DPA在繼電器質量控制中的應用研究

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(貴州航天電器股份有限公司，550009)

1 引言

破壞性物理分析(DPA Destructive Physical Analysis),是指為驗證元器件設計、結構、材料、制造質量是否滿足預定用途和有關規范要求，以及是否滿足元器件規定的可靠性和保障性，而對元器件樣品進行解剖，以及解剖前后進行的一系列檢驗和分析的全過程。DPA分析在國內航空、航天領域普遍使用，是一種在系統裝機前保障元器件質量，有效識別缺陷，提升系統可靠性的分析手段。

破壞性物理分析(DPA)試驗是一項需要花費較多時間、人力、物力的工作，如何通過開展有效分析來識別產品缺陷，具有重要意義。本文結合繼電器在破壞性物理分析(DPA)分析試驗過程的一些案例進行分析。

2 繼電器破壞性物理分析(DPA)開 展的必要性

評價繼電器的質量水平常見的方式有過程檢驗、篩選、質量一致性檢驗、失效分析及DPA分析等。在繼電器的壽命周期內，各檢測方法評價方式不同，其評價效果不同。

破壞性物理分析(DPA)在衡量元器件的質量水平、一致性、可靠性以及生產過程控制能力方面都有著獨特的分析優勢，對保障元器件的可靠性具有其他檢驗、試驗手段無法替代的作用。由于繼電器自身結構的復雜因素，一般分析手段無法直觀、深入的發現問題，采取破壞性物理分析(DPA)可以發現潛在的材料、結構、工藝及過程控制方面存在的缺陷，保證繼電器質量。

目前，破壞性物理分析(DPA)在繼電器上的主要應用以下幾個方面：

1)關鍵過程的質量監控及半成品的質量分析與控制

軍用電磁繼電器線圈繞制過程中采用線圈部件開展破壞性物理分析(DPA)。

2)篩選檢驗過程失效分析

針對篩選、檢驗過程典型失效模式樣品開展破壞性物理分析(DPA)。

3)成品隨機抽樣分析

七專及以上等級繼電器，每批次隨機抽取2只合格產品開展破壞性物理分析(DPA)。

4)交付驗收抽樣分析

繼電器在交付驗收過程中，根據產品技術文件及用戶協議要求外送第三方資質單位或在用戶的監督下開展破壞性物理分析(DPA)。

3 繼電器破壞性物理分析(DPA)技 術要求

根據產品技術文件及用戶協議要求所進行的破壞性物理分析(DPA)技術要求見表1。

表1 繼電器破壞性物理分析(DPA)技術要求

4 繼電器破壞性物理分析(DPA)中 典型案例分析

4.1 觸點起皮

圖1 觸點鍍層起皮

GJB4027A中對于觸點和引出端的判別，主要考核指標是鍍層的毛刺、裂紋和起皮，并且明確以采用1.2N的力探測時是否可活動作為合格與否的判據。如圖1所示，樣品觸點零件存在微小鍍層起皮，直接暴露出零件電鍍過程控制存在異常，且存在脫落后形成可動金屬多余物的風險，屬不合格范疇，而不能簡單采用力探測的標準來衡量。

4.2 絕緣片燒蝕

GJB4027A中對于規定外的零件(內部輔助材料)未有明確的判別要求。如圖2所示，該絕緣片作為繼電器內部機構與殼體絕緣的關鍵零件，因激光熔封過程裝夾不到位導致的激光漏光燒蝕，雖未產生明顯多余物，但對整個繼電器內部氣氛形成有機物污染，影響觸點的接觸可靠性。

內部結構存在異常，暴露出的是裝配過程工藝水平存在的不足，是否批次性質量問題，有待進一步分析。

4.3 線圈包扎層多余物

圖3 不可動纖維多余物

GJB4027A中對于多余物的判別，僅限于內部散落的金屬或非金屬多余物，或有散落的聚四氟乙烯絕緣材料或其他絕緣材料或纖維材料。對于不可動多余物的判別未作規定。因此，筆者認為該項條款有必要進一步明確，可以理解為“對于繼電器內部存在的，非繼電器功能實現所必需材料，均應歸納為多余物范疇”。從全過程質量控制的角度來看，類似圖3中不可動多余物的產生，恰恰表明整個裝配過程多余物管控措施存在的不足，在一定程度上反映的是繼電器的多余物控制的工藝水平。因此，筆者認為針對上述問題，可以判定為不合格。

4.4 熔焊拉脫試驗

GJB4027A中對于線圈架的熔焊拉脫試驗，主要考核的是在強力學環境下支架焊點部位的承載力。但考慮到繼電器功率、體積的差異，其內部線圈組件的重量，線圈架的零件尺寸及焊接面積不同，所承受的拉脫力存在較大的差異。筆者認為該項考核指標不應局限于拉力的具體數值，金屬間的焊接強度也可通過破壞性檢查之后，對焊點部位的熔核(金屬間的互熔)程度進行確認。通常在20倍顯微鏡下檢查焊點部位，存在金屬件熔融粘附的，可判斷為合格；金屬間無任何熔核痕跡則判斷為不合格。

5 改進建議

隨著繼電器技術的不斷發展，新材料，新技術的應用導致其失效模式和機理與以往有所不同。因此，作為評價繼電器可靠性方式之一，破壞性物理分析(DPA)不能一成不變，無論是檢查方法和失效判據，都應根據元器件的制造工藝和使用狀況的變化而進行適當的調整，才能確保分析的準確性。

5.1 顯微鏡放大倍數提升

GJB4027A中規定內部目檢采用20倍顯微鏡，受分辨率、景深及放大倍率的限制，對異常缺陷難以發現，已不能有效滿足現有技術的發展。從前期繼電器失效模式的統計情況來看，能夠引起觸點組失效的有機物，往往要采用40倍以上才能確認。

5.2 掃描電子顯微鏡(SEM)的應用

掃描電子顯微鏡(SEM)的應用，尤其是針對精密繼電器的分析，對發現的異常缺陷可更為全面的進行判別，極大地提高了破壞性物理分析(DPA)方法的準確性，有效避免誤判，漏判問題的發生。同時，專業的分析結論與定位有助于對異常缺陷的判斷，以及失效模式的改進。

5.3 完善判據

GJB4027A中對于繼電器的失效判據需進一步細化，對可能出現的缺陷需進一步完善。如線圈架拉脫試驗、裝配過程帶入的不可動多余物等問題，需進一步細化。

破壞性物理分析(DPA)的分析，結合現有失效模式和不足，經充分論證確認，同時廣泛征求業界的意見，可制定出有針對性的標準。

6 結束語

破壞性物理分析(DPA)是防止有明顯缺陷或潛在缺陷的元器件裝機使用，保證整機環境可靠性的重要手段。本文結合繼電器DPA案例分析，提出判定原則；另外根據產品的工藝與技術發展情況，對DPA分析檢測手段和檢測工具提出改進建議，確保DPA分析可操作性更強，判據更準確，以適應元器件制造及航天型號可靠性不斷提升要求。

參考文獻：

[1] GJB4027A-2006.軍用電子元器件破壞性物理分析方法.總裝備部軍標出版發行部出版，2006.10

[2] GJB65B-99.有可靠性指標的電磁繼電器總規范. 國防科工委軍標出版發行部出版，1999.3