平的劃分

我國軍用電子元器件的通用規(guī)范大約有四百多個，一個通用規(guī)范可能規(guī)定一種質(zhì)量等級，也可能規(guī)定多種質(zhì)量等級[5-6]。盡管這些質(zhì)量等級的表現(xiàn)形式各不相同，但各通用規(guī)范規(guī)定的質(zhì)量等級是有內(nèi)在聯(lián)系的，也是具有可比性的。通過對這些通用規(guī)范分析與研究，并進行總結(jié)及歸類，可更好地對質(zhì)量等級水平進行劃分。

根據(jù)我國軍用標(biāo)準體系建立情況，以及多年來所積累的經(jīng)驗，在結(jié)合我國軍用元器件的生產(chǎn)及使用情況的基礎(chǔ)上，可將軍用電子元器件的質(zhì)量等級水平依據(jù)滿足通用規(guī)范的情況劃分為以下幾個等級。

Level1：符合相應(yīng)軍用標(biāo)準、高可靠/宇航級（用）/失效率等級為七級以上的元器件；

Level2：符合相應(yīng)軍用標(biāo)準、具有亞五級、五級、六級失效率指標(biāo)或較高產(chǎn)品保證等級的元器件（如混合集成電路的H級）；

Level3：除上述兩類產(chǎn)品外，符合相應(yīng)軍用標(biāo)準，且此軍用標(biāo)準在技術(shù)上基本等同國外同類產(chǎn)品先進標(biāo)準的元器件；

Level4：除上述三類產(chǎn)品外，符合相應(yīng)軍用標(biāo)準的元器件；

Level5類：其他類型的元器件（如符合國家標(biāo)準/行業(yè)標(biāo)準的元器件）。

4 應(yīng)用等級的研究

4.1 應(yīng)用等級的定義

應(yīng)用等級通常是指使用者根據(jù)使用所確定的產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性保證水平。如某用戶規(guī)定的CASTA、CASTB、CASTC；美國航空航天局規(guī)定的Level1、Level2、Level3；歐洲宇航局規(guī)定的 Class1、Class2、Class3等。

4.2 國內(nèi)外電子元器件應(yīng)用等級情況介紹與分析

美國航空航天局（NASA）和歐洲宇航局（ESA）一直是我國關(guān)注的對象，對這兩個機構(gòu)元器件的應(yīng)用情況進行簡單介紹。

（1）NASA元器件應(yīng)用等級情況介紹與分析

EEE-INST-002《電氣、電子和機電元器件選擇、篩選、鑒定和降額指南》是美國航空航天局為用于哥達德飛行中心（GSFC）空間飛行計劃的元器件的選擇、篩選、鑒定及降額建立的基線準則，其目的是為制造宇航裝備時選用到合適的元器件提供一種保證機制。該文件將元器件分為18類（見表1），并對每類元器件的應(yīng)用等級、篩選、鑒定和降額等進行了詳細規(guī)定。

表1 電子元器件分類

該文件將所有元器件分為三個應(yīng)用等級，即一級、二級和三級。

1級：對于要求最高可靠性和最低風(fēng)險的任務(wù)，其元器件應(yīng)按該等級選擇和處理。1級項目的典型的任務(wù)周期為5年或更長。

2級：對于綜合考慮經(jīng)費限制和任務(wù)目標(biāo)后，將風(fēng)險降低到中等水平的任務(wù)，其元器件應(yīng)按此級別選擇和處理。2級項目的典型的任務(wù)周期為1到5年。

3級：由于缺少正式的可靠性評估、篩選和鑒定，元器件具有先天的高風(fēng)險

或未知的風(fēng)險。3級元器件主要用在可以使用具有較高風(fēng)險的元器件的任務(wù)場合中。3級項目的典型的任務(wù)周期為1～2年。

該文件對元器件的應(yīng)用等級劃分、篩選及鑒定檢驗要求詳見EEE-INST-002《電氣、電子和機電元器件選擇、篩選、鑒定和降額指南》。

經(jīng)對EEE-INST-002研究分析，認為它對元器件應(yīng)用等級的劃分，是從制造宇航裝備的需求出發(fā)，按照美國軍用規(guī)范對元器件質(zhì)量和可靠性水平進行評價后，根據(jù)實際需求再加上相關(guān)的篩選確定的。

（2）歐洲宇航局（ESA）元器件應(yīng)用等級情況介紹與分析

歐洲宇航局（ESA）和所屬各國家空間局，于2002年成立了“歐洲宇航元件協(xié)調(diào)中心（ESCC）”。ESCC建立的目的是要最大限度地利用其成員的資源和技術(shù)，以避免重復(fù)工作，鼓勵其成員間的相互承認，改善其效率并且根據(jù)行業(yè)間對歐洲宇航局需求的快速反應(yīng)能力，通過競爭以獲取宇航用高可靠性電子元器件。ESCC是歐洲航天局、元器件使用者和元器件制造商的長期合作伙伴，它為航空航天工程提供適合的電子、電氣和機電元器件（簡稱EEE元器件）。

ESCC標(biāo)準體系包括基礎(chǔ)規(guī)范、總規(guī)范和詳細規(guī)范。其中，總規(guī)范規(guī)定了不同門類元器件的篩選試驗、周期試驗、批接收試驗及鑒定試驗的要求。

通常，在所有類別的ESCC總規(guī)范中都對生產(chǎn)過程控制、最終產(chǎn)品檢驗、篩選和電氣測量、鑒定批準和批接收試驗及試驗方法程序進行了明確規(guī)定。

目前ESCC已發(fā)布的各類總規(guī)范大約有40多個。

從歐洲宇航局對元器件的選擇與應(yīng)用中可以看出，它對元器件應(yīng)用等級的劃分也是按規(guī)范中規(guī)定的質(zhì)量等級確定的，并根據(jù)需求附加一些試驗要求，構(gòu)成元器件的應(yīng)用等級。

（3）我國軍用電子元器件應(yīng)用等級情況介紹

一些整機單位對元器件的應(yīng)用等級有所涉獵，其采購規(guī)范中元器件等級主要由三個部分組成，即生產(chǎn)廠現(xiàn)有經(jīng)過認證的產(chǎn)品基礎(chǔ)質(zhì)量等級要求（如國軍標(biāo)的要求）、在生產(chǎn)廠執(zhí)行的用戶附加的技術(shù)要求（如監(jiān)制、驗收、DPA、附加的試驗等）和到貨后用戶的補充篩選等附加試驗。從分析研究用戶的產(chǎn)品應(yīng)用等級來看，使用的產(chǎn)品等級也是由產(chǎn)品的應(yīng)用部位、國軍標(biāo)對產(chǎn)品的要求、以及對產(chǎn)品的特殊要求確定的。

5 質(zhì)量等級與應(yīng)用等級的相互關(guān)系

從上述對元器件應(yīng)用等級的分析可以得出，無論是美國的NASA、歐盟的ESCC、還是我國軍用元器件的使用者，其對元器件等級的劃分均是從工程出發(fā)，根據(jù)工程的需求，制定元器件的應(yīng)用等級，而應(yīng)用等級編制的基礎(chǔ)是軍用規(guī)范及特殊的需求。由此可見，元器件的應(yīng)用等級是由三部分組成的，即工程部位+產(chǎn)品的質(zhì)量等級+附加要求。海、陸、空各種武器及軍事裝備應(yīng)承受各自綜合的嚴酷度，而這種綜合嚴酷度是千差萬別的，即便是同一種武器與軍事裝備由于應(yīng)用場合的不同，對元器件嚴酷度的要求也各不相同，因此，將所有工程用元器件用一個標(biāo)準進行應(yīng)用等級的劃分，無論是在經(jīng)濟上還是技術(shù)上都是無法實現(xiàn)的。

從NASA等元器件用戶對元器件的應(yīng)用等級劃分可以看出，其表面上是按工程各部位的重要性對元器件進行應(yīng)用等級劃分的，而其本質(zhì)是按規(guī)范對元器件內(nèi)在的質(zhì)量和可靠性進行了劃分，重要部位用高質(zhì)量等級的元器件，非重點部位可用較低質(zhì)量等級的元器件。由此可見元器件質(zhì)量等級的劃分是元器件應(yīng)用等級制定的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

6 各類軍用電子元器件規(guī)范常用質(zhì)量等級的表達方式

軍用電子元器件規(guī)范所規(guī)定的元器件質(zhì)量等級是各用戶確定元器件應(yīng)用等級的基礎(chǔ)。為方便使用，現(xiàn)將主要元器件規(guī)范對質(zhì)量等級的表述方式進行歸納，詳見表2。

表2 軍用規(guī)范對元器件質(zhì)量等級的表征方式

7 軍用電子元器件質(zhì)量等級的應(yīng)用方法

軍用電子元器件質(zhì)量等級的應(yīng)用方法如下。

①在進行元器件選擇時，首先應(yīng)確定其產(chǎn)品類別，然后查找其所適用的通用規(guī)范，根據(jù)通用規(guī)范的規(guī)定，再確定其產(chǎn)品質(zhì)量等級。

②軍用電子元器件的質(zhì)量等級只有通過了產(chǎn)品認證，方可確認其質(zhì)量等級。不能僅通過鑒定檢驗就確定其質(zhì)量等級。任何降低通用規(guī)范要求的做法（如試驗順序、試驗應(yīng)力、抽樣方案等），或沒有按GJB546《軍用電子元器件質(zhì)量保證大綱》建立產(chǎn)品質(zhì)量保證體系的生產(chǎn)線，對于產(chǎn)品質(zhì)量等級的確定都是沒有意義。

③對于沒有通用規(guī)范的產(chǎn)品，其分類可參照同類產(chǎn)品的通用規(guī)范進行歸類。

④元器件質(zhì)量等級的歸類沒有考慮各種元器件的應(yīng)用場合，因此各類元器件的使用者，在選擇元器件質(zhì)量等級時，還應(yīng)考慮對元器件的特殊或附加要求，這些特殊或附加要求與元器件質(zhì)量等級將構(gòu)成元器件的應(yīng)用等級。