军工产品电子元器件的选用探讨

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　　【摘要】随着现代武器装备的不断完善和发展，各种军工产品电子元器件尤其是微电子器件在军工产品装备上的应用越来越广泛，电子元器件的选择和使用就日益显得重要。本文结合军工产品用电子产品元器件选择和使用的实际情况，着重就元器件选择和使用过程中的采购、筛选、破坏性物理分析以及失效分析进行了探讨，给出了军工产品用电子元器件的选择和使用准则。
　　【关键词】军工产品电子元器件；破坏性物理分析；失效分析
　　1.引言
　　众所周知，电子元器件是电子、电器系统的基础部件，是能够完成预定功能且不能再分割的电路基本单元。由于电子元器件的数量、品种众多，因此它们的性能、可靠性等参数对整个军工产品用电子产品的系统性能、可靠性、寿命周期等技术指标的影响极大。所以正确有效地选择和使用电子元器件是提高军工产品可靠性水平的一项重要工作。
　　电子元器件是电子产品的重要组成部分，是电子产品的基本单元，其可靠性直接关系到整个产品。因此，元器件的可靠性保证产品可靠性的重要环节之一，同时也对加快产品研制进度、保证研制质量、节约研制经费、降低综合保障费用和寿命周期费用都有重要意义。
　　电子元器件的可靠性分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性主要由设计和制造工作来保证，这是元器件生产厂的任务。但是国内外失效分析资料表明，有近一半的元器件失效并非由于元器件的固有可靠性不高，而是由于使用者对元器件的选择不当或使用有误造成的。因此为了保证武器装备军用电子产品的可靠性，就必须对电子元器件的选择和使用加以严格控制。
　　2.电子元器件的基础知识
　　2.1 元器件的分类
　　顾名思义元器件可分为元件和器件2大类。元件中有电阻、电容、电感、继电器和开关等；器件可分为半导体分立器件、集成电路以及电真空器件等。
　　2.2 元器件的质量等级
　　元器件的质量等级是指元器件装机使用之前，按产品执行标准或供需双方的技术协议，在制造、检验及筛选过程中对其质量的控制等级。质量等级越高，其可靠性等级就越高。
　　3.电子元器件的选择
　　元器件的选择不当会造成所购买的元器件可靠性水平不符合要求，从而影响到系统的可靠性，因此必须对元器件的选择进行控制。
　　3.1 元器件的选择原则
　　元器件有如下选择原则：
　　（1）元器件的技术性能应满足产品要求。环境适应性应符合军品要求。
　　（2）元器件的质量等级应符合产品的要求。
　　（3）考虑降额的要求。
　　（4）优先选用成熟的、质量稳定的、可靠性高的、有发展前途的和能持续供货的标准元器件。
　　（5）优先选用国产元器件，尤其是选用军用合格产品目录上的元器件以及已通过ISO9001认证的元器件生产厂家生产的元器件。
　　3.2 国产元器件的选择顺序
　　（1）选择经过认证、鉴定的符合国军标的元器件。
　　（2）选择经过考验，符合要求，能够稳定供货的“七专”定点生产厂家生产的元器件。
　　3.3 进口元器件的选择顺序
　　在选择进口器件（尤其是美国进口器件）时，应慎之又慎。一是政治等原因，国外禁运元器件时有发生；二是国外市场变化较大，特别是美国军品断档已对我国许多产品的生产、维修产生了影响。选择顺序为：
　　（1）选择国外权威机构的QPL/PPL中的元器件。
　　（2）选择生产过程中经过严格老炼筛选的高可靠元器件（如集成电路883
　　级及其以上级，半导体分立器件为JANTX及其以上级）。
　　（3）选择经过二次筛选的、DPA合格并符合军用温度范围的工业级器件。
　　（4）避免继续选用国外已停止生产的“断档”军品。
　　美国的军品微电子器件断档，即指美国的军品微电子器件的大量品种不再生产或即将不再生产，美国给以专门定义：“生产单位正在消失和材料短缺”（Diminishing Manufacturing Sources andMaterial Shortages），简称为DMSMS。从2002年11月～2004年2月1日，据不完全统计，美国军方已发布断档通告24份，发布已断档和将要断档的电子元器件品种已达32906种（对每一品种均有型号、生产厂和断档日期等详细资料），其中微电子器件占主要部分。值得注意的是，在2003年11月前，断档信息每月公告一次，从2003年11月中旬后则改为每周公布一次，这也说明美国军方对断档信息的迫切性。对于我国设计者来说，应进一步提高对国外断档军品的认识。
　　3.4 编制元器件优选目录
　　作为型号总体单位，应制定元器件优选目录，并根据优选目录在产品设计中压缩型号所选用的元器件品种和规格，控制元器件的质量等级，更好地保证元器件的供货质量，更有利于综合后勤保障。
　　3.4.1 编制过程
　　（1）成立编制组；（2）调研收集元器件使用要求，国内元器件生产厂质量情况及国外元器件情况；（3）了解国外元器件最新“断档”军品情况；（4）编制征求意见稿；（5）汇总分析各种意见；（6）经审查后由总体单位发布。
　　3.4.2 动态管理
　　依据产品研制生产阶段中元器件使用品种的变化情况、元器件生产厂家的产品及其质量状况变化情况、元器件使用过程中的信息反馈进行动态管理，如上述情况变化较大，则应进行优选目录的改版工作。
　　4.军工产品用电子元器件的选择和使用
　　军工产品中电子产品占了极大的比重，电子元器件是电子产品的最基本单元，电子产品可靠与否决定于电子元器件的可靠性，没有高可靠性的电子元器件，设计再好的电子产品也难以发挥其作用，尤其在军工产品中，对电子元器件的质量要求高于民用级和工业级。因电子元器件失效而导致装备可靠性下降，甚至报废的事例并不少见，有数据统计，在20世纪40年代，美国运往远东地区的装备中，60%的机载设备不能使用；50%的电子设备尚处在储存期间就已经失效。其主要原因是电子管的可靠性太差。在海湾战争和科索沃战争中，美国均出动了大批的”阿帕奇”武装直升机，但由于该机的许多零部件，包括大量的电子元器件的可靠性不能适应海湾地区沙漠风暴和科索沃地区阴雨潮湿天气等气候条件，多次造成该机失事。因此，在电子产品的研制过程中，应从元器件的选择、元器件生产厂家的选择、元器件内在质量评价、二次筛选、电装后的质量跟踪、建立元器件质量数据库等环节入手，形成一种闭环控制系统。 　　能否正确使用元器件已成为影响军工产品用电子元器件、设备、系统可靠性的重要问题，应当引起使用者的高度重视。
　　4.1 元器件的选择和使用全过程流程图
　　元器件使用全过程包括选择、采购、监制、验收、筛选（拷机）、破坏性物理分析（DPA）、保管、使用、电气装配、通电调试、静电防护和失效分析等。
　　4.2 元器件的采购
　　采购环节是保证元器件能否满足设计要求的一个重要环节，因此型号各系统、分系统和设备的承制单位应注意以下几点：
　　（1）承制方应编制外购元器件的技术标准和进厂复验规范，其标准应和现行有效图样相一致。
　　（2）承制方应编写元器件的采购清单，包括元器件的名称、型号、规格、精度及数量；元器件的质量等级、使用标准及生产厂家；元器件的封装形式、安装形式和使用环境、元器件的包装和运输要求。
　　（3）承制方在进行元器件采购时应注意在合格分承制方名录中进行，需进行越点采购时应办理相应的审批手续。
　　（4）在实际采购中如何对规定的质量等级进行对采购，是确保产品高可靠的关键。对元器件实际生产型号（包括前、后缀）、质量等级、封装形式完全与图纸设计一致的元器件直接采购。对某些前、后缀有变化、质量等级不清的元器件，在采购时应首先确定其生产执行标准。在元器件的标准中，一般都规定了元器件在制造、检验及筛选过程中的质量控制标准，按此不同控制标准组织生产和管理的产品，具有不同的质量等级。据此，产品生产执行标准是划分其质量等级的主要依据，若其生产标准符合规定质量等级的生产标准，则认为该元器件达到了规定的质量等级。其次，应明确元器件的质量系数πQ，通过其质量系数可计算出该元器件的失效率，只要失效率满足该元器件所分配值，则认为该元器件达到了规定的质量等级。
　　4.3 元器件的二次筛选
　　元器件的二次筛选是保证质量和可靠性的重要手段。一般来讲，对军工产品要求100%的进行元器件的二次筛选，包括883B级以及“七专”级。当承制单位将元器件采购回厂里后，应按照“型号用元器件二次筛选规范”进行二次筛选。当元器件二次筛选不合格率超过规定的比例时，该批元器件不允许装机使用。在二次筛选过程中，对不具备筛选条件的元器件（如大规模进口集成电路），可采用拷机（即对不具备筛选条件的元器件装配到电路板中，进行温度应力或电应力长时间试验）的方法进行。
　　4.4 元器件的破坏性物理分析（DPA）
　　在元器件二次筛选合格后，对前期质量不稳定类、生产工艺有较大改进类元器件应进行破坏性物理分析（DPA――Destructive Physical Analysis）试验。重点是对具有空腔的半导体分立器件和半导体集成电路开展此项工作。其目的是验证元器件的质量是否满足有关规范的用途或预定用途。DPA一般在一批元器件中抽取1～2支试样进行一系列的试验和分析，并做出批合格与否的结论。这对保证使用的元器件质量和可靠性具有重要作用。
　　4.5 元器件的失效分析
　　在调试和组件环境应力筛选过程中发现关键和重要元器件的失效或在使用中发生多次失效而未找到原因的元器件，应进行元器件的失效分析。元器件的失效分析是通过对失效的元器件进行解剖分析，并采用物理和化学等技术手段找出其失效机理，提出改进办法，从而提高元器件的可靠性。失效分析包括失效调查、失效模式鉴别、失效特征描述、失效机理证实和提出纠正措施等。对集成电路的失效分析有20多种，从外部分析到内部分析，从非破坏性分析到破坏性分析，再使用光学、化学、机械和电子等技术手段进行分析。
　　4.6 元器件的选择和使用准则
　　电子产品出现的故障，抛开设计因素，电子元器件往往是引发故障的主要原因。这类故障又可分为两类：一是故障并非源于元器件本身的质量问题，而是由于使用者选择不当所致；二是故障源于元器件本身的质量问题。其中第一类故障占大多数。因此，加强电子元器件选用过程的质量控制具有重要意义。
　　4.6.1 元器件选择准则
　　（1）二、三极管尽量避免选择锗管，可选择硅管；
　　（2）国产塑料封装集成电路不能用于军品；
　　（3）电阻RJ1～RJ7系列不能选用，因其磁管为空心的，易在振动条件下裂开，可用RJK24 ～RJK26或RJ13、RJ14代替；
　　（4）电容中的CA30因贮存后易漏液不可用，可用CA35型；
　　（5）继电器要选用金属封装、密封型，不允许并联降额使用。
　　4.6.2 元器件正确使用准则
　　在按流程进行元器件的使用时，还应在元器件的正确使用上下大气力。
　　（1）深入掌握所使用元器件的技术性能，严格控制新器件的使用。
　　（2）有意识地降低元器件的工作应力（电、热、机械应力），使实际使用应力低于其规定的额定应力。降额设计可参考GJB/Z35《元器件降额准则》。
　　（3）为防止电子元器件的热失效，在元器件的布局和安装过程中必须采取有效的热设计和环境保护设计。
　　（4）为解决静电带来的器件失效，在器件设计和使用上必须采取防静电措施。如在器件输入端加上防静电损伤的保护网络，操作场所必须采取防静电措施等。
　　（5）在调试过程中应注意仪器、仪表的正确使用。如仪器仪表要正常接地等。
　　（6）正确地贮存和保管元器件。如保持适宜的温度、湿度；防止有害气体的存在等。
　　5.结束语
　　军工产品用电子元器件的正确选择和使用，对于控制元器件的失效，提高军品的质量和可靠性有着极为重要的意义。近些年来，我们从元器件的源头质量抓起，严格控制元器件使用的各个环节，在产品试验过程和生产过程中取得了良好的效果，带来了巨大的经济和军事效益。
　　参考文献
　　[1]余振醒.军用元器件使用质量保证指南[M].国防科技工业质量与可靠性研究中心，2002.
　　[2]曾声奎等.系统可靠性设计分析教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.
　　[3]张广，赵新闻.军工电子产品元器件选用使用的误区及对策研究[J].电子器件应用，2012（9）.
　　[4]丁铁.军工产品中电子元器件的质量控制[J].舰船科学技术，2003（6）.
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