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航天元器件可靠性的檢測標準

2017年06月09日

 所謂電子元器件,是指在電子電路或電子設備中執行電氣、電子、電磁、機電和光電功能的基本單元,能夠完成規定的功能,由1個或多個單元組裝而成,在不破壞的情況下一般不能分解。

文中的電子元器件包括電阻、電容、電感、電線電纜、微電路、半導體分立器件、開關、繼電器、電連接器、電池、磁性元件等。本文結合某航天產品研制過程中的情況,對航天產品的元器件質量保證流程進行了分析和探討。 

1、航天產品的發展對電子元器件的要求

目前,航天事業的發展進入了一個新的發展階段。隨著載人飛船的發射成功,新一代航天產品的研制生產也正在逐步展開。

例如,星載SAR(合成孔徑雷達)具有全天時、全天候的特點和一定的穿透能力,已成為對地觀察的重要手段,而相控陣體制的SAR更是代表當今世界的最新發展趨勢和最新技術水平。在研制采用一維相掃相控陣體制SAR的通信衛星時,這些新的航天產品對電子元器件在技術、品種、數量上,特別是在質量、可靠性、壽命、小型化和低功耗等技術指標上 提出了更新、更高的要求。

2、認識電子元器件在航天產品中的地位

電子元器件是航天產品不可缺少的重要組成部分,是其賴以提高性能和可靠性水平的重要技術基礎 之一。航天事業發展的歷程告訴我們,電子元器件的性能、質量與可靠性是航天產品成敗的關鍵性因素之一。

據有關資料介紹,20世紀90年代,航天系統曾開展過一次質量清理整頓工作,對20多個型號在研制試驗中暴露出來的3000多個問題進行了統計分析,其中設計方面約占25.1%,制造(含工藝)方面約占24%,電子元器件方面約占26%,管理方面約占15%,其他約占10%。

從上述比例看,電子元器件存在的質量與可靠性問題所占的比例最高,成為制約航天產品 發展的主要問題之一。例如:在某航天產品初樣研制階段共使用元器件92項,失效的有11項;初樣產品在出所前的研制過程和出所后整星聯調時發生的32項問題中,15項為元器件問題,特別是出所后整星聯調時發現13項問題,就有8項為元器件問題。

因此,航天產品的領導者、管理者、設計者和生產者都必須高度重視電子元器件生產、供應和使用中存在的問題。 

3、存在的主要問題

在航天產品的研制中,存在的主要問題有:

(a)設計師系統在選用元器件時,只注重元器件的 功能和技術指標,對質量等級和可靠性要求沒有給予應有的重視,尤其在選用進口器件時,對正樣產品元器件的繼承性考慮不夠。

(b)物資采購情況不理想。采購進度無法與產品的要求相匹配,因物資采購而造成相當長的生產周期損失;而且電子元器件出現質量問題時,不能及時與供應商取得聯系,對失效器件進行分析歸零,導致在質量和進度兩方面無法完全適應航天產品要求,對產品研制造成了一定的阻礙。

(c)在元器件的監制、驗收、復驗和補充篩選過程中,存在一些管理方面的問題。例:采購員在訂貨合同中未注明質量保證單位,導致部分元器件未經監制就完成了生產;部分器件未按航天產品元器件的驗收辦法進行驗收、管理,導致出現問題時無法追溯原因;某些環節上的程序不十分明確,造成了一定的混亂等。

(d)元器件在使用過程中出現失效后的處理要求不明確,例如元器件失效情況的記錄、失效器件的保管和傳遞、送交失效分析機構進行失效分析的程序和所需信息等,以致造成失效信息散亂、失效器件保管不善的情況,給失效元器件的歸零工作帶來很大的困難。

針對上述問題,必須制定航天產品電子元器件的可靠性控制方法并認真貫徹落實,才能規范航天產品研制過程中的電子元器件管理,推動航天產品的質量更上一個臺階。 

4、電子元器件的質量保證

元器件的質量保證是航天產品質量保證的重要組成部分,包括生產過程的質量保證和非生產過程的質量保證(或稱應用領域的質量保證)兩部分。元器件質量保證流程包括:選用、采購、監制、下廠驗收、到貨檢驗、補充篩選、特殊試驗、發放、貯存和傳遞、裝聯、調試、整機現場使用、失效分析、質量反饋等過程。 

(1)元器件保證大綱

航天產品方案論證階段結束后應編制元器件保證大綱,作為產品研制階段組織實施和監督檢查元器件保證工作的依據。元器件保證大綱在各個研制階段有不同的內容和要求,因此,各個研制階段需要修訂元器件保證大綱。首先要落實元器件保證大綱應包括的主要內容,明確擬制單位以及檢查執行情況的方法。

(2)元器件的合理選用

根據元器件在電路中的使用特性進行設計分析并合理選用元器件,是航天產品元器件可靠性的基礎。要明確設計師系統選用元器件的基本準則,如降額使用、容差設計、質量等級以及質量等級的繼承性等。特別要考慮航天產品用元器件的特殊環境適應能力,例如熱設計方案、靜電敏感元器件靜電敏感度的選擇和半導體器件的輻射強度保證(RHA)等級的選擇。

設計師系統在依照元器件選用準則選擇元器件時,應首選型號產品優選目錄內的元器件,如選用目錄以外的廠點和產品時,必須按航天產品的規定填寫選用目錄外電子元器件申請表并簽署完整后,上報總體單位,經總體單位評審、批準返回后方可選用。 

(3)規范采購與庫存管理

按照航天系統要求,元器件采購必須按照“走規定渠道,趕階段計劃,抓質量保證”的原則,由有關廠(所)編制元器件采購文件,經型號總體組織專門審查。然后,型號總體統一組織有關廠(所),按照通過審查的采購文件簽訂訂貨合同。

元器件采購應貫徹“保證質量,控制進度,節省經費,盡量集中”的方針,變單純買賣元器件為積極主動參與元器件的質量管理。要明確采購文件的組成、采購清單的評審要求和采購標準或規范的主要內容。 元器件的庫存管理直接關系到元器件的使用質量,因此要明確元器件的貯存條件、庫房的管理要求,建立元器件發放制度,提出對失效元器件的管理要求。

(4)元器件的監制、試驗和驗收

按《中國航天工業總公司航天型號用元器件質量管理規定》要求,元器件質量管理必須全面貫徹“統一組織、源頭抓起、嚴格管理、照章辦事”的原則,元器件質量管理工作實行總公司、型號總體院(基地)和廠(所)三級管理,以型號總體院(基地)為主的原則。型號總體院(基地)必須對型號配套的所有分系統用元器件的質量進行統一監控。由航天科技集團公司電子元器件可靠性中心具體實施管理,把好電子元器件入口關、檢驗關、使用關。其主要職責為:負責電子元器件下廠監制和驗收、到貨檢驗、補充篩選、簽發裝機合格證、失效分析等;負責電子元器件可靠性數據的采集和處理,并及時向用戶反饋電子元器件質量信息;按照航天總體的其他規定實施電子元器件質量控制。

元器件的生產、試驗和驗收,是保證元器件質量的重要環節,也是航天產品元器件可靠性的關鍵控制點,其過程控制的好壞決定了元器件的固有質量。

電子元器件按功能劃分,有電子元件、分立器件和微電路等;按采購渠道劃分,有進口和國產元器件之分;按產品成熟性劃分,有貨架產品和新品器件。不同元器件有不同的控制要求,在下廠監制和驗收、到貨檢驗時應有不同的處理方法和程序。因此,應將元器件分門別類地進行劃分,規定各類元器件的監制方式、特殊試驗要求和驗收辦法,并明確相應的程序和執行單位或部門。

(5)補充篩選(二次篩選)管理

對于驗收合格的元器件,必須根據實際產品對元器件質量控制要求進行補充篩選(二次篩選),按照不同產品的不同階段明確補充篩選的要求、委托單位、委托程序和補充篩選后元器件的處理辦法。

(6)破壞性物理分析

元器件DPA(破壞性物理分析)的主要目的是要防止有明顯或潛在缺陷的元器件裝機使用。除用于元器件的質量鑒定外,在航天產品中,還用于元器件的驗收、裝機前元器件的質量復查、元器件超期復驗以及元器件的失效分析。在一般產品上,DPA通常用于已裝機元器件的質量驗證。在航天產品上,DPA必須在元器件裝機以前完成,因此,需明確航天產品用元器件進行DPA的時機、DPA的試驗項目、實施DPA的機構、DPA的數據記錄要求和DPA結果的處理方法。 

(7)元器件的裝機控制

元器件在裝配過程中的質量控制也是元器件可靠性控制的重要環節之一。必須對操作和檢驗提出明確的控制要求,特別是對于裝配、調試過程中出現的失效元器件,一定要詳細規定處理程序、處理方法和責任部門,以確保裝配、調試過程中元器件的質量控制。

(8)元器件的失效分析方法

元器件失效分析的主要任務是對失效的元器件進行必要的電、物理、化學的檢測,并結合元器件失效前后的具體情況及有關技術文件進行分析,以確定元器件的失效模式、失效機理和造成失效的原因。通過失效分析可以發現失效元器件的固有質量問題,也有可能發現元器件因不按規定條件使用而失效的使用質量問題,通過向有關方面反饋,促使責任方采取糾正措施,提高元器件的固有質量或使用質量。

相對來說,失效模式的確定比較簡單,而確定失效機理的難度較大,分析人員必須掌握元器件的設計、工藝和有關的理化知識,并有一定的實踐經驗。此外,還要具備較復雜的儀器、設備。在明確失效機理后,還必須找出失效原因,才能避免重復失效,提高元器件的固有質量或使用質量。但根據失效機理確定失效原因,往往涉及失效現場和責任人等具體情況,確定起來有相當大的難度。

因此,首先要確定進行失效分析的單位,規定提交失效分析的程序和失效信息,以及產品研制各階段失效元器件的失效信息記錄要求等,然后,根據失效分析的結論,對引起失效的原因進行歸零處理。若為設計缺陷,應和生產廠家一起找出問題所在并進行改進;若為操作失誤,必須嚴格操作規范,避免引入人為的失誤。從而達到失效分析的目的,使器件制造和生產操作更上一個臺階。 

(9)元器件質量信息的管理

在元器件選用、采購、監制和驗收、篩選和復驗以及失效分析5個質量保證環節中,存在大量的元器件質量信息,例如,選用目錄外元器件的規格、型號、生產廠商、質量等級以及在航天產品上的使用情況;國內新品器件的研制廠家及新品器件使用情況;進口器件的質量保證情況;元器件失效分析報告和處理情況等。這些信息對于從事航天產品研究的單位來說都是極大的財富,應該建立起航天產品元器件信息庫,以積累寶貴的經驗,為后續航天產品的的研制提供服務。要建立航天產品元器件信息庫,就要明確管理信息庫的相應部門,規定信息庫中收集、處理和保管元器件信息的種類、保管信息的時間、提供信息的方法。

 5、結束語

航天產品電子元器件工作的落腳點就是為航天產品提供符合質量與可靠性要求、價格合理、性能優越的產品。在滿足質量與可靠性要求的前提下,綜合考慮技術指標和經濟指標。質量與可靠性既密切相關,又有區別;既有理論方法問題,更主要的又是工程實踐問題。

因此,要進行質量與可靠性的理論方法研究,探索提高航天電子元器件質量與可靠性的技術途徑和方法,對經過實踐證明行之有效的質量與可靠性管理辦法要堅定不移地貫徹執行。這樣才能保證我國航天產品的質量與可靠性得到不斷的提升。

 

文章來源:賽思庫


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