军用元器件使用可靠性控制

倪明刚

摘 要：元器件可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。使用可靠性指元器件在使用过程中表现出的可靠性特征。使用可靠性应从元器件选型、二次筛选、破坏性物理分析、电装与调试、失效分析、贮存与保管、建立元器件质量信息系统等环节入手，形成一种闭环系统进行有效控制，从而确保军用装备的质量与可靠性。

关键词：使用可靠性；二次筛选；破坏性物理分析；失效分折

中图分类号：YN406 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0035-03

Abstract：The reliability of components can be divided into the inherent reliability and the use reliability. The use reliability refers to the reliability performance of the components use process. The use reliability should be from the components selection， secondary screening， destructive physical analysis （DPA）， electronic assembly and debugging， failure analysis， storage and custody， the establishment of components quality information systems etc. to form an effective closed-loop control system， and then to ensure the quality and reliability of military equipment .

Key words： use reliability ；secondary screening；destructive physical analysis （DPA）； failure analysis

1 引言

軍用装备的最基本单元是元器件。高可靠性的军用装备，意味着必须有高可靠性的元器件。元器件可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性两部分。固有可靠性是指元器件制造完成时所具有的可靠性，主要由元器件的设计、工艺和原材料性能来决定，保证元器件固有可靠性是元器件制造厂商的任务；使用可靠性指元器件在使用过程中表现出的可靠性特征，它与元器件从出厂至失效所经历的工作与非工作条件有关，是通过使用人员正确的选择和使用元器件来反映的。从大量的元器件失效分析结果表明，相当多的元器件失效并非由于元器件本身固有可靠性不高，而是由于使用者对元器件选型或使用不当引起的。因此，在军用装备科研生产中，应不断探索先进方法，加强元器件使用可靠性控制。

2 元器件使用可靠性控制

元器件使用可靠性控制应包括：元器件选型、二次筛选、破坏性物理分析、电装与调试、失效分析、贮存与保管、建立元器件质量信息系统等环节，是一种闭环控制过程。

2.1 元器件选型

元器件选型是元器件使用可靠性控制的首要环节，也是军用装备质量和可靠性的基础。军用装备所出现的故障中，元器件失效往往是引发故障的主要因素，而这类故障很多并非源于元器件本身的质量问题，而是由于使用者选型不当所致。为了保证设计师正确进行元器件选型，应开展以下方面工作：（1）针对不同装备的技术要求、使用要求、环境适应性要求等制定相应的元器件选用依据（型号元器件保证大纲），用以指导元器件选型工作；（2）建立型号元器件优选目录，并进行动态管理；（3）在各研制阶段，依据型号元器件保证大纲开展元器件选用评审工作。

在绝大多数军用装备研制中，元器件选型应遵循以下原则：（1）选用元器件的功能性能、技术指标、质量等级都应与型号产品的使用要求相适应。特别对于元器件质量等级的选择，应以型号使用要求为出发点，选用合适质量等级的元器件，并非一味追求高质量等级；（2）尽量在型号总体单位指定的元器件优选目录中选型，超目录选用时，应按规定填写申请表，经批准后方可选用。这有利于最大限度压缩元器件种类、型号、厂商，更有利于进行元器件质量监控；（3）优先选用国产元器件。目的是提高武器装备的自主保障能力，避免出现进口元器件的“停产”、“禁运”、“安全隐患”等问题，同时也是目前总装对于武器装备研制的重要要求；（4）优先选用质量稳定、可靠性高、有发展前途且供应渠道稳定的标准元器件，杜绝选用已淘汰的元器件；（5）严格控制新研元器件的使用，未经技术鉴定合格的元器件，不能在军用装备中正式使用；（6）元器件降额使用可以有效提高元器件的使用可靠性，在元器件选型中还应充分考虑降额要求，根据使用环境选用合适的降额等级。元器件的降额要求按GJB/Z 35《元器件降额设计准则》执行。

2.2 元器件二次（补充）筛选

元器件筛选就是针对不同的失效模式进行相应的试验以剔除由于某种缺陷引起早期失效的元器件。一般将元器件生产方进行的筛选称为一次筛选。如果当一次筛选的筛选项目和应力条件不能满足使用方的要求时，元器件使用方或其委托单位可以进行再筛选以补充生产方筛选的不足。一般将使用方或其委托单位进行的筛选称为二次筛选或补充筛选。

元器件的固有可靠性取决于设计、原材料、工艺技术、生产环节质量控制。但在上述因素都满足的情况下，仍不可避免的会产生一些有缺陷、质量不符合要求的产品；当前，国产元器件的技术水平，总体上与军用装备的使用要求相比尚存在着一些差距。元器件生产厂家进行的一次筛选，筛选项目和应力条件可能不满足产品研制的需要；进口元器件大部分还是工业档产品，其中还可能存在许多假冒伪劣品；军用装备要求在各种恶劣环境条件下正常工作，因此对存在某种失效模式的元器件必须严格剔除，否则不能保证装备可靠性。这些因素都决定了元器件使用方有必要通过二次筛选来保证装机元器件的质量。二次筛选是元器件质量控制的重要措施之一，对保证元器件使用可靠性有着重要意义。

元器件二次筛选工作应依据相应的二次筛选规范执行。元器件二次筛选规范一般由型号总体单位制定下发，装备承制单位依照执行。元器件二次筛选规范中规定的各类元器件的筛选项目及其应力条件，应根据该型号装备的使用要求来制定，既不能过严，也不能过松。过严的筛选要求，将淘汰能满足装备使用要求的元器件，增加筛选成本。在特定情况下，可能还会对通过二次筛选的元器件引入新的缺陷，反而留下了质量隐患；过松的筛选要求，则会使一些不满足要求的元器件顺利通过筛选，达不到筛选目的。所以在二次筛选规范中必须制定合适的筛选项目及应力条件，它直接关系到装备的质量可靠性水平。

元器件在进行二次筛选时应注意的几个问题：1）二次筛选是一种全数试验项目，对于需要进行二次筛选的元器件应100%进行；2）二次筛选应是非破坏性的，禁止将对元器件具有破坏性的试验或检验列为二次筛选项目；3）筛选所加的应力（包括：电应力、机械应力、环境应力等）不应超过元器件产品规范规定的额定应力；4）元器件生产方一次筛选已经进行过的筛选项目，且能够确定其有效性，则二次筛选不应重复进行相同的筛选试验项目；5）通过较高应力等级筛选的元器件，应视为满足所有较低应力等级筛选。

2.3 元器件破坏性物理分析（DPA）

破坏性物理分析（DPA）技术是为了验证元器件的设计和制造工艺质量是否满足预定用途或者有关规范的要求，在同批次的产品中抽取规定数量的样品，对其进行一系列的非破坏性和破坏性的检验和分析的过程。通过DPA可以确定该批次的元器件是否有质量隐患，对发现质量隐患的批次根据使用要求确定处理方案，确保军用装备使用的元器件符合规定的质量和可靠性要求。

DPA是元器件二次筛选工作的有益补充，它可以发现二次筛选过程中发现不了的一些缺陷，这种缺陷往往有批次性的特点。DPA的有效性在于，有些隐藏很深的缺陷，在筛选试验过程中根本发现不了，但在解剖后却能轻易发现。例如水汽含量过高，它的失效模式是一种进行式的失效，前期一般发现不了，但随着时间的推移，它会逐渐引起铝条、引线的腐蚀，最终导致失效。这种失效模式在二次筛选过程中几乎发现不了，但通过DPA的水汽含量试验却很容易发现。另外，对于目前尚无手段进行二次筛选的元器件更有必要进行DPA。DPA还有一项重要的作用就是鉴别器件的真伪。对于进口元器件，由于采购渠道复杂，可能存在一些假冒伪劣产品，对其开展DPA工作就显得尤为重要。

DPA针对不同种类的元器件有相应的检验和分析项目。以目前在军用装备中大量使用的微电路为例，其DPA项目和顺序如下：外部目检、X射线检查、颗粒碰撞噪声检测（PIND）、密封检测、内部水汽含量检测、内部目检、结构检验、扫描电镜检查、键合强度检查和芯片剪切强度检查。DPA一般由元器件使用方委托型号总体单位指定的独立实验室进行，并出具DPA报告。DPA样品数量可根据使用要求和费用作出选择。

美国航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）要求用于重要装备的元器件，每批次都要做DPA。我国军用装备研制单位也已陆续开展元器件的DPA工作，实践表明DPA能有效提高元器件使用可靠性，对保证军用装备的可靠性具有重要作用。

2.4 元器件的电装和调试

正确、规范的电装和调试是保证元器件使用可靠性的重要工作内容。元器件的电装是将若干个元器件按要求进行有序的组装和连接的过程，包括电装工艺设计和电装工艺操作。元器件进入生产车间，依据图纸和工艺要求，进行电装焊接。电装工艺对各种元器件的焊接时间、焊接温度以及静电敏感器件的防静电要求都应明确给出。电装前应核对装机元器件是否有通过检验、二次篩选的标志。电装过程应严格按照工艺操作规程进行。电装后应该组织检验人员按照标准进行严格的检查，合格后方能进行电路板的调试。

生产车间的电装工人应经过培训考核，能完成元器件检验中未尽事宜，如元器件是否混装、标识是否正确、焊脚或插针是否变形、外观是否有破损等。通电调试印制板前，应检查元器件方向，以及印制板焊接有无短路、虚焊等。

调试过程中应特别注意静电防护。调试工具是否符合防静电要求，直接影响静电敏感器件在调试过程中静电放电通路的通畅。调试中发现问题应详细记录，并通知设计人员查找原因。调试更换元器件应按照质量控制程序进行。

2.5 元器件的失效分析

元器件的失效分析是通过对失效元器件进行解剖分析，采用物理和化学等技术手段找出其失效模式和失效机理，提出纠正措施，防止这种失效重复出现，从而提高元器件的使用可靠性。

失效分析的内容包括：失效调查、失效模式鉴别、失效特征描述、失效机理证实、提出纠正措施等。针对不同类型的元器件有相应的失效分析方法，例如对于微电路，从外部分析到内部分析、从非破坏性分析到破坏性分析，包括：外观检查、电测试、X照相、密封性试验、PIND，开帽后再使用光学、化学、机械、电子等技术分析方法。

军用装备中，对关健和重要元器件的失效或使用过程中发生多次失效而未找到原因的元器件应进行失效分析。失效分析应在型号总体单位指定的失效分析站进行。如型号总体单位未指定失效分析站，也可送交元器件生产单位进行失效分析。不论在何处进行分析，元器件使用方都必须获得正式的分析报告及处理意见。

2.6 元器件的贮存和保管

贮存和保管也是影响元器件使用可靠性的重要方面。元器件必须贮存在清洁、通风和无腐蚀性气体的场所，并配备有温度和相对湿度指示仪表。管理人员应定期记录库房的温度、湿度。元器件应按型号、批次和质量等级等分别进行保管。对某些元器件的贮存还应满足以下特殊要求： （1）非密封片式元器件要存放在充惰性气体的密封容器内或存放在采取了有效去湿措施（如加吸湿剂等）的密封容器内；（2）对静电放电敏感的元器件的贮存和传递，要采取有效的防静电措施；（3）对磁场敏感但本身无磁屏蔽的元器件，要存放在具有磁屏蔽作用的容器内；（4）微电机等机电元器件的油封及单元包装应保持完整。

应制订元器件有效贮存期及超期复验的要求。元器件的有效贮存期与元器件的材料、结构、贮存的环境条件、质量等级有关。对超过有效贮存期的元器件，使用前应按规定进行超期复验，合格后方可使用。

2.7 建立元器件质量信息系统

元器件使用单位应结合质量管理系统，建立相应的元器件质量信息系统。元器件质量信息系统应完整记录元器件检验试验、二次筛选、DPA、贮存和保管、电装和调试、整机试验以及交付使用情况的信息，尤其对于整个过程中元器件失效情况应进行详细记录，包括：失效现象、失效性质（偶发性失效或批次性失效）、失效模式和失效机理、纠正预防措施等。元器件质量信息系统能够比较综合地反映出元器件的质量状态，从中可以了解各型号元器件的质量稳定性、适用环境、元器件厂家的生产水平、工艺水平等，对装备研制中元器件选型提供依据。据此也可开展元器件供方的管理，有选择地委托特定厂家进行新型元器件研制和提出资助技改的建议，从而进一步提高元器件的质量与可靠性。

3 结语

元器件使用可靠性控制是一个系统性工程，它是从元器件选型、二次筛选、DPA、电装与调试、失效分析、贮存和保管到建立元器件质量信息系统的一个闭环控制过程。通过这个系统性的闭环控制过程，能够最大限度地提高元器件使用可靠性，从而提升军用装备的可靠性水平。

参考文献

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