淺析軍用航空電子元器件的二次篩選和質量控制

胡睿

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001）

軍用航空電子元器件作為軍用航空電子產品的基本組成部分，在電子產品的功能和性能中發揮著重要的作用。目前，信息化是現代軍事發展的核心，因此各種軍用航空電子產品對于電子元器件的需求迅猛增加。電子產品的設計、生產工藝和實驗過程的質控，共同決定電子產品的質量和壽命，而電子元器件的質量又是整個電子產品的重要基礎。航空電子產品常因電子元器件，特別是核心關鍵電子元器件的失效從而影響整個產品的功能或性能，導致無法完成相應的任務，造成嚴重的后果，甚至能夠危害到國家的安全。研究數據表明，美軍20世紀80年代超過55%的武器裝備和系統故障都是由電子元器件的質量控制不當引起的；在國內，電子元器件的質量通常也是影響軍用武器故障的主要因素。因此，要想提高軍用航空電子產品的良品率，就必然要解決電子元器件的質量問題以提高其可靠性。其中，篩選實驗有助于剔除電子元器件降低失效率，是提高電子元器件可靠性的關鍵。電子元器件的篩選又包括一次篩選和二次篩選，其中，國外僅對電子元器件進行一次篩選。由于國內電子元器件的生產水平和產品的要求之間存在一定的差異，還會對電子元器件進行二次篩選，以滿足對可靠性的要求。軍用航空電子產品的質量和可靠性要求，相較民用以及工業等電子產品更為嚴格，需要對所有軍用航空所用的所有電子元器件進行100%的二次篩選。本文主要結合工作實際對軍用航空電子產品元器件的管理，探討并總結元器件二次篩選的意義、試驗方法以及質量控制等，為軍用航空電子元器件的質量和可靠性提高提供理論基礎。

1 軍用航空元器件二次篩選的介紹

1.1 軍用航空元器件概況

電子元器件作為軍用航空電子產品的基本組成單元，從字面含義上看主要有“元件”和“器件”兩大類。元件主要包括電感器、繼電器、電阻器、電容器、電連接器、開關等；而器件主要包括半導體分立器件半導體集成電路、電真空器件、光電子器件以及微波電子器件等。近年來，由于軍用航空裝備的技術性能、指標和要求等不斷提升，使軍用航空電子設備面臨的環境條件更加嚴苛復雜；相應的，軍用航空所需的電子元器件較普通電子產品的元器件所承受的環境應力也更加嚴謹和殘酷。除了較強的環境適應性，航空電子元器件還普遍具有壽命長、功耗低和體積輕等特點。值得注意的是，軍用航空電子設備的功能失效不但會影響設備的作戰能力，更會造成設備損毀以及人員傷亡發生，因而，軍用航空電子元器件質量和可靠性要求會比普通電子產品更加嚴格。

1.2 二次篩選的定義

可靠性篩選是電子元器件質量的保證。對于功能正常的電子元器件可靠性篩選是一種非破壞性試驗；主要是把具有潛在缺陷的電子元器件誘發使其暴露，進而剔除。根據電子元器件失效率曲線可知（圖1），電子元器件的失效過程主要包括三個階段：早期、偶然期和耗損失效期。而可靠性篩選就是將在早期具有失效特征的電子元器件剔除，使電子元器件從開始使用就進入故障率低且相對穩定的時期，通過提高電子元器件的使用可靠性進而提高軍用航空產品的可靠性。

圖1 電子元器件失效率曲線

如上所述，電子元器件的篩選主要包括一次篩選和二次篩選。一次篩選是指電子元器件在制造廠按照規范、用戶要求以及國家標準等進行的一系列篩選；而二次篩選則是在一次篩選的基礎上，電子元器件在入廠后為了達到產品質量控制以及滿足型號整體質量要求，進行的一系列試驗和檢測項目。電子元器件二次篩選的目的主要是通過外加應力或使用檢測方法，將早期不合格以及存在缺陷的電子元器件，從整批產品中篩選并淘汰，進而保證電子元器件的可靠性以保證整機可靠性。但值得注意的是，二次篩選不能改變電子元器件的固有可靠性，只是通過篩選試驗淘汰掉不符合要求的電子元器件，改善批次電子元器件的固有可靠性水平。目前，基于國內電子元器件生產廠家的生產水平、產品使用要求、質量管理等存在一定差異；此外，對于進口電子元器件，有相當數量的進口元器件不屬于軍品，存在質量低下的問題。故僅靠電子元器件生產廠家進行一次篩選很難滿足航空產品質量、使用等要求，因此，二次篩選是軍用航空電子元器件質量管控的關鍵環節。以下我們對比了前人關于某電子元器件，運用傳統檢測方法和二次篩選方法，含有5個失效產品的100個元器件檢測的結果（表1）。

表1 元器件可靠性檢測結果比較

對比的檢測結果顯示，二次篩選大大縮短檢測時間的同時，提高了檢測有效性。軍用航空電子元器件的二次篩選能夠顯著提高元器件的可靠性，對于確保航空產品的固有可靠性和競爭性具有重要意義。

1.3 二次篩選的范圍

為了保障電子元器件二次篩選質量控制工作的有效性，在篩選前應該確定電子元器件的二次篩選范圍。二次篩選的常見應用范圍(圖2)。

圖2 二次篩選應用范圍

2 二次篩選的試驗方法

2.1 二次篩選的試驗方法

可用的二次篩選的項目比較多，目前電子元器件的篩選試驗通常分為兩大類：常規篩選和特殊環境篩選（如抗高溫、輻射、鹽霧等）。我們就目前常用的常規篩選方法以及其適用項目和目的進行概括總結，如表2所示。

表2 常規篩選方法及其目的和適用項目總結

2.2 二次篩選項目確定

對于軍用航空電子元器件進行二次篩選時，不同的試驗方法可能造成不一樣的結果。因此，篩選工作進行之前需要對項目進行確定，明確項目流程以及各種參數的含義，并選擇合適的試驗方法，以確保二次篩選的順利進行。二次篩選的項目和條件確定，主要依據相關的協議和標準進行。對于軍用航空電子產品或設備，二次篩選的通用標準主要是參照GJB 7243-2011《軍用電子元器件篩選技術要求》、GJB 3404-1998《電子元器件選用管理要求》或根據主機研制單位各型號需求編寫的《電子元器件二次篩選技術規范》等有關標準，指導電子元器件生產廠家確定相應二次篩選條件、技術要求及試驗項目。此外，在實際篩選中，還要注意項目流程的順序，前一項檢測項目可能會對后面的檢測項目的參數產生影響，所以篩選項目的順序應考慮不同類型的產品、元器件，下面總結幾種常見電子元器件的二次篩選的項目順序，如圖3所示。

圖3 常用電子元器件的二次篩選項目順序總結

2.3 二次篩選應力原則

元器件二次篩選的試驗條件應滿足非破壞性的應力條件，即篩選的過程不能影響產品本身的質量和可靠性。但是，在篩選中選擇的應力條件也不能過于寬松，否則會將不符合使用條件的器件保留下來，影響篩選作用的有效性；如篩選條件過于嚴格，不僅會增加篩選成本，也會把滿足使用條件的器件篩選淘汰，甚至對器件本身造成一定的損害。通常，應依據相應的規定來確定所需的篩選項目及明確應力條件，而篩選試驗應力常用的原則有下：

（1）應按照掌握的電子元器件信息及其失效機理選擇可以激發早期失效的應力。

（2）篩選應力不能造成功能正常的元器件無法正常工作。

（3）當撤去施加的篩選應力后，不能在內部存在殘余應力。

（4）在以暴露早期失效的前提下，選擇恰當的應力篩選試驗持續時間。

3 二次篩選的質量控制

電子元器件二次篩選的質量控制對于電子產品具有重要的意義，本文主要從管理方面和技術方面進行闡述。

3.1 二次篩選管理方面

在管理方面，型號研制單位編寫“電子元器件優選目錄”及“電子元器件工作規定”，加強對于產品或設備廠家的電子元器件選型的管理，嚴禁選用淘汰、廢型、即將停產以及“三無”的元器件。同時，在電子元器件檢測方面，執行型號研制單位編制的“二次篩選技術規范”“DPA技術規范”等要求。在采購時，應該選擇主流廠商生產的電子元器件，對于不符合要求的廠家，電子元器件禁止采購。為了便于電子元器件的管理，電子元器件生產廠家以及型號研制單位應當建立一套電子元器件質量管理篩選試驗信息系統，對每個電子元器件的篩選、測試、試驗以及結果分析等完整的記錄，如可以定期統計不符合電子元器件的實際情況，有效的修改檢測項目方法等。通過信息化系統，可以實現信息化、高效的管理以及檢查監督，可以做到將責任落實到個人，實現從源頭上抓起電子元器件的質量控制。

3.2 設計方面

在設計方面，設計人員在早期設計階段電子元器件選型時，應當優先選用型號研制單位提供“優選目錄”中的電子元器件生產廠家，并且選擇的電子元器件的功能、性能以及環境適應性必須達到軍用航空電子元器件的使用標準，當選擇“優選目錄”之外的廠家時，為確保電子元器件的質量，應按照“電子元器件工作規定”執行相應的手續。在進行電子元器件二次篩選試驗時，應當按照電子元器件類型、等級、需求等因素選擇合適的篩選項目，篩選要求不能過高或者過低。負責二次篩選的技術操作人員應熟悉篩選流程、相應篩選條件及技術要求等，了解所篩選的電子元器件的主要技術參數，能夠熟練操作設備，了解和掌握標準、規范和試驗的基本原理，并能最終對試驗結果做出正確合理的分析和評價。在篩選過程中，對于軍用航空電子元器件應當嚴格執行100%二次篩選，并嚴格控制失效率，保證能夠最大限度地淘汰某種失效形式的電子元器件，保證有效性。對于某些需要進行有針對性篩選的電子元器件，如繼電器需要進行觸點抖動試驗、不同的質量等級的器件篩選的條件也不一樣等。最后，對于電子元器件生產廠家、研制單位沒有條件進行篩選的電子元器件，必須采用其他的控制手段來保證質量，如委托第三方或專業的元器件檢測機構進行試驗等。

4 結語

隨著我國軍用航空裝備的信息化程度不斷提高，對軍用航空電子元器件的質量要求會不斷提高且越來越嚴格。電子元器件作為軍用電子產品的基本組成單元，其質量將在很大程度上決定產品使用的可靠性。同時，面對當下電子元器件發展日新月異的趨勢，我們需要不斷研究、創新、改進二次篩選的質量管理方法和技術手段并且應用信息化管理的方法，建立一套電子元器件質量管理篩選試驗信息系統，實現高效的管理和檢查監督，為軍用航空電子產品的電子元器件的質量管控，提供更好的保證。