某型制導裝置限幅放大器錫須生長規律及風險評估研究

趙日美 徐敬彬 周劍冰/ 國營長虹機械廠 94855 部隊

1 研究對象

研究對象為某型制導裝置限幅放大器，組件型號為2yp2г，每個制導裝置中含有6 ～8 個，其作用是限制電壓信號的幅值，避免電壓幅值超出限定范圍而造成電路故障，見圖1。

2 研究思路

國內外相關研究表明，錫須的生長與鍍錫層工藝特點關系很大，不同鍍錫層工藝形式的錫須生長存在較大區別，同時錫須的生長過程與經歷的時間也存在著對應的關系。

基于錫須生長理論基礎，本次研究基本思路為：

1）選取多個批次制導裝置中的限幅放大器進行錫須生長特征參數檢測，并結合各批次限幅放大器鍍錫層工藝進行分析，考察樣品錫須生長狀態，對采集的特征參數進行數據處理和分析，結合各樣品鍍層工藝情況探索錫須生長規律。

2）在錫須生長特征參數檢測中，從錫須生長最嚴重的批次中選取5 個制導裝置進行功能性能檢測，并選擇其中測試合格的2 個制導裝置進行環境適應性試驗，根據檢測以及試驗結果，綜合評估由錫須導致故障的風險，并對試驗后制導裝置上的限幅放大器進行解剖分析，確定其內部錫須生長狀況，評價試驗對錫須生長的影響。

圖1 限幅放大器

3）對完成環境適應性試驗的制導裝置進行模擬掛飛試驗，全程檢測制導裝置功能狀態，評價分析出現錫須生長的器件在掛飛過程中對制導裝置性能的影響。

4）依據錫須生長特征參數檢測分析，采用CALCE SARA 軟件進行仿真分析，以預測評估錫須生長引起的風險。

3 樣品抽取原則

為保證檢測數據的可信度和可用性，樣品抽取遵循以下原則：

1）所抽取樣品應盡量涵蓋貯存時間最長和最短的批次，以保證錫須生長規律曲線在貯存時間上的覆蓋度。

2）在各批次整機中抽取樣品時，應盡量保證抽取的隨機性。

4 研究工作項目

4.1 錫須生長特征參數檢測

錫須生長的特征參數主要是錫須長度和錫須密度，因此選擇這兩個參數作為檢測項目，檢測方法參照JESD22A121、GВ/T17359-1998、GВ/T 16594-2008、IPC-TM-650 等標準執行，詳見表1。

試驗方法如下：

1）采用金相顯微鏡觀察整個樣品的錫須生長情況，分別觀察樣品中的6 個U 型槽框架，測量每個U 型框架上最長的20 根錫須，對每個樣品提取的共120 根錫須長度數據作為原始數據進行數據處理，計算錫須的長度均值和方差。U 型槽框架形貌及分布見 圖2。

2）利用計算機觀察樣品每個U 型框架錫須檢測區域，選取1mm2的窗口進行計數，計算每個窗口內的錫須根數，得到該樣品的錫須密度數據，進行數據處理。

4.2 鍍錫層工藝分析

1）綜合評價各批次樣品鍍錫層工藝情況，分析鍍錫層工藝對錫須生長的影響。對圖2 中的樣品進行鍍錫層工藝分析，采取的分析試驗項目見 表2。

2）分析結果

據檢測發現，U 型槽框架基材為黃銅，表面鍍覆兩種不同的鍍錫層（有鉛/無鉛），推測為在無鉛鍍層局部因組裝等工藝需求制作了有鉛鍍層，錫須較多地生長在無鉛鍍層表面或鉛偏析明顯的位置。從鍍層表面分析及金相切片分析試驗來看，各樣品所用工藝并未見明顯差異。典型的分析圖片見 圖3、圖4。

表1 錫須特征參數檢測依據

圖2 樣品U型槽框架分布圖

表2 鍍錫層工藝分析試驗項目

4.3 環境適應性分析

為評估整機貯存使用過程和錫須生長可能產生的風險，以環境試驗的形式模擬整機掛機飛行的實際情況，主要考核經歷的振動環境導致錫須斷裂脫落引發故障的風險。選取貯存時間最長、錫須生長實測較為嚴重的批次制導裝置產品進行功能測試，選取2 件測試合格的制導裝置進行環境試驗。將限幅放大器安裝在測相分機上再裝配于制導裝置內，開展模擬掛飛振動試驗和沖擊試驗，試驗前后和試驗中都對制導裝置功能進行測試。2 件制導裝置在環境試驗中和試驗后的性能測試均合格。對2 件完成模擬掛飛振動試驗和沖擊試驗的制導裝置進行實時監測模擬掛飛試驗，試驗過程中制導裝置工作正常。

5 結論

1）各批次限幅放大器內腔U 型槽壁上均存在錫須現象。經測試分析，各樣品錫須長度、密度均有所差別。所有批次樣品U 型槽壁鍍層采用的工藝均為無鉛鍍層和有鉛鍍層的混合工藝，推測是在無鉛鍍層局部因組裝等工藝需求制作了有鉛鍍層。通過鍍層晶粒分析、鍍層切片金相分析和鍍層成分分析等試驗，未發現各批次樣品U 型槽壁鍍層工藝方式有明顯差別。各樣品所檢測到的錫須主要分布在無鉛鍍層區域或鉛偏析明顯的位置，發生錫須生長的現象與器件內部存在無鉛工藝錫鍍層有關。

2）各批次限幅放大器錫須生長的長短、密度等特征信息與器件所在整機的批次無明顯對應關系，與器件本身的生產批次也無明顯對應關系。鍍層工藝分析表明各樣品采用的鍍層工藝形式無明顯區別。本次分析研究未發現所試驗的樣品錫須生長與貯存時間之間存在明顯規律，其錫須的生長趨勢可能與不同批次器件的具體工藝過程、裝配過程及經歷條件等因素有相關性，各器件具備不同的工藝特征及經歷背景，導致了器件錫須生長的差異。

圖3 N30586樣品鍍錫層截面的代表性SEM照片及EDS能譜圖

圖4 N30586樣品鍍錫層表面的SEM照片及EDS能譜圖

3）未發現錫須生長規律與器件生產年限、整機批次及其貯存時間存在明顯對應關系。

4）本次研究中在樣品解剖分析過程和環境試驗過程中均未發現因相關器件錫須生長導致制導裝置失效。對于錫須斷落的樣品，在進行實時監測的模擬掛飛試驗中，未見功能異常。