航天電子元器件質(zhì)量控制與可靠性保障研究

張辰龍

摘要：目前，電子通用元器件安全可靠性的不斷提升在我國(guó)航天企業(yè)電子通用元器件應(yīng)用領(lǐng)域中已經(jīng)是最關(guān)鍵的，同時(shí)也是最重要的。多年來(lái)，作為航天復(fù)雜龐大系統(tǒng)的基礎(chǔ)之一，元器件依然是質(zhì)量控制保證工作的重點(diǎn)，其特征是用戶牽引、問(wèn)題導(dǎo)向、統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。所以，本文重點(diǎn)分析和研究在航天產(chǎn)品中電子特殊性及質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：航天：電子元器件;質(zhì)量;控制;可靠性;保障

作為航天電子產(chǎn)品的不可拆的組成單元，針對(duì)電子元器件所進(jìn)行的設(shè)計(jì)為整部產(chǎn)品在工作時(shí)的可靠性提供了基礎(chǔ)和保障。即使航天電子產(chǎn)品擁有再先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，倘若嚴(yán)重缺少品質(zhì)優(yōu)良、可靠性顯著的航天電子設(shè)備元器件，這種基礎(chǔ)和保障便會(huì)受到影響。為了在一定程度上提高航天電子產(chǎn)品在應(yīng)用過(guò)程中所表現(xiàn)的可靠性，滿足品質(zhì)方面的優(yōu)良性要求，必須考慮從多個(gè)方面予以考慮，譬如電子元器件的設(shè)計(jì)、電子元器件的甄選等，強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)方面的控制力度，對(duì)產(chǎn)品可靠性有所保障。

一、加強(qiáng)電子元器件的可靠性的重要意義

通過(guò)大量電子整機(jī)故障統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)電子元器件無(wú)法工作是造成整機(jī)出現(xiàn)故障的重要原因。美國(guó)惠普公司曾經(jīng)分析整機(jī)在保用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因，其中，3/4是由元器件故障產(chǎn)生的。法國(guó)阿里安火箭在8次發(fā)射失敗當(dāng)中，元器件故障導(dǎo)致了其中7次發(fā)射失敗。如果，某個(gè)設(shè)備當(dāng)中的元器件有15，000個(gè)，為了保證系統(tǒng)的可靠性達(dá)到95%，需要保證每個(gè)元器件的可靠度達(dá)到99.99987%，所以在應(yīng)用科學(xué)技術(shù)、衛(wèi)星運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈武器為基礎(chǔ)的航天領(lǐng)域發(fā)展過(guò)程中，元器件的質(zhì)量穩(wěn)定性具有非常重要的作用。戰(zhàn)略導(dǎo)彈以及運(yùn)載火箭等的控制系統(tǒng)、遙測(cè)系統(tǒng)、地面設(shè)備等都需要成千上萬(wàn)的電子元器件穩(wěn)定地工作，這些元器件對(duì)航天器在工作過(guò)程中的可靠性和質(zhì)量有著直接影響，因此加強(qiáng)電子元器件的質(zhì)量控制及可靠性逐步成為航天工作者需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

二、航天對(duì)電子元器件的特殊要求

1.高可靠性

在進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，依照元器件的適應(yīng)環(huán)境進(jìn)行分析，如果一批電子元器件在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行使用產(chǎn)生故障概率為1，那么這批電子元器件在飛機(jī)使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障概率為6.5，在火箭飛行過(guò)程中出現(xiàn)故障的可能性能達(dá)到80。這些主要是由于使用過(guò)程中環(huán)境條件的不同，在電子元件失效方面的情況也各不相同。依照短期、中期、長(zhǎng)期工作壽命，在器件失效方面需要控制在100非特，10非特，1非特，所以加強(qiáng)元器件的可靠性是非常關(guān)鍵的。

2.多品種、大批量、更新?lián)Q代快

當(dāng)前，航天技術(shù)發(fā)展速度進(jìn)一步加快，隨著衛(wèi)星導(dǎo)彈逐步更新?lián)Q代，所使用的電子元器件也需要依照航天產(chǎn)品發(fā)展的要求進(jìn)行更新。要保證航天電子裝備穩(wěn)定、可靠地工作，就必須要有可靠性高的元器件來(lái)保障。航天型號(hào)（導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、衛(wèi)星、載人飛船）采用了大量的電子元器件，一般載人火箭每發(fā)箭使用的電子元器件20000～30000只，每顆衛(wèi)星使用電子元器件20000～60000只，而載人航天工程使用的電子元器件則達(dá)到120000只。

3.量輕體小能耗低

為了提高效率，讓航天產(chǎn)品在運(yùn)行發(fā)射過(guò)程中消耗的能量降低，所用到電子元器件的功耗盡量小，而且質(zhì)量相對(duì)較輕，所以需要使用一些功耗較低而且集成度較高的電子元器件。然而這些元器件非常精密，對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行保證具有很大的難度，電子元器件如果已無(wú)法正常使用，會(huì)對(duì)航天產(chǎn)品的質(zhì)量控制和研發(fā)進(jìn)度等方方面面產(chǎn)生較大的影響。

三、航天電子元器件質(zhì)量控制

1.搭建電子元器件品質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)

大力促進(jìn)航天電子元器件品質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的成功搭建，可以較為全面的、精確的體現(xiàn)電子元器件產(chǎn)品的質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程和對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，該數(shù)據(jù)庫(kù)不但能夠給電子元器件的相關(guān)使用者提供真實(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量信息和制造廠商的技術(shù)水平，還能夠容易地發(fā)掘出更先進(jìn)的技術(shù)決策。以此為依據(jù)，我們便能對(duì)那些技術(shù)革新方面的建議進(jìn)行科學(xué)的篩選，我們還可以憑借特定技術(shù)制造商巨大的作用來(lái)幫助研發(fā)新型的電子元器件技術(shù)，與此同時(shí)也可通過(guò)調(diào)整特定的制造廠商對(duì)航天電子元器件的品質(zhì)進(jìn)行深層次的保障。而在如何建立一個(gè)電子型號(hào)元器件基本質(zhì)量信息數(shù)據(jù)庫(kù)這一方面，需要明確的是：（1）擁有專(zhuān)項(xiàng)工作人員對(duì)其進(jìn)行管理的電子元器件品質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)是通過(guò)型號(hào)總體單位的品質(zhì)和具有較高可靠性的主管部門(mén)而成功搭建的多，為了提高電子元器件基本數(shù)據(jù)可追溯性的保障力度，在品質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中傳輸按型號(hào)根據(jù)不同系統(tǒng)對(duì)元器件的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，電子元器件基本質(zhì)量信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，一定要包含一下信息：元器件的基本質(zhì)量信息、由國(guó)家檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)經(jīng)詳細(xì)的核驗(yàn)后得到的合格率、二次篩選所要遵循的標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)行的項(xiàng)目，及其合格率還有該產(chǎn)品品質(zhì)的基本發(fā)展?fàn)顟B(tài)等。（2）電子元器件從安裝選用后和訂購(gòu)前到監(jiān)制產(chǎn)品驗(yàn)收、二次性能篩選、保管和元器件失效性能分析驗(yàn)收全過(guò)程的質(zhì)量信息，承制驗(yàn)收單位的產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)主管業(yè)務(wù)部和元器件設(shè)計(jì)師管理系統(tǒng)都必須要將其同時(shí)存入質(zhì)量信息庫(kù)，包括從安裝機(jī)驗(yàn)收元器件和保管失效分析元器件收集信息的能力和檢索信息的能力以及元器件的去向數(shù)據(jù)也務(wù)必要予以建立。（3）二次性篩選、元器件的管控檢驗(yàn)以及元器件破壞性分析所獲得的質(zhì)質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù)等也理當(dāng)各自建立在各元器件驗(yàn)收檢驗(yàn)工作站和元器件DPA電子實(shí)驗(yàn)室。

2.加強(qiáng)統(tǒng)一管理

由于航天系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)電子元器件進(jìn)行統(tǒng)一選用、采購(gòu)、測(cè)試、驗(yàn)收等，讓分散的電子元器件組成相應(yīng)的子系統(tǒng)，便于統(tǒng)一管理。在統(tǒng)一管理模式下，能夠極大地整合、優(yōu)化、配置各種資源，從而更加有利于加強(qiáng)電子元器件的質(zhì)量控制。（1）堅(jiān)持科學(xué)選用要實(shí)現(xiàn)對(duì)電子元器件的統(tǒng)一管理，首先就是要做到統(tǒng)一選用。在實(shí)踐操作中，根據(jù)不用的使用環(huán)境，結(jié)合所需要的種類(lèi)、規(guī)格等實(shí)際情況，進(jìn)行全面統(tǒng)籌安排，堅(jiān)持優(yōu)中選優(yōu)確定最終的供應(yīng)商。在統(tǒng)一選用時(shí)，應(yīng)該對(duì)電子元器件進(jìn)行統(tǒng)一編制名錄，按照型號(hào)特點(diǎn)從使用性能、安全性、可靠性、使用壽命等方面考慮，確定電子元器件的相關(guān)品種、質(zhì)量及規(guī)格。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，既要充分考慮降額使用的要求，確保電子元器件的可靠性，讓其順利完成使命，在航天電子產(chǎn)品中發(fā)揮出積極作用。（2）堅(jiān)持統(tǒng)一采購(gòu)按照統(tǒng)一管理的要求，應(yīng)該對(duì)電子元器件進(jìn)行統(tǒng)一采購(gòu)。采購(gòu)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)電子整體設(shè)備的實(shí)際需要，結(jié)合不同環(huán)境的具體需求，對(duì)所需的電子元器件列出采購(gòu)清單，由相關(guān)部門(mén)進(jìn)行統(tǒng)一集中采購(gòu)，嚴(yán)格采購(gòu)審批手續(xù)，這樣既能夠保障電子元器件的采購(gòu)質(zhì)量，又能夠降低采購(gòu)成本。（3）監(jiān)制驗(yàn)收一體化對(duì)于統(tǒng)一制定生產(chǎn)的電子元器件，對(duì)其生產(chǎn)制造過(guò)程應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格地監(jiān)制，確保電子元器件質(zhì)量符合航天電子產(chǎn)品的要求。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)該按照航天電子產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電子元器件進(jìn)行驗(yàn)收，對(duì)于不符合要求的，一律予以剔除。

3. 推行可靠性設(shè)計(jì)和降額設(shè)計(jì)

需要對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范和要求進(jìn)行制定并加強(qiáng)推廣，展開(kāi)可靠性設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中進(jìn)一步控制元器件的使用，保證效率，讓元器件在使用的過(guò)程中承受的應(yīng)力低于其額定值，這樣可以保證使用過(guò)程中各個(gè)元器件的可靠性。需要放到對(duì)每個(gè)元器件所承受的應(yīng)力。元器件的降額設(shè)計(jì)是確保可靠性的重要基礎(chǔ)，依照相關(guān)分析研究發(fā)現(xiàn)，有一半以上的元器件失效主要是因?yàn)槌袅λ鶎?dǎo)致的。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，航天電子元器件的質(zhì)量管理所牽涉的內(nèi)容多種多樣，管理及設(shè)計(jì)人員要對(duì)元器件的質(zhì)量重要性做到充分認(rèn)識(shí)，與此同時(shí)，它可以最大程度地實(shí)現(xiàn)航天電子元器件的制造質(zhì)量，從而最大限度地保證航天產(chǎn)品的質(zhì)量的可靠性。

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