淺析軍用航空電子元器件的二次篩選和質(zhì)量控制

胡睿

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

軍用航空電子元器件作為軍用航空電子產(chǎn)品的基本組成部分，在電子產(chǎn)品的功能和性能中發(fā)揮著重要的作用。目前，信息化是現(xiàn)代軍事發(fā)展的核心，因此各種軍用航空電子產(chǎn)品對(duì)于電子元器件的需求迅猛增加。電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝和實(shí)驗(yàn)過程的質(zhì)控，共同決定電子產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，而電子元器件的質(zhì)量又是整個(gè)電子產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)。航空電子產(chǎn)品常因電子元器件，特別是核心關(guān)鍵電子元器件的失效從而影響整個(gè)產(chǎn)品的功能或性能，導(dǎo)致無(wú)法完成相應(yīng)的任務(wù)，造成嚴(yán)重的后果，甚至能夠危害到國(guó)家的安全。研究數(shù)據(jù)表明，美軍20世紀(jì)80年代超過55%的武器裝備和系統(tǒng)故障都是由電子元器件的質(zhì)量控制不當(dāng)引起的；在國(guó)內(nèi)，電子元器件的質(zhì)量通常也是影響軍用武器故障的主要因素。因此，要想提高軍用航空電子產(chǎn)品的良品率，就必然要解決電子元器件的質(zhì)量問題以提高其可靠性。其中，篩選實(shí)驗(yàn)有助于剔除電子元器件降低失效率，是提高電子元器件可靠性的關(guān)鍵。電子元器件的篩選又包括一次篩選和二次篩選，其中，國(guó)外僅對(duì)電子元器件進(jìn)行一次篩選。由于國(guó)內(nèi)電子元器件的生產(chǎn)水平和產(chǎn)品的要求之間存在一定的差異，還會(huì)對(duì)電子元器件進(jìn)行二次篩選，以滿足對(duì)可靠性的要求。軍用航空電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性要求，相較民用以及工業(yè)等電子產(chǎn)品更為嚴(yán)格，需要對(duì)所有軍用航空所用的所有電子元器件進(jìn)行100%的二次篩選。本文主要結(jié)合工作實(shí)際對(duì)軍用航空電子產(chǎn)品元器件的管理，探討并總結(jié)元器件二次篩選的意義、試驗(yàn)方法以及質(zhì)量控制等，為軍用航空電子元器件的質(zhì)量和可靠性提高提供理論基礎(chǔ)。

1 軍用航空元器件二次篩選的介紹

1.1 軍用航空元器件概況

電子元器件作為軍用航空電子產(chǎn)品的基本組成單元，從字面含義上看主要有“元件”和“器件”兩大類。元件主要包括電感器、繼電器、電阻器、電容器、電連接器、開關(guān)等；而器件主要包括半導(dǎo)體分立器件半導(dǎo)體集成電路、電真空器件、光電子器件以及微波電子器件等。近年來，由于軍用航空裝備的技術(shù)性能、指標(biāo)和要求等不斷提升，使軍用航空電子設(shè)備面臨的環(huán)境條件更加嚴(yán)苛復(fù)雜；相應(yīng)的，軍用航空所需的電子元器件較普通電子產(chǎn)品的元器件所承受的環(huán)境應(yīng)力也更加嚴(yán)謹(jǐn)和殘酷。除了較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，航空電子元器件還普遍具有壽命長(zhǎng)、功耗低和體積輕等特點(diǎn)。值得注意的是，軍用航空電子設(shè)備的功能失效不但會(huì)影響設(shè)備的作戰(zhàn)能力，更會(huì)造成設(shè)備損毀以及人員傷亡發(fā)生，因而，軍用航空電子元器件質(zhì)量和可靠性要求會(huì)比普通電子產(chǎn)品更加嚴(yán)格。

1.2 二次篩選的定義

可靠性篩選是電子元器件質(zhì)量的保證。對(duì)于功能正常的電子元器件可靠性篩選是一種非破壞性試驗(yàn)；主要是把具有潛在缺陷的電子元器件誘發(fā)使其暴露，進(jìn)而剔除。根據(jù)電子元器件失效率曲線可知（圖1），電子元器件的失效過程主要包括三個(gè)階段：早期、偶然期和耗損失效期。而可靠性篩選就是將在早期具有失效特征的電子元器件剔除，使電子元器件從開始使用就進(jìn)入故障率低且相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期，通過提高電子元器件的使用可靠性進(jìn)而提高軍用航空產(chǎn)品的可靠性。

圖1 電子元器件失效率曲線

如上所述，電子元器件的篩選主要包括一次篩選和二次篩選。一次篩選是指電子元器件在制造廠按照規(guī)范、用戶要求以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行的一系列篩選；而二次篩選則是在一次篩選的基礎(chǔ)上，電子元器件在入廠后為了達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量控制以及滿足型號(hào)整體質(zhì)量要求，進(jìn)行的一系列試驗(yàn)和檢測(cè)項(xiàng)目。電子元器件二次篩選的目的主要是通過外加應(yīng)力或使用檢測(cè)方法，將早期不合格以及存在缺陷的電子元器件，從整批產(chǎn)品中篩選并淘汰，進(jìn)而保證電子元器件的可靠性以保證整機(jī)可靠性。但值得注意的是，二次篩選不能改變電子元器件的固有可靠性，只是通過篩選試驗(yàn)淘汰掉不符合要求的電子元器件，改善批次電子元器件的固有可靠性水平。目前，基于國(guó)內(nèi)電子元器件生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)水平、產(chǎn)品使用要求、質(zhì)量管理等存在一定差異；此外，對(duì)于進(jìn)口電子元器件，有相當(dāng)數(shù)量的進(jìn)口元器件不屬于軍品，存在質(zhì)量低下的問題。故僅靠電子元器件生產(chǎn)廠家進(jìn)行一次篩選很難滿足航空產(chǎn)品質(zhì)量、使用等要求，因此，二次篩選是軍用航空電子元器件質(zhì)量管控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以下我們對(duì)比了前人關(guān)于某電子元器件，運(yùn)用傳統(tǒng)檢測(cè)方法和二次篩選方法，含有5個(gè)失效產(chǎn)品的100個(gè)元器件檢測(cè)的結(jié)果（表1）。

表1 元器件可靠性檢測(cè)結(jié)果比較

對(duì)比的檢測(cè)結(jié)果顯示，二次篩選大大縮短檢測(cè)時(shí)間的同時(shí)，提高了檢測(cè)有效性。軍用航空電子元器件的二次篩選能夠顯著提高元器件的可靠性，對(duì)于確保航空產(chǎn)品的固有可靠性和競(jìng)爭(zhēng)性具有重要意義。

1.3 二次篩選的范圍

為了保障電子元器件二次篩選質(zhì)量控制工作的有效性，在篩選前應(yīng)該確定電子元器件的二次篩選范圍。二次篩選的常見應(yīng)用范圍(圖2)。

圖2 二次篩選應(yīng)用范圍

2 二次篩選的試驗(yàn)方法

2.1 二次篩選的試驗(yàn)方法

可用的二次篩選的項(xiàng)目比較多，目前電子元器件的篩選試驗(yàn)通常分為兩大類：常規(guī)篩選和特殊環(huán)境篩選（如抗高溫、輻射、鹽霧等）。我們就目前常用的常規(guī)篩選方法以及其適用項(xiàng)目和目的進(jìn)行概括總結(jié)，如表2所示。

表2 常規(guī)篩選方法及其目的和適用項(xiàng)目總結(jié)

2.2 二次篩選項(xiàng)目確定

對(duì)于軍用航空電子元器件進(jìn)行二次篩選時(shí)，不同的試驗(yàn)方法可能造成不一樣的結(jié)果。因此，篩選工作進(jìn)行之前需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行確定，明確項(xiàng)目流程以及各種參數(shù)的含義，并選擇合適的試驗(yàn)方法，以確保二次篩選的順利進(jìn)行。二次篩選的項(xiàng)目和條件確定，主要依據(jù)相關(guān)的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。對(duì)于軍用航空電子產(chǎn)品或設(shè)備，二次篩選的通用標(biāo)準(zhǔn)主要是參照GJB 7243-2011《軍用電子元器件篩選技術(shù)要求》、GJB 3404-1998《電子元器件選用管理要求》或根據(jù)主機(jī)研制單位各型號(hào)需求編寫的《電子元器件二次篩選技術(shù)規(guī)范》等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)電子元器件生產(chǎn)廠家確定相應(yīng)二次篩選條件、技術(shù)要求及試驗(yàn)項(xiàng)目。此外，在實(shí)際篩選中，還要注意項(xiàng)目流程的順序，前一項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目可能會(huì)對(duì)后面的檢測(cè)項(xiàng)目的參數(shù)產(chǎn)生影響，所以篩選項(xiàng)目的順序應(yīng)考慮不同類型的產(chǎn)品、元器件，下面總結(jié)幾種常見電子元器件的二次篩選的項(xiàng)目順序，如圖3所示。

圖3 常用電子元器件的二次篩選項(xiàng)目順序總結(jié)

2.3 二次篩選應(yīng)力原則

元器件二次篩選的試驗(yàn)條件應(yīng)滿足非破壞性的應(yīng)力條件，即篩選的過程不能影響產(chǎn)品本身的質(zhì)量和可靠性。但是，在篩選中選擇的應(yīng)力條件也不能過于寬松，否則會(huì)將不符合使用條件的器件保留下來，影響篩選作用的有效性；如篩選條件過于嚴(yán)格，不僅會(huì)增加篩選成本，也會(huì)把滿足使用條件的器件篩選淘汰，甚至對(duì)器件本身造成一定的損害。通常，應(yīng)依據(jù)相應(yīng)的規(guī)定來確定所需的篩選項(xiàng)目及明確應(yīng)力條件，而篩選試驗(yàn)應(yīng)力常用的原則有下：

（1）應(yīng)按照掌握的電子元器件信息及其失效機(jī)理選擇可以激發(fā)早期失效的應(yīng)力。

（2）篩選應(yīng)力不能造成功能正常的元器件無(wú)法正常工作。

（3）當(dāng)撤去施加的篩選應(yīng)力后，不能在內(nèi)部存在殘余應(yīng)力。

（4）在以暴露早期失效的前提下，選擇恰當(dāng)?shù)膽?yīng)力篩選試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間。

3 二次篩選的質(zhì)量控制

電子元器件二次篩選的質(zhì)量控制對(duì)于電子產(chǎn)品具有重要的意義，本文主要從管理方面和技術(shù)方面進(jìn)行闡述。

3.1 二次篩選管理方面

在管理方面，型號(hào)研制單位編寫“電子元器件優(yōu)選目錄”及“電子元器件工作規(guī)定”，加強(qiáng)對(duì)于產(chǎn)品或設(shè)備廠家的電子元器件選型的管理，嚴(yán)禁選用淘汰、廢型、即將停產(chǎn)以及“三無(wú)”的元器件。同時(shí)，在電子元器件檢測(cè)方面，執(zhí)行型號(hào)研制單位編制的“二次篩選技術(shù)規(guī)范”“DPA技術(shù)規(guī)范”等要求。在采購(gòu)時(shí)，應(yīng)該選擇主流廠商生產(chǎn)的電子元器件，對(duì)于不符合要求的廠家，電子元器件禁止采購(gòu)。為了便于電子元器件的管理，電子元器件生產(chǎn)廠家以及型號(hào)研制單位應(yīng)當(dāng)建立一套電子元器件質(zhì)量管理篩選試驗(yàn)信息系統(tǒng)，對(duì)每個(gè)電子元器件的篩選、測(cè)試、試驗(yàn)以及結(jié)果分析等完整的記錄，如可以定期統(tǒng)計(jì)不符合電子元器件的實(shí)際情況，有效的修改檢測(cè)項(xiàng)目方法等。通過信息化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)信息化、高效的管理以及檢查監(jiān)督，可以做到將責(zé)任落實(shí)到個(gè)人，實(shí)現(xiàn)從源頭上抓起電子元器件的質(zhì)量控制。

3.2 設(shè)計(jì)方面

在設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員在早期設(shè)計(jì)階段電子元器件選型時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用型號(hào)研制單位提供“優(yōu)選目錄”中的電子元器件生產(chǎn)廠家，并且選擇的電子元器件的功能、性能以及環(huán)境適應(yīng)性必須達(dá)到軍用航空電子元器件的使用標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)選擇“優(yōu)選目錄”之外的廠家時(shí)，為確保電子元器件的質(zhì)量，應(yīng)按照“電子元器件工作規(guī)定”執(zhí)行相應(yīng)的手續(xù)。在進(jìn)行電子元器件二次篩選試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照電子元器件類型、等級(jí)、需求等因素選擇合適的篩選項(xiàng)目，篩選要求不能過高或者過低。負(fù)責(zé)二次篩選的技術(shù)操作人員應(yīng)熟悉篩選流程、相應(yīng)篩選條件及技術(shù)要求等，了解所篩選的電子元器件的主要技術(shù)參數(shù)，能夠熟練操作設(shè)備，了解和掌握標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和試驗(yàn)的基本原理，并能最終對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做出正確合理的分析和評(píng)價(jià)。在篩選過程中，對(duì)于軍用航空電子元器件應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行100%二次篩選，并嚴(yán)格控制失效率，保證能夠最大限度地淘汰某種失效形式的電子元器件，保證有效性。對(duì)于某些需要進(jìn)行有針對(duì)性篩選的電子元器件，如繼電器需要進(jìn)行觸點(diǎn)抖動(dòng)試驗(yàn)、不同的質(zhì)量等級(jí)的器件篩選的條件也不一樣等。最后，對(duì)于電子元器件生產(chǎn)廠家、研制單位沒有條件進(jìn)行篩選的電子元器件，必須采用其他的控制手段來保證質(zhì)量，如委托第三方或?qū)I(yè)的元器件檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)等。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)軍用航空裝備的信息化程度不斷提高，對(duì)軍用航空電子元器件的質(zhì)量要求會(huì)不斷提高且越來越嚴(yán)格。電子元器件作為軍用電子產(chǎn)品的基本組成單元，其質(zhì)量將在很大程度上決定產(chǎn)品使用的可靠性。同時(shí)，面對(duì)當(dāng)下電子元器件發(fā)展日新月異的趨勢(shì)，我們需要不斷研究、創(chuàng)新、改進(jìn)二次篩選的質(zhì)量管理方法和技術(shù)手段并且應(yīng)用信息化管理的方法，建立一套電子元器件質(zhì)量管理篩選試驗(yàn)信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效的管理和檢查監(jiān)督，為軍用航空電子產(chǎn)品的電子元器件的質(zhì)量管控，提供更好的保證。