機載火控設備電子元器件失效問題綜述

王超勇，歐陽寰，黎子芬

（海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041）

機載火控設備電子元器件失效問題綜述

王超勇，歐陽寰，黎子芬

（海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041）

從機載火控設備常用電子元器件的失效故障入手，以電子元器件失效的原因為標準，對機載火控設備電子元器件失效的機理進行了分類，系統梳理常用的失效分析方法，給出一般失效分析的思路和失效分析的原則。

機載火控設備；電子元器件，失效分析

0 引言

機載火控設備中電子產品占極大比重。電子元器件是電子產品的最基本單元，電子產品可靠與否決定于電子元器件的可靠性，沒有高可靠性的電子元器件，設計再好的電子產品也難以發揮作用，尤其在機載火控設備中，對電子元器件的質量要求高于一般的軍用級。因電子元器件失效導致機載火控裝備可靠性下降，甚至作戰任務失敗、機毀人亡的事例并不少見。有數據統計，20世紀40年代，美國運往遠東地區的裝備中，60%的機載火控設備不能使用；50%的電子設備在儲存期間就已失效。其主要原因是電子管的可靠性差。在海灣戰爭和科索沃戰爭中，美國出動了大批的“阿帕奇”武裝直升機，但由于該機的許多零部件，包括大量的電子元器件的可靠性不能適應海灣地區沙漠風暴和科索沃地區陰雨潮濕等氣候條件，多次造成該機失事。

因此，在機載火控設備的設計、試驗、生產和日常使用維護過程中，應從電子元器件的失效分析入手，了解機載火控設備常用電子元氣件失效的機理、模式及分析技術，提高機載火控設備電子元器件的可靠性，進而提高機載火控設備完好性，以保證遂行各重大軍事行動任務的順利完成。

1 失效的含義

失效是指電子元器件出現故障。各種電子系統或者電子電路的重要組成部分一般使用不同類型的元器件，當它需要的元器件較多時，標志設備的復雜程度就高；反之則低。一般還把機載火控設備電路故障定義為“機載火控設備功能電路系統規定功能的喪失”。

2 失效的分類

（1）以失效原因為標準，主要分為本質失效、誤用失效、偶然失效和自然失效。

（2）以失效程度為標準，主要分為部分失效和完全失效。（3）以失效模式為標準，主要分為無功能、短路、開路等。（4）以失效后果的嚴重程度為標準，主要分為輕度失效、嚴重失效以及致命失效。

除上述外，還有多種分類標準，如以失效場合、失效外部表現為標準等。

3 失效的機理

（1）表層劣化。元器件納離子遭污染后造成溝道出現漏電、γ輻射有損、表面蠕變或擊穿等。

（2）設計問題造成的劣化。指電子元器件的電路、版圖以及結構等方面出現的設計問題。

（3）內部劣化。指由CMOS鎖閉效應、二次擊穿、重金屬玷污、中子輻射損傷以及材料問題引發的瞬間功率過載、結構性能退化。

（4）使用不當引起的損壞。指電浪涌損傷、靜電損傷、過高溫度造成的破壞、干擾信號導致的故障。

（5）金屬化系統劣化。指電子元器件內的鋁電遷移、鋁腐蝕、鋁缺口等。

（6）封裝劣化。指管腳出現腐蝕、漏氣或殼內有外來物導致短路或漏電。

4 失效分析的常用方法

（1）拔出插入法。通過對組件板或插件板拔出又插入的過程進行監視，判斷拔出插入的連接界面是否是故障發生的地方。采用拔出插入法進行失效分析時，在組件板或者插件板拔出又插入的過程當中，會存在特殊狀況，即狀態發生改變的地方有時不僅是連接接口，還有可能是其他部位，所以在應用拔出插入法時，要注意觀察每個部位及微妙的變化，才能做出正確的判斷。

（2）感官辨別法。通過眼觀部件外形，手觸感知部件溫度與軟硬程度，鼻嗅味道、耳聽聲音，判斷是否存在異常的方式。感官辨別法操作簡便、省錢，但能夠辨別的內容會受感官能力的限制。

（3）電源拉偏法。把正常的電源與電壓拉偏，使其處于非正常狀態，然后暴露出薄弱環節或故障，可以反映出故障或瀕臨故障的組件、元器件部位。這種方法一般用在由于工作時間較長導致的故障或初步判斷是電網波動引發故障的情況。電源拉偏法具有一定的破壞性，使用這種方法前一定要檢查保險系數或其他因素，切忌隨意使用。

（4）換上備件法。通過對被取下值得懷疑的元器件或者部件的監視，然后把合格的備件換上之后，再對出現的故障現象進行對比分析，如看故障現象有無消失，最后確定故障源點是否處于被取下的部件中。

以上介紹的是機載火控設備電子元器件失效分析應用頻率較高的4種方法，除此之外，還有靜態、動態測量法；升高、降低溫度法；敲捏定位法等。

5 失效分析的思路

要做到有效地對電子元器件進行失效分析，必須形成清晰的思路。電子元器件的失效分析主要按以下思路逐步進行：①確定是否為失效；②明確失效分析的最終目的；③從失效現象入手，羅列失效位置的所有疑點；④擬定排除疑點的方案，對失效位置逐級分析；⑤設想并列舉所有可能引起失效部位現象的原因；⑥用實驗檢驗設想；⑦提出預防失效的方案并進行評審；⑧用事實檢驗預防失效的方案是否有效；⑨實施預防失效的方案。

6 失效分析的原則

（1）先主要后次要。通過故障影響功能的程度判斷主要次要，在明確主要次要問題后，先解決主要問題再解決次要問題。

（2）先方案后操作。進行失效分析時，相關人員必須先冷靜，在頭腦里形成解決方案后再進行操作，切勿盲目操作，避免引起其他更大的元器件失效。

（3）先弱電再強電。對發生故障的整機或者出現失效的樣品，在進行性能檢測或者判斷故障部位時，輸入信號、電源功率等要視具體情形從弱到強。從弱到強的整個變化過程中，密切觀察并把不正常的現象記錄好。此外，還要預防功率過滿引起突然開機、關機，造成電力沖擊擾亂失效狀態，增加失效分析難度。

此外，還有先簡單后復雜、先安檢后通電、先宏觀后微觀、先外設后主機、先靜態后動態、先斷電后換件、先公用后專用等原則。

7 結語

應用機載火控設備電子元器件失效分析技術，可以了解機載火控設備電子元器件失效的原因、失效模式、失效機理及常用的分析方法。是機載火控設備/系統正常可靠運行的必要保證。

〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.54