浅析军用航空电子元器件的二次筛选和质量控制

胡睿

（中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001）

军用航空电子元器件作为军用航空电子产品的基本组成部分，在电子产品的功能和性能中发挥着重要的作用。目前，信息化是现代军事发展的核心，因此各种军用航空电子产品对于电子元器件的需求迅猛增加。电子产品的设计、生产工艺和实验过程的质控，共同决定电子产品的质量和寿命，而电子元器件的质量又是整个电子产品的重要基础。航空电子产品常因电子元器件，特别是核心关键电子元器件的失效从而影响整个产品的功能或性能，导致无法完成相应的任务，造成严重的后果，甚至能够危害到国家的安全。研究数据表明，美军20世纪80年代超过55%的武器装备和系统故障都是由电子元器件的质量控制不当引起的；在国内，电子元器件的质量通常也是影响军用武器故障的主要因素。因此，要想提高军用航空电子产品的良品率，就必然要解决电子元器件的质量问题以提高其可靠性。其中，筛选实验有助于剔除电子元器件降低失效率，是提高电子元器件可靠性的关键。电子元器件的筛选又包括一次筛选和二次筛选，其中，国外仅对电子元器件进行一次筛选。由于国内电子元器件的生产水平和产品的要求之间存在一定的差异，还会对电子元器件进行二次筛选，以满足对可靠性的要求。军用航空电子产品的质量和可靠性要求，相较民用以及工业等电子产品更为严格，需要对所有军用航空所用的所有电子元器件进行100%的二次筛选。本文主要结合工作实际对军用航空电子产品元器件的管理，探讨并总结元器件二次筛选的意义、试验方法以及质量控制等，为军用航空电子元器件的质量和可靠性提高提供理论基础。

1 军用航空元器件二次筛选的介绍

1.1 军用航空元器件概况

电子元器件作为军用航空电子产品的基本组成单元，从字面含义上看主要有“元件”和“器件”两大类。元件主要包括电感器、继电器、电阻器、电容器、电连接器、开关等；而器件主要包括半导体分立器件半导体集成电路、电真空器件、光电子器件以及微波电子器件等。近年来，由于军用航空装备的技术性能、指标和要求等不断提升，使军用航空电子设备面临的环境条件更加严苛复杂；相应的，军用航空所需的电子元器件较普通电子产品的元器件所承受的环境应力也更加严谨和残酷。除了较强的环境适应性，航空电子元器件还普遍具有寿命长、功耗低和体积轻等特点。值得注意的是，军用航空电子设备的功能失效不但会影响设备的作战能力，更会造成设备损毁以及人员伤亡发生，因而，军用航空电子元器件质量和可靠性要求会比普通电子产品更加严格。

1.2 二次筛选的定义

可靠性筛选是电子元器件质量的保证。对于功能正常的电子元器件可靠性筛选是一种非破坏性试验；主要是把具有潜在缺陷的电子元器件诱发使其暴露，进而剔除。根据电子元器件失效率曲线可知（图1），电子元器件的失效过程主要包括三个阶段：早期、偶然期和耗损失效期。而可靠性筛选就是将在早期具有失效特征的电子元器件剔除，使电子元器件从开始使用就进入故障率低且相对稳定的时期，通过提高电子元器件的使用可靠性进而提高军用航空产品的可靠性。

图1 电子元器件失效率曲线

如上所述，电子元器件的筛选主要包括一次筛选和二次筛选。一次筛选是指电子元器件在制造厂按照规范、用户要求以及国家标准等进行的一系列筛选；而二次筛选则是在一次筛选的基础上，电子元器件在入厂后为了达到产品质量控制以及满足型号整体质量要求，进行的一系列试验和检测项目。电子元器件二次筛选的目的主要是通过外加应力或使用检测方法，将早期不合格以及存在缺陷的电子元器件，从整批产品中筛选并淘汰，进而保证电子元器件的可靠性以保证整机可靠性。但值得注意的是，二次筛选不能改变电子元器件的固有可靠性，只是通过筛选试验淘汰掉不符合要求的电子元器件，改善批次电子元器件的固有可靠性水平。目前，基于国内电子元器件生产厂家的生产水平、产品使用要求、质量管理等存在一定差异；此外，对于进口电子元器件，有相当数量的进口元器件不属于军品，存在质量低下的问题。故仅靠电子元器件生产厂家进行一次筛选很难满足航空产品质量、使用等要求，因此，二次筛选是军用航空电子元器件质量管控的关键环节。以下我们对比了前人关于某电子元器件，运用传统检测方法和二次筛选方法，含有5个失效产品的100个元器件检测的结果（表1）。

表1 元器件可靠性检测结果比较

对比的检测结果显示，二次筛选大大缩短检测时间的同时，提高了检测有效性。军用航空电子元器件的二次筛选能够显著提高元器件的可靠性，对于确保航空产品的固有可靠性和竞争性具有重要意义。

1.3 二次筛选的范围

为了保障电子元器件二次筛选质量控制工作的有效性，在筛选前应该确定电子元器件的二次筛选范围。二次筛选的常见应用范围(图2)。

图2 二次筛选应用范围

2 二次筛选的试验方法

2.1 二次筛选的试验方法

可用的二次筛选的项目比较多，目前电子元器件的筛选试验通常分为两大类：常规筛选和特殊环境筛选（如抗高温、辐射、盐雾等）。我们就目前常用的常规筛选方法以及其适用项目和目的进行概括总结，如表2所示。

表2 常规筛选方法及其目的和适用项目总结

2.2 二次筛选项目确定

对于军用航空电子元器件进行二次筛选时，不同的试验方法可能造成不一样的结果。因此，筛选工作进行之前需要对项目进行确定，明确项目流程以及各种参数的含义，并选择合适的试验方法，以确保二次筛选的顺利进行。二次筛选的项目和条件确定，主要依据相关的协议和标准进行。对于军用航空电子产品或设备，二次筛选的通用标准主要是参照GJB 7243-2011《军用电子元器件筛选技术要求》、GJB 3404-1998《电子元器件选用管理要求》或根据主机研制单位各型号需求编写的《电子元器件二次筛选技术规范》等有关标准，指导电子元器件生产厂家确定相应二次筛选条件、技术要求及试验项目。此外，在实际筛选中，还要注意项目流程的顺序，前一项检测项目可能会对后面的检测项目的参数产生影响，所以筛选项目的顺序应考虑不同类型的产品、元器件，下面总结几种常见电子元器件的二次筛选的项目顺序，如图3所示。

图3 常用电子元器件的二次筛选项目顺序总结

2.3 二次筛选应力原则

元器件二次筛选的试验条件应满足非破坏性的应力条件，即筛选的过程不能影响产品本身的质量和可靠性。但是，在筛选中选择的应力条件也不能过于宽松，否则会将不符合使用条件的器件保留下来，影响筛选作用的有效性；如筛选条件过于严格，不仅会增加筛选成本，也会把满足使用条件的器件筛选淘汰，甚至对器件本身造成一定的损害。通常，应依据相应的规定来确定所需的筛选项目及明确应力条件，而筛选试验应力常用的原则有下：

（1）应按照掌握的电子元器件信息及其失效机理选择可以激发早期失效的应力。

（2）筛选应力不能造成功能正常的元器件无法正常工作。

（3）当撤去施加的筛选应力后，不能在内部存在残余应力。

（4）在以暴露早期失效的前提下，选择恰当的应力筛选试验持续时间。

3 二次筛选的质量控制

电子元器件二次筛选的质量控制对于电子产品具有重要的意义，本文主要从管理方面和技术方面进行阐述。

3.1 二次筛选管理方面

在管理方面，型号研制单位编写“电子元器件优选目录”及“电子元器件工作规定”，加强对于产品或设备厂家的电子元器件选型的管理，严禁选用淘汰、废型、即将停产以及“三无”的元器件。同时，在电子元器件检测方面，执行型号研制单位编制的“二次筛选技术规范”“DPA技术规范”等要求。在采购时，应该选择主流厂商生产的电子元器件，对于不符合要求的厂家，电子元器件禁止采购。为了便于电子元器件的管理，电子元器件生产厂家以及型号研制单位应当建立一套电子元器件质量管理筛选试验信息系统，对每个电子元器件的筛选、测试、试验以及结果分析等完整的记录，如可以定期统计不符合电子元器件的实际情况，有效的修改检测项目方法等。通过信息化系统，可以实现信息化、高效的管理以及检查监督，可以做到将责任落实到个人，实现从源头上抓起电子元器件的质量控制。

3.2 设计方面

在设计方面，设计人员在早期设计阶段电子元器件选型时，应当优先选用型号研制单位提供“优选目录”中的电子元器件生产厂家，并且选择的电子元器件的功能、性能以及环境适应性必须达到军用航空电子元器件的使用标准，当选择“优选目录”之外的厂家时，为确保电子元器件的质量，应按照“电子元器件工作规定”执行相应的手续。在进行电子元器件二次筛选试验时，应当按照电子元器件类型、等级、需求等因素选择合适的筛选项目，筛选要求不能过高或者过低。负责二次筛选的技术操作人员应熟悉筛选流程、相应筛选条件及技术要求等，了解所筛选的电子元器件的主要技术参数，能够熟练操作设备，了解和掌握标准、规范和试验的基本原理，并能最终对试验结果做出正确合理的分析和评价。在筛选过程中，对于军用航空电子元器件应当严格执行100%二次筛选，并严格控制失效率，保证能够最大限度地淘汰某种失效形式的电子元器件，保证有效性。对于某些需要进行有针对性筛选的电子元器件，如继电器需要进行触点抖动试验、不同的质量等级的器件筛选的条件也不一样等。最后，对于电子元器件生产厂家、研制单位没有条件进行筛选的电子元器件，必须采用其他的控制手段来保证质量，如委托第三方或专业的元器件检测机构进行试验等。

4 结语

随着我国军用航空装备的信息化程度不断提高，对军用航空电子元器件的质量要求会不断提高且越来越严格。电子元器件作为军用电子产品的基本组成单元，其质量将在很大程度上决定产品使用的可靠性。同时，面对当下电子元器件发展日新月异的趋势，我们需要不断研究、创新、改进二次筛选的质量管理方法和技术手段并且应用信息化管理的方法，建立一套电子元器件质量管理筛选试验信息系统，实现高效的管理和检查监督，为军用航空电子产品的电子元器件的质量管控，提供更好的保证。