航天产品电子元器件的质量控制

航天产品电子元器件的质量控制

【论文关键词】：航天产品电子元器件二次筛选失效分析 DPA 元器件质量数据库

【论文摘要】：电子元器件是电子设备和系统的最基本单元，电子产品的可靠与否决定于电子元器件的可靠性，没有高可靠性的电子元器件，设计再好的电子产品也难以发挥其作用。本文从元器件的选择、内在质量评价、二次筛选、DPA、失效分析、元器件质量跟踪、元器件质量数据库等环节讨论了电子元器件的质量控制问题并提出了一些建议。

1 引言

电子元器件是组成电子产品的最小单元，是整机可靠性的基础。没有质量可靠的元器件就不可能有高可靠的电子整机产品，没有高可靠性的电子元器件，设计再好的电子产品也难以发挥其作用。元器件的质量控制贯穿其选用、试验、采购、检验、电装、调试以及失效分析几个方面，为了保证航天产品的可靠性，在研制过程中应从元器件的选用、内在质量评价、二次筛选、破坏性物理分析、失效分析、建立元器件质量跟踪及建立元器件质量数据库等环节入手，形成一种闭环控制系统。

2 电子元器件的选用

元器件的选用是电子产品设计中最关键的一步，设计人员在满足产品性能参数要求的前提下，同时考虑到电子产品适用的温度、湿度等环境要求，电网电压和失真度的要求，以及产品的电磁兼容性、安全性、稳定性、寿命等要求，确定元器件的基本参数，再根据其应用部位、空间、间距的要求选择符合产品要求元器件。

选择优选的元器件，限制选择非标准的和新研制的元器件，压缩选用的元器件品种和规格，达到正确选择型号用元器件的要求，保证产品的质量和可靠性。目前航天产品所出现的故障中多数是由电子元器件引发的，而这些故障又可分为两类：一是由于使用者选择不当所致；二是元器件本身的质量问题。其中第一类故障占大多数。因此，加强电子元器件选用过程的质量控制，具有重要的意义。加强电子元器件选用过程的质量控制具有重要意义。为了保证航天产品的可靠性要求，编制产品元器件优选目录是一种行之有效的方法。

在电子元器件选用过程中应注意以下几个方面问题。

⑴航天产品中所使用的电子元器件应选择军品级以上（包含军品级），以保证其可靠性。

⑵须选用满足产品要求的品种。不同的产品由于使用要求不同，选用元器件的出发点必然也有差异。要求过高，必然加大成本；要求过低，则不能满足产品的要求。这往往又表现在对电子元器件的质量等级要求及其它一些特殊要求上。

⑶要选择质量比较稳定的电子元器件型号和生产厂家。对于关键的元器件，必要时还应对生产方进行有关质量调研或质量认证。

⑷元器件的选择还应考虑降额要求，注意不得用加大元器件的降额使用来弥补采用低于规定质量等级的元器件。

⑸应严格控制新研元器件的使用，未经技术鉴定合格的元器件，不能在航天产品中正式使用。这是因为，从制造工艺角度上看，新研产品往往不够成熟，技术状态未最终固定，应用问题尚未被彻底地暴露出来。若为了完成型号研制任务而必须使用时，则一定要制定针对其特殊质量控制的方法，加强对它的监控和考核。

⑹在类似的元器件中要最大限度地压缩品种和生产厂家。一方面便十采购，另一方面也便于质量监控。

⑺在同等条件下应优先选用国产元器件。这从保证订货、进度以及进一步提高国产元器件水平、提高战时的后勤保障等方面来说均有好处。

⑻针对航天产品的用途，优选目录应明确元器件的技术状态，包括质量等级、封装形式、引用端涂覆、抗幅射能力等等。

⑼国外元器件必须选择进入军用QPL产品目录的元器件，由于进入QPL产品目录的元器件是通过专门机构鉴定的合格产品，能满足广泛的设计要求、在技术上是成熟的、预计在当前和将来的规划中都会得到应用、有足够的试验和使用历史、具有能保证产品质量的供货来源。

不同的电子元器件生产厂家有类似的产品，从保证质量、工艺、供货等方面考虑，就要对元器件生产厂家进行认真选择。对厂家的选择可以通过对平时进行日常工作中的电子元器件质量数据积累的分析进行，从这些积累的数据中也能问接地反映出生产厂家及其产品的生产质量、工艺和管理水平。必要时还应对生产厂家进行有关质量调研或质量认证，以保证电子元器件的质量控制。

为了保证电子元器件符合电子产品的可靠性要求，编制产品电子元器件优选目录是一种比较好的方法。编制优选目录，必须以选择为基础，选择那些既能满足电子产品使用要求，质量状态又比较稳定的品种和生产厂家。但是随着研制、生产工作的深入，由于优选目录的局限性和滞后性，存在超目录选用元器件的情况，对此一定要进行控制。质量控制部门在宏观上及时对优选目录进行“动态”的管理；及时剔除因采购、生产、质量、型号变化等方面发生了某些情况变化，客观上已不能满足产品要求的品种和生产厂家，及时增加能满足产品要求的品种和生产厂家，以保证研制工作的质量。

3 电子元器件内在质量评价

采用新的评价技术对电子元器件的内在质量进行评价，特别是对批量采购的电子元器件。改进批量采购元器件时的验收方法，进一步保证元器件的质量和可靠性。

评价元器件可靠性的传统方法是进行可靠性寿命试验，以及从现场收集并积累使用寿命数据。进入90年代以后，国际上一些大型的整机生产厂家在批量采购元器件时，不再追求元器件失效率的具体数值，而是要求供货方以下3方面的数据，评价元器件产品的内在质量。

⑴工艺能力评价其目的是评价工艺生产线是否具备生产质量好、可靠性高的元器件所要求的工艺水平。目前采用的评价指标是要求生产线上关键工序的工序能力指数不小于1.5。工艺不合格品率不大于3.4 PPM (Parts Per Million平均质量水平)。

⑵工艺过程统计受控状态分析其目的是不但要求生产线具有很高的工艺能力，而且要求在日常生产过程中能一直保持这种高水平的生产状态。

⑶元器件出厂平均质量水平PPM考核要求对一段时问范围内元器件出厂平均质量水平PPM 进行考核，证明产品的出厂不合格品率PPM值已控制在比较低的数值上。

4 电子元器件的二次筛选

电子产品的固有可靠性取决于产品的可靠性设计。但是，在产品的制造过程中，由于人为的因素或原材料、工艺条件、设备条件的波动，最终制造出的产品不可能全部达到预期的固有可靠性水平，在一批成品中总有一部分产品存在各种潜在的缺陷，其寿命远远低于产品的平均寿命，这种提前失效的产品称为早期失效产品。二次筛选就是针对不同的失效模式进行一些试验以剔除不合格的，或由于某种缺陷会引起早期失效的电子元器件。

目前，国内电子元器件的生产水平，总体上与航天产品的使用要求相比尚存在着一些差异，厂家进行的一次筛选，筛选项目和应力要求也不一定能满足产品研制的需要；进口的电子元器件，大部分还是中低档产品，其中还可能存在许多假冒伪劣品。而航天产品往往针对性很强，对存在某种失效模式的元器件必须严格剔除，否则不能保证产品可靠地进行工作。这些都要求我们通过二次筛选来保证元器件的质量。电子元器件的二次筛选是元器件质量控制工作中的重要措施之一，对产品的可靠性保证有着重要意义。二次筛选有多种手

段，每一种手段都针对着一定的失效模式，有些手段对其针对的失效模式的剔除率还很高，但一般说来，绝对做不到百分之百。现有的各种筛选规范、标准都规定了合格判据即项目的筛选失效率(PDA)，超过此值则整批不用。

二次筛选的项目及其应力选择应是针对着产品的使用要求来制订的，制定出来的筛选要求，既不能过严，也不能过松。筛选要求太严，会淘汰能满足产品使用需要的元器件，加大筛选成本和元器件使用成本，在特定情况下，可能还会对元器件造成损伤，反而留下了质量隐患；筛选要求太松，则会使一些不满足产品使用要求的元器件顺利通过筛选关，从而降低了产品的可靠性水平。所以必必须选择合适的筛选项目及应力要求。它直接关系到电子产品的质量可靠性问题。

电子元器件在进行二次筛选时应注意以下几个问题。

⑴应实行100%的筛选。这样才能最大限度地剔除存在有某种失效模式的电子元器件。

⑵对电子元器件进行有选择性的筛选。例如：继电器需要作触点抖动试验，而电阻不需要；抗幅照能力的考核对宇航电子设备是必须考虑的。

⑶对由于手段问题不能进行筛选的元器件，须采取其它的控制方式来保证其质量。例如在使用的电路上进行一些试验。

⑷考虑到二次筛选的局限性，必须严格控制它的失效率(PDA)。

⑸电子元器件的质量分为固有质量和使用质量，固有质量主要靠元器件的设计、制造来保证，在设计、生产完毕后，实际就确定了，通过二次筛选是不能提高元器件个体的固有质量。

5 破坏性物理分析(DPA)

电子元器件有一些缺陷是不可能通过二次筛选发现的，为了满足工程应用需要，必须需要进行，通过破坏性物理分析技术反映出元器件二次筛选过程中不可能发现的一些缺陷，确保电子元器件的高可靠性要求。在20世纪70年代，破坏性物理分析技术就在美国的航天领域率先得到推广使用，欧洲的航天系统在80年代也开始推广使用，而我国近几年也开始引起重视并推广使用，且取得了良好的效果。所以，开展DPA工作对保证整机的可靠性水平有着特殊作用。

对一个批次的元器件抽样进行DPA是对电子元器件二次筛选工作的有益补充。它可以发现二次筛选过程中发现不了的一些缺陷，这种缺陷往往有“批次性”的特点。破坏性物理分析的有效性在于，有些隐藏得很深的缺陷，在试验过程中根本发现不了，但在解剖后却能轻易发现。如继电器水气含量过高，它的失效模式是一种进行式的失效，前期一般发现不了，但随着时间的推移，它会逐渐引起触点的腐蚀，最终导致失效。这种失效模式在二次筛选过程中几乎发现不了，但在做破坏性物理分析的水气含量试验这个项目时却很容易发现。所以DPA的结果往往是做出整批拒收的重要依据之一。

6 电子元器件的失效分析

元器件的失效分析是通过对失效的元器件进行解剖分析，并采用物理和化学等技术手段找出其失效机理(根源)，提出改进办法，从而提高元器件和设备的可靠性。失效分析的内容包括:失效调查、失效模式鉴别、失效特征描述、失效机理证实、提出纠正措施等。对微电路的失效分析程序有20项左右，从外部分析到内部，从非破坏分析到破坏性分析，包括外观检查、电测试、X照相、密封性试验、PIND、开帽，再使用光学、化学、机械、电子等技术分析方法。

航天部门几年来做元器件失效分析总数已达到4000多例，半导体分立器件和集成电路共占总数的72.4%，其中因使用不当原因而造成失效的占总比例的50%左右。

一般对关键和重要元器件的失效或使用过程中发生多次失效而未找到原因的元器件应进行失效分析。在测试、装机、调试等过程中发现元器件的一般失效时，应由有关技术人员和质量控制人员共同进行失效分析，查明失效模式和失效原因，并提出防止重复失效的技术措施或要求。在完成分析判断后应写出分析报告并填写失效元器件数据采集片，连同全部失效元器件交回元器件质量控制部门，根据检验制度作进一步的处理。

发现典型失效或批次性质量问题时，应将失效元器件送交检验分析站进行失效分析，查明失效原因和失效机理。也可根据订货合同的规定，送交元器件生产厂进行失效分析。不论在何处进行分析，用户都必须获得正式的分析报告及处理意见。

7 建立电子元器件的质量跟踪

在产品电装完毕后的组件试验及产品交付后运行过程中的电子元器件质量问题，应及时进行质量分析，甚至进行一些试验来帮助分析。通过这些分析工作查明失效的机理，明确其是固有的质量问题，还是设计问题或使用问题。若是固有的质量问题，则有针对性地向生产厂家提出质量改进要求，在测试、筛选过程中有针对性地加强监控，问题较严重时应及时换型。若是设计、使用问题，则应及时更改设计，在今后的设计和使用中有关人员应避免类似事件的再次发生，提高自己的设计使用水平。

8 建立电子元器件质量数据库

建立电子元器件质量数据库能够比较综合地反映出元器件的质量状态，从中可以看出生产厂家的生产水平、工艺水平，对航天产品选用电子器件可提供相应的质量数据，为一些决策提供依据。据此也可调整供货厂家，有选择地委托特定厂家进行新型元器件研制工作和提出资助技改的建议，从而进一步保证电子元器件的质量。型号总体单位建立电子元器件质量数据库应从以下几方面着手。

⑴型号总体单位的质量和可靠性主管部门建立有专人负责的、采用计算机管理的元器件信息库，将型号分系统收集的元器件信息以及元器件从选用、订购到使用全过程中的重要信息存入信息库，并保证元器件信息的可追溯性。信息应包含元器件的品种、生产厂家、采购数量及采购日期、二次筛选的项目及合格率、经检验部门检验后的合格率、入库日期、用在何种产品上及该产品的质量状态。

⑵承制单位的质量主管部门和设计师系统除将元器件从选用、订购、监制验收、二次筛选、DPA、保管和失效分析全过程的信息存入信息库外，还必须建立能检索元器件去向包括装机元器件和失效元器件信息的信息库。

⑶器件检验站和DPA实验室应分别建立元器件验收、复验、二次筛选和DPA试验的信息库

⑷型号总体单位负责定期组织全型号元器件质量和可靠性信息的交换土作。

数据库应该由质量检验部门建立，采购、试验和研制等部门配合，并提供相应的数据。质量部门利用计算机对数据库进行统计和分析，再将结果反馈至采购、试验和研制部门，据此对元器件的采购、试验、采用进行调整，提高元器件的质景。

9 结语

通过对电子元器件选择到信息管理这种闭环的质量控制，可为设计、管理部门提供必要的信息，用于改进设计的管理，及时有效地对电子元器件进行适时控制，最大限度地对电子元器件的质量进行跟踪，确保航天产品的可靠性水平。