某微波组件可靠性强化试验研究

何宏平 陆培永

（华东电子工程研究所，安徽 合肥 230031）

1 引言

某微波组件是构成某系统的关键组成，其可靠性指标对系统可靠性指标的影响度为0.9以上，因此其可靠性快速增长是工程急需的工作，为此我们开展了可靠性强化试验工作，以期获得快速增长的效果。

2 可靠性强化试验

可靠性强化试验是一种采用强化的应力（包括环境应力如温度、振动，电应力如电压、电流等）激发产品缺陷暴露为故障的试验，更主要的是暴露设计薄弱环节，通过设计改进进行可靠性增长。通常采用系统地对产品施加一系列单独或综合的应力,如多轴向振动、温度循环和产品电应力循环,并以强度逐渐增大的环境应力和工作应力，对激发出的故障通过失效物理分析手段,寻找故障原因,提出相应的纠正措施来使得产品更健壮。

2.1 可靠性强化应力参数

可靠性强化试验的应力参数主要有步进温度、步进强化振动、电应力(正常工作和极限工作)或其它应力(如湿度)等。表征产品适应应力的水平有以下3个等级：

l)工作极限，即产品在高于该极限要求的情况下，功能和性能不能满足要求，而当试验应力降低到该极限以下，产品能恢复正常工作。一般有高温工作极限、低温工作极限、振动工作极限等。

2)破坏极限，即产品在高于该极限要求的情况下，功能和性能不能满足要求，产品出现故障，而当试验应力降低或恢复到正常状态，产品不能恢复功能和性能，依然表现为故障。一般有高温破坏极限、低温破坏极限、振动破坏极限。

3)设计极限，即为了实现产品要求（产品规范规定的工作极限）而设计产品的适应应力的水平，该量值大于产品要求。

3 某微波组件可靠性强化试验设计

某微波组件可靠性强化试验设计思路，除了沿用通用的高温步进试验、低温步进试验、振动步进试验和温度循环_振动综合试验外，还开展基于使用环境随机振动谱的振动步进试验和温度循环_振动综合试验。无论哪种应力试验，均考虑产品的实际情况，研究其失效机理。比如温度，虽然步进增加，但绝不超过组件的工艺温度，确保其机理与使用环境的适应性和一致性。

试验的顺序为：低温步进——高温步进——温度循环——非高斯多轴随机振动步进——温度_非高斯多轴振动综合试验——使用环境随机振动谱振动步进——使用环境随机振动谱步进试验——温度_使用环境随机振动谱综合试验。

低温步进试验：常温～-70℃，步长-10℃，时长30min。试验测得低温工作极限和低温破坏极限，直至低温剖坏极限出现或温度到达-70℃止。

高温步进试验：常温～130℃（为组件工艺极限温度，超过该温度，组件状态即将发生变化），步长+10℃，时长30min。试验测得高温工作极限和高温破坏极限，直至高温剖坏极限出现或温度到达+130℃止。

温度循环试验：温度范围为低温功能极限加5℃～高温工作极限减5℃，循环次数5次，温度变化速率±40℃/min，保持时间为30min。

非高斯多轴随机振动步进试验：起振6g（rms），步长为5g，每步振动5min，测得功能极限和剖坏极限，直至破坏极限或振动大道40g（rms）止。

温度_非高斯多轴随机振动综合试验：温度范围为温度范围为低温功能极限加5℃～高温工作极限减5℃，温变速率±40℃/min，极限温度保持30min，循环5次；振动6g（rms）～振动功能极限减2g（rms）或40g（rms）,步长5g（rms），单步时长5min。

使用环境随机振动谱步进试验：起振量值为产品规范规定的极限使用量值，步长为5g，单步时长5min，测得功能极限和剖坏极限，直至破坏极限或振动大道25g（rms）止。

温度_使用环境随机振动谱综合试验：温度范围为温度范围为低温功能极限加5℃～高温工作极限减5℃，温变速率±40℃/min，极限温度保持30min，循环5次；振动6g（rms）～振动功能极限减2g（rms）或25g（rms）,步长5g（rms），单步时长5min。

被试验的产品为某微波功率组件，为新研制的产品，已经批量试制400件，试制过程中或短期调试和试验中暴露了一些故障。试验样品数为7件，低温步进、高温步进、温度循环、非高斯多轴随机振动步进、温度_非高斯多轴振动综合、使用环境随机振动谱步进试验、温度_使用环境随机振动谱综合试验各1件。

4 试验结果

采用以上试验后，测得低温工作极限为-55℃，低温破坏极限没有找到，高温工作极限为86℃，高温破坏极限没有找到，非高斯多轴随机振动功能极限为26g（rms），破坏极限为32g（rms）；使用环境随机振动谱振动功能极限16g（rms），破坏极限16g（rms）。

试验故障：

1）低温工作步进到-55℃时，组件出现数字处理板故障，经故障定位为数字处理板上的A/D器件发生异常，恢复到产品规范规定的低温极限温度后产品能正常工作，因此确定低温工作极限为-55℃。经进一步分析，A/D故障的原因为器件质量有问题，该问题在前期小批量试制期间常温出现26次。

2）高温步进到+86℃时，组件出现数字处理板故障，经故障定位为数字处理板上的A/D器件发生异常，恢复到产品规范规定的低温极限温度后产品能正常工作，因此确定高温工作极限为+86℃。

3）非高斯多轴随机振动步进到26g（rms）时出现通道功率无输出，经故障定位为滤波器故障，振动量值降低1g后，故障消失，因此确定振动工作极限为26g（rms）。该故障在前期小批量试制期间环境摸底试验中出现过7次，经分析为滤波器中某电感根部断裂，属于设计余量不够。

4）非高斯多轴随机振动步进到32g（rms）时出现通道功率无输出，振动停止后也无输出，经故障定位为组件内某通道的电源过度绕接线断，由此确定振动破坏极限为32g（rms）。该故障属于设计缺陷，绕接线选型不当，线径过细，绕接过度时过度突然造成过度处存在应力集中，该问题在前期环境应力筛选时出现过45次。

5）使用环境随机振动谱振动步进到16g（rms）时出现通道功率无输出，而且在停止振动后依然没有功率输出，经故障定位为滤波器故障，故障机理同故障3）。

6）温度_非高斯多轴随机振动综合试验时，温度+81℃，振动24g（rms）情况下，出现同故障1）的故障和同故障4）的故障。

7）温度_使用环境随机振动谱综合试验时，温度在+76℃，振动14g（rms）情况下，出现同故障1）的故障和同故障4）的故障。

以上故障均在试制调试期间出现过，在研制过程中，这些问题均经过严格的故障归零，本次试验的样件为改进前的样件。本轮试验后3个月，按归零后的新技术状态再次准备了7件样品，该样品通过了所有产品规范规定的例行试验。按第一轮试验的试验条件开展强化应力试验验证改进效果，结果产品的各项极限变化如下：

低温工作极限为-55℃，高温工作为86℃，极限没有提高，是因为A/D短期内质量无法提高，但此为后续改进提供了参考。考虑产品实际情况，在试制过程中增加环境应力筛选的温度应力从原来的-55℃～+70℃变更为-55℃～+85℃，以增加产品缺陷的筛选度；非高斯多轴随机振动功能极限为40g（rms），没有发现破坏极限，产品抗振动能力明显提高，得益于对绕接线改进和滤波器的改进；使用环境随机振动谱振动功能极限和破坏极限为33g（rms），没能通过40g（rms）的试验，对比另一种振动试验可以看出，从频率分量上看，另一种试验频率丰富，因此样品能经理更高的振动条件。33g（rms）的使用环境随机振动谱已经比实际使用极限超出了6倍，经研制项目组讨论认为可以满足使用要求，因此在对故障进行机理分析后不再进行设计更改。

5 结束语

某组件可靠性强化试验暴露的问题均是该组件前期暴露过的问题，试想如果研制初期即开展这样的试验并对故障进行机理分析，我们就可以用较少的时间和经费实现产品可靠性提高和快速质量稳定，虽然本组件可靠性强化试验开展有些滞后，其试验数据依然可以为后期产品故障分析提供参考。从使用环境的随机振动谱振动试验和非高斯多轴随机振动步进试验对比可以看出，加强了的使用环境的随机振动谱振动试验也能有效激发产品的缺陷，这样的试验条件在研制试制过程很容易保证，方便了研制过程的可靠性强化试验设计和开展。

[1]王光池 戴跃飞 陆培永 郑林华 X波段T/R组件可靠性增长研究

[2]邝志礼 应用可靠性强化试验技术提高产品的可靠性