機(jī)載火控設(shè)備電子元器件失效問題綜述

王超勇，歐陽寰，黎子芬

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

機(jī)載火控設(shè)備電子元器件失效問題綜述

王超勇，歐陽寰，黎子芬

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

從機(jī)載火控設(shè)備常用電子元器件的失效故障入手，以電子元器件失效的原因為標(biāo)準(zhǔn)，對機(jī)載火控設(shè)備電子元器件失效的機(jī)理進(jìn)行了分類，系統(tǒng)梳理常用的失效分析方法，給出一般失效分析的思路和失效分析的原則。

機(jī)載火控設(shè)備；電子元器件，失效分析

0 引言

機(jī)載火控設(shè)備中電子產(chǎn)品占極大比重。電子元器件是電子產(chǎn)品的最基本單元，電子產(chǎn)品可靠與否決定于電子元器件的可靠性，沒有高可靠性的電子元器件，設(shè)計再好的電子產(chǎn)品也難以發(fā)揮作用，尤其在機(jī)載火控設(shè)備中，對電子元器件的質(zhì)量要求高于一般的軍用級。因電子元器件失效導(dǎo)致機(jī)載火控裝備可靠性下降，甚至作戰(zhàn)任務(wù)失敗、機(jī)毀人亡的事例并不少見。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，20世紀(jì)40年代，美國運往遠(yuǎn)東地區(qū)的裝備中，60%的機(jī)載火控設(shè)備不能使用；50%的電子設(shè)備在儲存期間就已失效。其主要原因是電子管的可靠性差。在海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭中，美國出動了大批的“阿帕奇”武裝直升機(jī)，但由于該機(jī)的許多零部件，包括大量的電子元器件的可靠性不能適應(yīng)海灣地區(qū)沙漠風(fēng)暴和科索沃地區(qū)陰雨潮濕等氣候條件，多次造成該機(jī)失事。

因此，在機(jī)載火控設(shè)備的設(shè)計、試驗、生產(chǎn)和日常使用維護(hù)過程中，應(yīng)從電子元器件的失效分析入手，了解機(jī)載火控設(shè)備常用電子元氣件失效的機(jī)理、模式及分析技術(shù)，提高機(jī)載火控設(shè)備電子元器件的可靠性，進(jìn)而提高機(jī)載火控設(shè)備完好性，以保證遂行各重大軍事行動任務(wù)的順利完成。

1 失效的含義

失效是指電子元器件出現(xiàn)故障。各種電子系統(tǒng)或者電子電路的重要組成部分一般使用不同類型的元器件，當(dāng)它需要的元器件較多時，標(biāo)志設(shè)備的復(fù)雜程度就高；反之則低。一般還把機(jī)載火控設(shè)備電路故障定義為“機(jī)載火控設(shè)備功能電路系統(tǒng)規(guī)定功能的喪失”。

2 失效的分類

（1）以失效原因為標(biāo)準(zhǔn)，主要分為本質(zhì)失效、誤用失效、偶然失效和自然失效。

（2）以失效程度為標(biāo)準(zhǔn)，主要分為部分失效和完全失效。（3）以失效模式為標(biāo)準(zhǔn)，主要分為無功能、短路、開路等。（4）以失效后果的嚴(yán)重程度為標(biāo)準(zhǔn)，主要分為輕度失效、嚴(yán)重失效以及致命失效。

除上述外，還有多種分類標(biāo)準(zhǔn)，如以失效場合、失效外部表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)等。

3 失效的機(jī)理

（1）表層劣化。元器件納離子遭污染后造成溝道出現(xiàn)漏電、γ輻射有損、表面蠕變或擊穿等。

（2）設(shè)計問題造成的劣化。指電子元器件的電路、版圖以及結(jié)構(gòu)等方面出現(xiàn)的設(shè)計問題。

（3）內(nèi)部劣化。指由CMOS鎖閉效應(yīng)、二次擊穿、重金屬玷污、中子輻射損傷以及材料問題引發(fā)的瞬間功率過載、結(jié)構(gòu)性能退化。

（4）使用不當(dāng)引起的損壞。指電浪涌損傷、靜電損傷、過高溫度造成的破壞、干擾信號導(dǎo)致的故障。

（5）金屬化系統(tǒng)劣化。指電子元器件內(nèi)的鋁電遷移、鋁腐蝕、鋁缺口等。

（6）封裝劣化。指管腳出現(xiàn)腐蝕、漏氣或殼內(nèi)有外來物導(dǎo)致短路或漏電。

4 失效分析的常用方法

（1）拔出插入法。通過對組件板或插件板拔出又插入的過程進(jìn)行監(jiān)視，判斷拔出插入的連接界面是否是故障發(fā)生的地方。采用拔出插入法進(jìn)行失效分析時，在組件板或者插件板拔出又插入的過程當(dāng)中，會存在特殊狀況，即狀態(tài)發(fā)生改變的地方有時不僅是連接接口，還有可能是其他部位，所以在應(yīng)用拔出插入法時，要注意觀察每個部位及微妙的變化，才能做出正確的判斷。

（2）感官辨別法。通過眼觀部件外形，手觸感知部件溫度與軟硬程度，鼻嗅味道、耳聽聲音，判斷是否存在異常的方式。感官辨別法操作簡便、省錢，但能夠辨別的內(nèi)容會受感官能力的限制。

（3）電源拉偏法。把正常的電源與電壓拉偏，使其處于非正常狀態(tài)，然后暴露出薄弱環(huán)節(jié)或故障，可以反映出故障或瀕臨故障的組件、元器件部位。這種方法一般用在由于工作時間較長導(dǎo)致的故障或初步判斷是電網(wǎng)波動引發(fā)故障的情況。電源拉偏法具有一定的破壞性，使用這種方法前一定要檢查保險系數(shù)或其他因素，切忌隨意使用。

（4）換上備件法。通過對被取下值得懷疑的元器件或者部件的監(jiān)視，然后把合格的備件換上之后，再對出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行對比分析，如看故障現(xiàn)象有無消失，最后確定故障源點是否處于被取下的部件中。

以上介紹的是機(jī)載火控設(shè)備電子元器件失效分析應(yīng)用頻率較高的4種方法，除此之外，還有靜態(tài)、動態(tài)測量法；升高、降低溫度法；敲捏定位法等。

5 失效分析的思路

要做到有效地對電子元器件進(jìn)行失效分析，必須形成清晰的思路。電子元器件的失效分析主要按以下思路逐步進(jìn)行：①確定是否為失效；②明確失效分析的最終目的；③從失效現(xiàn)象入手，羅列失效位置的所有疑點；④擬定排除疑點的方案，對失效位置逐級分析；⑤設(shè)想并列舉所有可能引起失效部位現(xiàn)象的原因；⑥用實驗檢驗設(shè)想；⑦提出預(yù)防失效的方案并進(jìn)行評審；⑧用事實檢驗預(yù)防失效的方案是否有效；⑨實施預(yù)防失效的方案。

6 失效分析的原則

（1）先主要后次要。通過故障影響功能的程度判斷主要次要，在明確主要次要問題后，先解決主要問題再解決次要問題。

（2）先方案后操作。進(jìn)行失效分析時，相關(guān)人員必須先冷靜，在頭腦里形成解決方案后再進(jìn)行操作，切勿盲目操作，避免引起其他更大的元器件失效。

（3）先弱電再強(qiáng)電。對發(fā)生故障的整機(jī)或者出現(xiàn)失效的樣品，在進(jìn)行性能檢測或者判斷故障部位時，輸入信號、電源功率等要視具體情形從弱到強(qiáng)。從弱到強(qiáng)的整個變化過程中，密切觀察并把不正常的現(xiàn)象記錄好。此外，還要預(yù)防功率過滿引起突然開機(jī)、關(guān)機(jī)，造成電力沖擊擾亂失效狀態(tài)，增加失效分析難度。

此外，還有先簡單后復(fù)雜、先安檢后通電、先宏觀后微觀、先外設(shè)后主機(jī)、先靜態(tài)后動態(tài)、先斷電后換件、先公用后專用等原則。

7 結(jié)語

應(yīng)用機(jī)載火控設(shè)備電子元器件失效分析技術(shù)，可以了解機(jī)載火控設(shè)備電子元器件失效的原因、失效模式、失效機(jī)理及常用的分析方法。是機(jī)載火控設(shè)備/系統(tǒng)正?？煽窟\行的必要保證。

〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.54