航天型号元器件补充筛选必要性分析

崔 帅，张 颖，曹德峰，李志勇，卢 健，胥佳灵

（1.上海微小卫星工程中心，上海 201203； 2.中国科学院微小卫星重点实验室，上海 201203；3.上海精密计量测试研究所，上海 201109）

航天型号元器件补充筛选必要性分析

崔 帅1,2，张 颖3，曹德峰1,2，李志勇1,2，卢 健1,2，胥佳灵1,2

（1.上海微小卫星工程中心，上海 201203； 2.中国科学院微小卫星重点实验室，上海 201203；3.上海精密计量测试研究所，上海 201109）

以多颗卫星元器件补充筛选试验数据为样本，探究元器件补充筛选必要性分析。经过分析研究，认为低成本商业卫星元器件的补充筛选，改变现有筛选模式，结合元器件自身特点以及实际应用需求，合理制定筛选技术方案，能够在保证型号进度以及可靠性的条件下节省成本，一定程度上为商业卫星的发展提供技术支持。

补充筛选；商业卫星；航天型号工程

引言

元器件可靠性数据分析作为描述、评价产品可靠性的理论方法，随着可靠性概念的提出和应用逐渐发展起来，成为可靠性工程的重要组成部分。可靠性概念与1957年美国国防部首次提出，典型报告为《军用电子设备可靠性》，提出了指标及评价方法，为可靠性发展奠定了基础。经过为期60多年的发展，可靠性评价逐渐成熟，已经向综合化、智能综合化发展。

就目前国内元器件质量保证技术而言，主要有元器件补充筛选[1]（二筛）、破坏性物理分析（DPA）、失效分析（FA）和结构分析（CA）。此外，今年来逐步发展的还包括新品评价、应用验证等技术。这些技术可以从事前、事中以及事后对元器件可靠性进行指导，在很大程度上提高了产品的可靠性。对于元器件生产商，通过相应的分析技术指导，不断改进器件制备工艺，生产出性能趋于稳定的产品。对于用户而言，增强了从元器件、单机以及系统方面的综合认识，进行电装工艺、系统兼容、冗余设计等方面的改进，提高了系统可靠性。

航天型号产品需要使用大量的元器件，元器件的可靠性是型号工程可靠性的基础。航天产品具有不可维修性的典型特征，可能因为一个元器件失效而引起单机或系统的失效，因而元器件要保证高可靠性。伴随着卫星微型化、小型化的发展趋势，型号元器件的选用、质量保证等方面的要求也越来越高。与此同时，元器件生产工艺逐渐趋于成熟，生产的元器件性能越来越稳定。生产厂进行一次筛选，剔除早期失效的产品，补充筛选过程中剔除的不合格品越来越少[2]。型号规定：装星元器件都要经过补充筛选，以保证可靠性技术要求。

但是，在生产工艺逐渐成熟的今天，元器件进行补充筛选试验有没有必要进行？进行此试验能够在多大程度上保证元器件可靠性？进行此试验会不会引入新的损而降低元器件可靠性？补充筛选分析的意义究竟有多大？尤其是面对高密度封装、高度集成器件，补充筛选很容易引入新的损伤（如引脚弯曲变形，等），造成元器件装配过程中不确定因素的存在。各型号每年对于元器件补充筛选投入的时间较长而且费用较高，但是业内没有元器件补充筛选统计分析的研究进展。基于此，通过各型号元器件补充筛选数据进行统计分析，探究二次筛选对元器件可靠性质量保证可靠度方面的研究，保证型号工行的高可靠运行势在必行。本文以多颗卫星的筛选数据为样本，对元器件补充筛选试验数据进行总结并提出合理化建议，对低成本商业卫星元器件可靠性保证具有一定的指导意义。

1 国产、进口元器件数量分析

参与统计的所有元器件共计208.441 6万只，16 060批次。其中，国产元器件191.274 1万只，比例为91.76 %；进口元器件17.167 5万只，比例为8.24 %。国产元器件中，元件有181.375 2万只，比例为94.68 %；器件有10.186 1万只，比例为5.32 %。进口元器件中，元件9.686 5万只，比例为56.42 %；器件7.481 0万只，比例为43.58 %。国产元件、国产器件数量、比例分布情况见表1。

表1 国产、进口元器件数量比例关系

2 国产元器件失效数据分析

通过查阅数颗卫星所用元器件的补充筛选数据，对所有元器件进行分类、归纳、总结，并对各类元器件失效信息进行汇总。国产元器件使用信息汇总见表2，国产元件失效信息汇总见表3，国产器件失效信息汇总见表4。

由表3数据统计可以看出，部分元件失效信息为：某单位生产的热敏电阻，失效比例为3.888 9%；某单位生产钽电解电容，失效比例为2.758 6%；某单位生产的微型磁保持继电器，失效比例为0.092 26%；失效比例相对较小。失效数量与参与计算样本总数量的相对关系见图1。

表2 国产元器件使用信息汇总

表3 国产元件失效信息汇总

表4 国产器件失效信息汇总

在国产器件的补充筛选失效统计分析中，分为二极管、三极管、集成电路三个部分。分立器件中，二极管包括硅阶跃恢复二极管、变容二极管、二极管、瞬态抑制二极管等，生产厂家共5家，总失效数量11只，参与计算样本容量1 134只，失效比例为0.970 0 %；三极管包括三极管、晶体管，生产厂家共4家，总失效数量22只，参与计算样本容量582只，失效比例为3.780 1 %；集成电路包括CMOS电路、放大器、混频器、三端稳压器等，生产厂家共3家，总失效数量9只，参与计算样本容量348只，失效比例为2.586 2 %。总的失效比例相对较小。器件总失效数量与参与统计计算的样本容量的数量关系见图2。

3 讨论与分析

近年来，我国航天事业取得了很大进展。其中，元器件的补充筛选，对航天型号可靠性起着极其重要的作用，多项航天任务取得圆满成功。然而，元器件加工业也在飞速发展，目前生产的元器件可靠性多数较高，经过补充筛选后没有淘汰或很少淘汰早期失效产品。为保证航天型号工程质量，各承研单位的元器件电装工艺前，仍然按照原来的补充筛选技术条件进行。然而，在元器件本身可靠性提升的条件下，补充筛选的适用性到底有多大，元器件需不需要筛选以及如何筛选，成为航天型号研究领域各用户关心的问题。特别是国际、国内低成本商业卫星应用需求，各单位对筛选问题更为关注。

1）元件。通过对多颗卫星元件补充筛选数据统计，可以看出：经过补充筛选，电阻器、电容器、电感器，电连接器等元件失效比例较小，甚至可以忽略。失效电阻主要为热敏电阻、钽电解电容器和继电器。

为此，笔者建议，元件二筛需要改变原有的筛选模式。元件类筛选，可以通过减少筛选项目或委托生产厂在一筛中进行[3]。厂家一筛的条件为，元器件可靠性质量保证机构对生产厂家建立较为完善的厂家考核机制，能够实行对生产厂家的动态管理，对不合格元件生产厂家有相应的管理办法，如限制供货甚至是不采用该厂家产品。

对热敏电阻、钽电解电容器，由于生产工艺本身特点，生产出的产品二筛过程中会出现一定比例的失效，但批允许不合格率（PDA）一般都符合技术文件规定要求，该类元件按照原有补充筛选试验项目进行。对继电器的筛选，沿用原有的筛选试验条件。其原因是，继电器属于型号产品关键元件，该元件失效会导致所控制单机的失效。单机可靠性再高，若控制的继电器失效，则该单机失效，丧失原有功能。

图2 器件失效数量与参与计算样本总数量的相对关系

2）器件。通过对多颗卫星器件补充筛选数据统计，可以看出：经过补充筛选，各类二极管、三极管以及集成电路失效比例较小，甚至可以忽略，但失效器件较为分散，不同种类、不同批次器件均可能失效。对于器件类筛选，可以部分程度上采用元件类筛选模式，如器件补充筛选纳入厂家一筛，建立厂家动态考核机制等。部分程度上沿用原来航天型号元器件筛选模式。在低成本商业卫星的背景需求下，可以探究元器件补充筛选新模式，如按照卫星设计寿命制定筛选技术方案、按照卫星运行轨道制定补充筛选技术方案等。

由于器件类生产工艺较为复杂，每一道生产工艺不当，均会对产品可靠性造成影响。器件生产涉及氧化、掺杂、金属化、表面钝化等技术环节，且多数步骤需要清洗工艺。可能因一个步骤不当就会造成器件的批次性失效。因此，器件类补充筛选要较为慎重，筛选方案制定时要综合考虑方案的合理性、筛选成本、进度等方面[4]。

此外，元器件补充筛选过程中，其他可能导致可靠性降低的因素较多，如静电敏感元器件的筛选、假冒翻新元器件的识别以及新型元器件筛选问题。以目前型号采用的BGA器件为例，可能存在筛选技术员对器件不了解导致过应力筛选、筛选后因焊锡球氧化而不如不筛选元器件的可靠性（电装过程中出现虚焊或不能焊接）。

塑封器件筛选问题也是业内关注的重点[5]。商用塑封器件与宇航级元器件相比，存在明显的区别，如温度适用性范围、质量等级等。按照常规筛选模式进行筛选，周期长、费用高，低成本卫星实际现状以及发展方向难于接受。但塑封器件在航天型号上的应用逐渐增多，如何合理制定筛选技术方案，如何有效对塑封元器件进行筛选，成为业内关注的重点。

4 结论

元器件补充筛选对航天型号工程型号可靠性保证起到了积极的推动作用，很大程度上保证了型号工程的可靠性。本文对多颗卫星元器件补充筛选试验失效元器件数据进行总结，并对目前元器件补充筛选试验进行了总结，得出如下结论：

1）元件类筛选。可以通过减少筛选项目或委托生产厂在一筛中进行，建立厂家动态考核机制；热敏电阻、钽电解电容器以及继电器，按照原有补充筛选试验项目进行。

2）器件类筛选。器件补充筛选纳入厂家一筛，建立厂家动态考核机制等；部分程度上沿用原来航天型号元器件筛选模式；探究元器件补充筛选新模式，如按照卫星设计寿命制定筛选技术方案、按照卫星运行轨道制定补充筛选技术方案等。

3）低成本卫星下塑封器件筛选问题。改变或沿用现有筛选模式，合理编制筛选方案，有效对塑封元器件进行筛选。

[1]杨奋为. 航天用电连接器的二次筛选研讨[J]. 机电元件, 1997, 17(2):53-56

[2]张小强. 元器件二次筛选质量控制[J]. 电子质量, 2015,11: 52-54.

[3]龙谦. 浅谈元器件的“一次筛选”[J]. 电子元器件与可靠性, 2002, 2: 14-17.

[4]张国瑞. 军用集成电路的可靠性与检测筛[D]. 南京:南京理工大学, 2014.

[5]林湘云,来萍,刘建,等. 塑封微电路筛选鉴定和DPA技术的研究[J]. 半导体技术, 2008,33(12):1108-1111.

崔帅，男，硕士研究生学历，高级工程师，上海微小卫星质量部工作，从事航天型号元器件可靠性及质量管理工作。

The Necessity Analysis of Space Project Components Screening

CUI Shuai1,2, ZHANG Ying3, CAO De-feng1,2, LI Zhi-yong1,2, LU Jian1,2, XU Jia-ling1,2
(1. Shanghai Engineering Center for Microsatellites, Shanghai 201203; 2. Key Laboratory for Microsatellites, Chinese Academy of sciences, Shanghai 201203; 3. Shanghai Research Institute of Precision Measuring Physics, Shanghai 201109)

In this paper, the necessity of components screening is investigated which used a number of satellite components screening test data as a sample. Through the corresponding analysis, it suggests the screening of commercial satellite components with low cost, so as to change the existing screening mode. Combined with the own characteristics and actual application requirements of components, the screening technical proposal is formulated reasonably. The technical proposal can guarantee the reliability of the components under the condition of model schedule and cost saving and provide technical support to a certain extent for the development of commercial satellites.

screening; commercial satellite; Space Project

V461

B

1004-7204（2017）03-0034-05