电子装备贮存失效研究现状分析

邹 峰（江苏省自动化研究所，连云港 222061）

电子装备贮存失效研究现状分析

邹 峰
（江苏省自动化研究所，连云港 222061）

针对国内外电子装备贮存可靠性研究历史进行了阐述，对贮存失效相关的贮存剖面、贮存失效机理、贮存可靠性评估模型和方法进行归纳总结，并最终得出电子产品贮存失效研究的几点结论。

电子装备；贮存失效；研究现状

引言

通常，在装备全寿命周期研制需求中，会明确系统中的电子产品在长期贮存之后可靠性仍可满足要求。很多装备具有“长期贮存，一次使用”的特点，但要保证“召之即来，来之能战，战之能胜”，就必须具有很高的贮存可靠性水平[9]。而在目前的装备研制条件下，随着系统的复杂性增大，其组成的各个构件也表现出多种类、大数量的趋势，从而在贮存的阶段出现了多种失效模式和失效机理。从上个世纪开始，有关装备的贮存可靠性和贮存失效机理的研究就从未中断过，而这个领域的发展也使装备充分发挥了其作战效能。

1 贮存可靠性研究现状

早在1970年左右，美国和俄罗斯等国家就对产品的非工作可靠性（含贮存可靠性）进行了广泛和深入的研究，在自然贮存、加速贮存以及贮存可靠性试验方法的研究等相关工作上具备了较高的水平[8]。

1976年，美国陆军针对某型装备开展了贮存性能的研究工作，在十年时间内，对装备贮存期间的性能进行持续测试，并对发现的问题进行了深入地分析。到上世纪80年代中期，由美国伊利诺斯理工学院所提出的技术报告（AD-A158843）中，给出了利用元器件贮存失效率预计模型及历史数据确定产品可靠性随贮存周期变化影响的方法。目前该方法被认为是不工作可靠性预计方面的权威而得到广泛应用[8]。1984年，美国出版了MILSTD-85555C标准，对导弹的贮存寿命和贮存条件提出了要求。1985年，美国的Romney航空发展中心发布了Affection on the Reliability of Device during Non-operation，首次提出了对电子产品的贮存可靠性的计算问题。提出的公式与MIL-HDBK-217, Reliability Prediction Hand of Electronic Device and Component during Non-operation的内容基本一致。在1995年，美军标又对导弹的贮存可靠性的各项要求进行了细化[1]。

装备贮存可靠性评定方法可分为工程评定法和统计评定法。国外针对不同的试验数据种类，通常利用以下方法评定贮存可靠性：

1）在如：MIL-HDBK-217E等标准的指导下，利用元件计数法或应力分析法；

2）利用修正系数法等方法修正失效率变化系数；

3）利用实时测试和加速试验结合的方式开展贮存研究，综合评定。

国内贮存可靠性相关工作开展的较晚，借鉴美军标制定了GJB/Z 108A-2006《电子设备非工作状态可靠性预计手册》，可以指导电子产品、光学仪器等的贮存可靠性研究。对电子、光电类产品及其封装工艺也进行了相应的研究[2]。但是，在装备交付使用后发现了大量贮存相关的问题，所采取的大多数工作均属于事后补做，对设计缺乏指导作用，且研究还未形成完整有效的技术体系，尚有很大的提升空间。

2 贮存剖面

贮存剖面的制定对贮存相关研究具有基础性指导作用，文献[3]指出贮存剖面制定必须要满足的要素包括：温度、湿度、检测方式、检测周期、电磁参数等。

文献[11]对于舰载导弹给出了贮存的定义：除“使用”之外的全部事件，即从装备交装后，到装备使用（在此即是指导弹发射飞行）或装备报废之间的整个过程，其中主要包括了库房储存、运输/装卸和战备值班共3个阶段。其贮存期寿命剖面如图1所示。

针对贮存环境因素，文献[11]根据某型舰载导弹实际监测记录以及参考英军标Def Stan 00-35、北约组织标准STANAG 4370 以及美军标MIL-STD-810G，给出典型的环境描述方式，如表1所示。

图1 导弹贮存期寿命剖面[12]

3 贮存失效机理

文献[10]指出电子元器件的贮存失效机理大多属于密封失效、腐蚀失效、键合/贴装失效、工艺缺陷等。

针对电子产品的故障，文献[5]指出湿度引起的电子产品故障占各环境因素引起故障的19 %，文献[4]通过湿热实验考察了湿热环境中的湿度因素对某型塑封器件贮存过程中的吸湿行为、封装表面状态以及电性能的影响。文献[13]指出装备电子产品贮存失效主要包括金属件锈蚀、阻尼器软化变形和电性能故障三类。电子产品电性能故障危害最大，主要由于电子元器件失效。阻尼器软化变形，主要由于阻尼器所用的橡胶材料老化。金属件锈蚀，则与产品所处的湿度环境有关。

文献[6]对国产半导体器件进行了长期贮存失效模式，失效机理分析。提出了在北方实验室环境条件下存在直流放大倍数(HFE)退化、内引线开路、外引线可焊性失效三种失效模式。

文献[7]指出机电气动二通电磁阀，存在外部和内部泄露两种故障模式。外部泄漏的失效机理为：橡胶材料老化蠕变，密封不良导致泄漏。内部泄漏的失效机理为：弹簧长期处于压缩状态后蠕变，使得张力下降；同时橡胶密封垫老化变硬，造成密封端面之间的不密和而引起密封性能变差，是主要失效机理。

文献[10]给出了元器件常见贮存失效模式及原因，如表2、表3所示。

经分析可得，电子元器件贮存失效均包括与温度和其它环境应力、芯片缺陷、工艺缺陷、芯片复杂度等有关的内部结构失效，以及与封装、键合有关的外部结构失效。外部结构失效居多，包括封装漏气、引线焊接、外引线腐蚀断裂等，是由于元器件外壳、封装工艺存在缺陷，在温度、湿度等的作用下出现的失效。

表1 贮存环境因素及其成因

4 贮存可靠性的评估模型和方法

贮存可靠性在文献[1]中被定义为产品在经过某一规定的贮存期后，能成功完成其规定功能的能力，此处规定的功能还需明确单元的工作时间。

文献[8]给出的贮存可靠性的定义为：在规定的贮存条件下，在规定的时期内，经过t时间贮存后，产品满足规定功能的能力。

表2 国内典型电子元器件的贮存失效模式及原因

从特征参数的角度出发，研究基于性能退化的贮存可靠性评估方法，是可靠性工程的一个特殊的领域，目前研究的主要方面包括：

1）时间序列分析和生存性分析方法

2）随机过程和失效物理分析方法

3）参数漂移方法

4）二项式数据分析方法

5）周期检测的贮存可靠性模型

6）分状态的贮存失效率获取模型

7）加速寿命试验方法

8）极限应力试验

9）标准单元结构评估预计法

10）自然贮存试验法

11）故障内插法

表3 国外典型电子元器件的贮存失效模式及原因

5 结束语

通过对目前电子装备贮存失效研究现状的分析，可得到如下的结论：

1）贮存可靠性的理论和方法研究方面取得了一定的进展，尤其在贮存失效数据处理方面。但在实际应用上并未有很多的创新；

2）对贮存失效率数据的收集很少。关于贮存寿命的失效数据和预测模型还不是很成熟；

3）由于电子产品与机械等产品的显著区别，对其失效分布，贮存的失效机理还未建立贮存可靠性的完整理论。

4）器件在实际的贮存环境里，存在多种失效机理，对多失效机理的竞争理论研究相对较少。

[1] 张永进.系统贮存可靠性模型及其统计分析[D].贵阳：贵州大学, 2006.

[2] E Patrick, Me Cluskey, Edward B．Hakim, John Fink, Andre Fowler, and Michael G．Pecht, Reliability Assessment of Electronic Components Exposed to Long-Term Non-Operating Conditions[J]. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology, Part A, 1998, 21(2)．

[3] Implementing Prognostics in Ship-borne Missiles as an Approach to improve theirMaintenance and Logistic Efficiency, Proceedings of IEEE -Prognostics & System [C]. Health Management Conference 2010 (PHM-2010 Macau).

[4]刘慧丛,邢阳,李卫平,朱立群.湿热环境下湿度对塑封器件贮存可靠性的影响[J].北京航空航天大学学报, 2010,36(9):1089-1093.

[5]朱立群,杜岩滨,李卫平,等.手机PCB镀金接插件腐蚀失效实例分析[J]. 电子产品可靠性与环境实验, 2006(4):4-8.

[6]高兆丰,童亮,高金环,徐立生.国产半导体器件长期贮存试验研究[J]. 半导体技术, 2010, 35 (8):800-802.

[7]赵艳涛. 电磁阀贮存寿命加速试验技术研究[J], 环境技术, 2010,(3):8-11.

[8] 李正,宋保维,毛昭勇.装备贮存可靠性研究工作探讨[J].弹箭与制导学报, 2005,25(1):376-378,381.

[9] 华宏勋编译,导弹的贮存问题与可靠性预测[J]. 国外战术导弹, 1982.1(增刊).

[10]刘建,恩云飞,黄云,杨丹. 单一失效机理引起的元器件贮存寿命评价方法研究[J].电子产品可靠性与环境试验. 2006, 24(4):23-25.

[11]胡东.舰载导弹导引头电路板寿命预测技术研究[D]. 北京：北京航空航天大学, 2010.

[12]胡冬, 谢劲松, 吕卫民. PHM 技术在导弹武器系统中的应用前景探讨[J]. 导弹与航天运载技术, 2010, 4: 24-30.

[13]齐俊臣,李新俊,朱三可.航天产品长期贮存失效分析研究[J]. 电子产品可靠性与环境试验. 2009, 27: 61-66.

Research Status Analysis on Storage Failure of Electronic Equipment

ZOU Feng
(Jiangsu Automation Research Institute, Lianyungang 222061)

In this paper, the research history of storage reliability of electronic equipment is expounded. The storage failure-related storage profile, storage failure mechanism, storage reliability evaluation model and method are summarized. And finally this paper draws several conclusions about the study of electronic product storage failure.

electronic equipment; storage failure; research status

TN701

A

1004-7204（2017）01-0027-05

邹峰(1975-)，男，江苏省自动化研究所工程师，主要从事电子装备设计研究。