機上電子元器件可靠性評估方法創新研究

李龍剛　李娜

伴隨著電子科學技術的飛速發展，電子元器件作為電器產品的基礎組成單元，扮演著越來越重要的角色，其功能、功耗、體積等指標參數呈現出日新月異的變化趨勢。飛機，尤其是軍事用途飛機，作為高價值平臺，其使用的電子成品必須具有極高的可靠性，才能保證飛機整機的服役穩定性，因此機上電子元器件的可靠性評估重要性不言而喻。針對機上電子元器件在規定服役期內的功能實現能力進行預先評價，是保證元器件達成可靠性指標，進而保障整機狀態完好性的重要手段。因此，機上電子元器件的可靠性評估方法需要得到充分重視，并持續、深入地開展評估方法的改進創新。

在現有可靠性評估方法的研究基礎上，提出一種便捷的可靠性評估方法。首先通過分析可靠性確定及加速老化試驗效果，進行初步評估;進而分析元器件可靠性故障模式影響以及所產生的危害，確定元器件可靠性等級;最后基于前兩步分析得出元器件的可靠性壽命評估值。

（一）可靠性確定及加速老化試驗效果分析

依照機上電子元器件多元素可靠性拆分（FTF），判斷出導致機上成品的主要可靠性元件，并對多個電子元器件一起運行的加速老化試驗，制訂一系列的加速老化試驗計劃。電子元器件屬于集成器件，大部分的關鍵電子元器件、電子元器件的控制器和電子元器件的傳感器等，都對機上成品的可靠性有不小的制約。依照全面考慮的分析可靠性的方法（FTF），判定主要零部件對系統是否可靠，對試驗策劃的研究設計有著至關重要的影響。

機上電子元器件一般會采取故障樹分析法（FTA）和故障模式效應及危害度分析（FMECA）這兩個關鍵的系統結合（即可靠性綜合分析），對電子元器件產生故障影響的關鍵原因開展分析研究，對產品的設計方案制定和進一步升級，打造更好的理論依據，提升其產品的可靠性。

根據電子元器件可靠性規律，即浴盆曲線規則，電子元器件的失效大部分集中于生產初期和壽命終結期。設計的可靠性評估方法首先需要確定機上電子元器件的可靠性周期，因此采用加速老化試驗的方法。

（二）可靠性故障模式影響及危害度分析

故障模式可能會造成一系列的危害，危害度的研究是故障模式影響分析的先決因素，所以需要基于這種故障模式的嚴重程度開展逐步加深、加廣、加遠的分析，并給出數據化化的估算。

依照研究給出的任務階段和嚴酷度等級要求及主要內容可以看出，機上電子元器件i的第j個故障模式危害度用C表示，計算公式如下：

式中α——故障頻率，也就是元件i的第j個故障模式次數與元件i存在的所有故障之間比值;β——受故障影響率，元件i在第j種故障模式條件下發生時，故障帶來和造成的一系列危害度等級，一般β的值可以按其數據表來做出選擇和定量，一般β的值可以按表1開展。

依照一些文獻記載《Handbook of Reliability Prediction Procedures for Mechanical Equipment（NSWC-2009）》、《GJB/Z299C-2006電子元器件可靠性預算統計手冊》、《GJB813可靠性模型的建設和可靠性預算統計》，加之依照機上電子元器件在現場實際發生的故障現象，選擇了電子元器件的最基礎失效的概率。依照對機上電子元器件故障的研究，以及各個元器件故障模式機理進行分析，參考具體的工作情況，使用式（1）計算各電子元器件待估計的大概參數值，可以推導出各個電子元器件的加速老化試驗對機上電子成品的危害影響程度。

（三）評估元器件可靠性壽命

在完成上述兩步分析后，采用Weibull（威布爾）分布函數模具來評判估計電子元器件的可靠性，能在一定程度上滿足很多一部分的電子產品壽命所處分布，在一些可靠性評估壽命的理論中，這些方法是被廣泛流傳的。威布爾分布擬合實驗的最終數據精細程度指標如圖1所示。

調整后的參數指標，可以外推出不同情況下被實驗的電子元器件使用壽命劃分模型的顯示數值，這樣也就對被試樣的樣本可靠性做出相應的評價和估算。

圖1 威布爾分布模型評估元器件壽命曲線

電子元器件的可靠性評估既是對現有產品質量的檢驗，也能為新型號元器件的設計與生產提供數據支持，因此針對電子元器件的可靠性評估以及試驗篩選方法研究應當得到更為廣泛的關注，在方法、手段、環境等方面提出更高等級的建設建議。這一點也是立足本職崗位，并支持電子產業進步的職責之一，后續還將開展深入的研究，在評估的準確度方面加以提升。