航天产品电子元器件的可靠性控制

        航天产品的质量和寿命取决于产品设计、研制生产和试验全过程的可靠性,而电子元器件的可靠性又是整个设备可靠性的基础。由于航天产品的不可维修性,有可能因为一个小小的电子元器件的失效而导致整个航天产品的失效,航天系统多年以来的经验教训足以证明这一点。

　　所谓电子元器件,是指在电子电路或电子设备中执行电气、电子、电磁、机电和光电功能的基本单元,能够完成规定的功能,由1个或多个单元组装而成,在不破坏的情况下一般不能分解。文中的电子元器件包括电阻、电容、电感、电线电缆、微电路、半导体分立器件、开关、继电器、电连接器、电池、磁性元件等。本文结合某航天产品研制过程中的情况,对航天产品的元器件质量保证流程进行了分析和探讨。

1、航天产品的发展对电子元器件的要求

　　目前,航天事业的发展进入了一个新的发展阶段。随着载人飞船的发射成功,新一代航天产品的研制生产也正在逐步展开。例如,
星载SAR(合成孔径雷达)具有全天时、全天候的特点和一定的穿透能力,已成为对地观察的重要手段,而相控阵体制的SAR更是代表当今世界的最新发展趋势和最新技术水平。在研制采用一维相扫相控阵体制SAR的通信卫星时,这些新的航天产品对电子元器件在技术、品种、数量上,特别是在质量、可靠性、寿命、小型化和低功耗等技术指标上提出了更新、更高的要求。

2、充分认识电子元器件在航天产品中的地位

　　电子元器件是航天产品不可缺少的重要组成部分,是其赖以提高性能和可靠性水平的重要技术基础之一。航天事业发展的历程告诉我们,电子元器件的性能、质量与可靠性是航天产品成败的关键性因素之一。据有关资料介绍,20世纪90年代,航天系统曾开展过一次质量清理整顿工作,对20多个型号在研制试验中暴露出来的3000多个问题进行了统计分析,其中设计方面约占25.1 % ,制造 (含工艺)方面约占24 % ,
电子元器件方面约占26 % ,管理方面约占15 % ,其他约占10 % 。从上述比例看,电子元器件存在的质量与可靠性问题所占的比例最高,成为制约航天产品发展的主要问题之一。例如: 在某航天产品初样研制阶段共使用元器件92项,失效的有11项;初样产品在出所前的研制过程和出所后整星联调时发生的32项问题中,15项为元器件问题,特别是出所后整星联调时发现13项问题,就有8项为元器件问题。因此,航天产品的领导者、管理者、设计者和生产者都必须高度重视电子元器件生产、供应和使用中存在的问题。

3、存在的主要问题

　　在航天产品的研制中,存在的主要问题有:

a)设计师系统在选用元器件时,只注重元器件的功能和技术指标,对质量等级和可靠性要求没有给予应有的重视,尤其在选用进口器件时,对正样产品元器件的继承性考虑不够。

　　b)物资采购情况不理想。采购进度无法与产品的要求相匹配, 因物资采购而造成相当长的生产周期损失;而且电子元器件出现质量问题时, 不能及时与供应商取得联系, 对失效器件进行分析归零, 导致在质量和进度两方面无法完全适应航天产品要求, 对产品研制造成了一定的阻碍。

　　c)在元器件的监制、验收、复验和补充筛选过程中, 存在一些管理方面的问题。例: 采购员在订货合同中未注明质量保证单位, 导致部分元器件未经监制就完成了生产;部分器件未按航天产品元器件的验收办法进行验收、管理, 导致出现问题时无法追溯原因;某些环节上的程序不十分明确, 造成了一定的混乱等。

　　d)元器件在使用过程中出现失效后的处理要求不明确, 例如元器件失效情况的记录、失效器件的保管和传递、送交失效分析机构进行失效分析的程序和所需信息等, 以致造成失效信息散乱、失效器件保管不善的情况, 给失效元器件的归零工作带来很大的困难。

　　针对上述问题, 必须制定航天产品电子元器件的可靠性控制方法并认真贯彻落实, 才能规范航天产品研制过程中的电子元器件管理, 推动航天产品的质量更上一个台阶。

4、电子元器件的质量保证

　　元器件的质量保证是航天产品质量保证的重要组成部分, 包括生产过程的质量保证和非生产过程的质量保证 (或称应用领域的质量保证)两部分。元器件质量保证流程包括: 选用、采购、监制、下厂验收、到货检验、补充筛选、特殊试验、发放、贮存和传递、装联、调试、整机现场使用、失效分析、质量反馈等过程。

4.1元器件保证大纲

　　航天产品方案论证阶段结束后应编制元器件保证大纲, 作为产品研制阶段组织实施和监督检查元器件保证工作的依据。元器件保证大纲在各个研制阶段有不同的内容和要求, 因此, 各个研制阶段需要修订元器件保证大纲。首先要落实元器件保证大纲应包括的主要内容, 明确拟制单位以及检查执行情况的方法。

4.2元器件的合理选用

　　根据元器件在电路中的使用特性进行设计分析并合理选用元器件, 是航天产品元器件可靠性的基础。要明确设计师系统选用元器件的基本准则, 如降额使用、容差设计、质量等级以及质量等级的继承性等。特别要考虑航天产品用元器件的特殊环境适应能力, 例如热设计方案、静电敏感元器件静电敏感度的选择和半导体器件的辐射强度保证 (RHA)等级的选择。设计师系统在依照元器件选用准则选择元器件时, 应首选型号产品优选目录内的元器件, 如选用目录以外的厂点和产品时, 必须按航天产品的规定填写选用目录外电子元器件申请表并签署完整后, 上报总体单位, 经总体单位评审、批准返回后方可选用。

4.3规范采购与库存管理

　　按照航天系统要求, 元器件采购必须按照“走规定渠道, 赶阶段计划, 抓质量保证”的原则, 由有关厂 (所)编制元器件采购文件, 经型号总体组织专门审查。然后, 型号总体统一组织有关厂 (所), 按照通过审查的采购文件签订订货合同。元器件采购应贯彻“保证质量, 控制进度, 节省经费, 尽量集中”的方针, 变单纯买卖元器件为积极主动参与元器件的质量管理。要明确采购文件的组成、采购清单的评审要求和采购标准或规范的主要内容。元器件的库存管理直接关系到元器件的使用质量, 因此要明确元器件的贮存条件、库房的管理要求, 建立元器件发放制度, 提出对失效元器件的管理要求。

4.4元器件的监制、试验和验收

　　按《中国航天工业总公司航天型号用元器件质量管理规定》要求, 元器件质量管理必须全面贯彻“统一组织、源头抓起、严格管理、照章办事”的原则, 元器件质量管理工作实行总公司、型号总体院 (基地)和厂 (所)三级管理, 以型号总体院 (基地)为主的原则。型号总体院 (基地)必须对型号配套的所有分系统用元器件的质量进行统一监控。由航天科技集团公司电子元器件可靠性中心具体实施管理, 把好电子元器件入口关、检验关、使用关。其主要职责为: 负责电子元器件下厂监制和验收、到货检验、补充筛选、签发装机合格证、失效分析等;负责电子元器件可靠性数据的采集和处理, 并及时向用户反馈电子元器件质量信息;按照航天总体的其他规定实施电子元器件质量控制。元器件的生产、试验和验收, 是保证元器件质量的重要环节, 也是航天产品元器件可靠性的关键控制点, 其过程控制的好坏决定了元器件的固有质量。电子元器件按功能划分, 有电子元件、分立器件和微电路等;按采购渠道划分, 有进口和国产元器件之分;按产品成熟性划分, 有货架产品和新品器件。不同元器件有不同的控制要求, 在下厂监制和验收、到货检验时应有不同的处理方法和程序。因此, 应将元器件分门别类地进行划分, 规定各类元器件的监制方式、特殊试验要求和验收办法, 并明确相应的程序和执行单位或部门。

4.5补充筛选 (二次筛选)管理

　　对于验收合格的元器件, 必须根据实际产品对元器件质量控制要求进行补充筛选 (二次筛选), 按照不同产品的不同阶段明确补充筛选的要求、委托单位、委托程序和补充筛选后元器件的处理办法。

4.6破坏性物理分析

　　元器件DPA(破坏性物理分析)的主要目的是要防止有明显或潜在缺陷的元器件装机使用。除用于元器件的质量鉴定外, 在航天产品中, 还用于元器件的验收、装机前元器件的质量复查、元器件超期复验以及元器件的失效分析。在一般产品上, DPA通常用于已装机元器件的质量验证。在航天产品上, DPA必须在元器件装机以前完成, 因此, 需明确航天产品用元器件进行DPA的时机、DPA的试验项目、实施DPA的机构、DPA的数据记录要求和DPA结果的处理方法。

4.7元器件的装机控制

　　元器件在装配过程中的质量控制也是元器件可靠性控制的重要环节之一。必须对操作和检验提出明确的控制要求, 特别是对于装配、调试过程中出现的失效元器件, 一定要详细规定处理程序、处理方法和责任部门, 以确保装配、调试过程中元器件的质量控制。

4.8元器件的失效分析方法

　　元器件失效分析的主要任务是对失效的元器件进行必要的电、物理、化学的检测, 并结合元器件失效前后的具体情况及有关技术文件进行分析, 以确定元器件的失效模式、失效机理和造成失效的原因。通过失效分析可以发现失效元器件的固有质量问题, 也有可能发现元器件因不按规定条件使用而失效的使用质量问题, 通过向有关方面反馈, 促使责任方采取纠正措施, 提高元器件的固有质量或使用质量。相对来说, 失效模式的确定比较简单, 而确定失效机理的难度较大, 分析人员必须掌握元器件的设计、工艺和有关的理化知识, 并有一定的实践经验。此外, 还要具备较复杂的仪器、设备。在明确失效机理后, 还必须找出失效原因, 才能避免重复失效, 提高元器件的固有质量或使用质量。但根据失效机理确定失效原因, 往往涉及失效现场和责任人等具体情况, 确定起来有相当大的难度。因此, 首先要确定进行失效分析的单位, 规定提交失效分析的程序和失效信息, 以及产品研制各阶段失效元器件的失效信息记录要求等, 然后, 根据失效分析的结论, 对引起失效的原因进行归零处理。若为设计缺陷, 应和生产厂家一起找出问题所在并进行改进;若为操作失误, 必须严格操作规范, 避免引入人为的失误。从而达到失效分析的目的, 使器件制造和生产操作更上一个台阶。

4.9元器件质量信息的管理

　　在元器件选用、采购、监制和验收、筛选和复验以及失效分析5个质量保证环节中, 存在大量的元器件质量信息, 例如, 选用目录外元器件的规格、型号、生产厂商、质量等级以及在航天产品上的使用情况;国内新品器件的研制厂家及新品器件使用情况;进口器件的质量保证情况;元器件失效分析报告和处理情况等。这些信息对于从事航天产品研究的单位来说都是极大的财富, 应该建立起航天产品元器件信息库, 以积累宝贵的经验, 为后续航天产品的的研制提供服务。要建立航天产品元器件信息库, 就要明确管理信息库的相应部门, 规定信息库中收集、处理和保管元器件信息的种类、保管信息的时间、提供信息的方法。

5、结束语

　　航天产品电子元器件工作的落脚点就是为航天产品提供符合质量与可靠性要求、价格合理、性能优越的产品。在满足质量与可靠性要求的前提下, 综合考虑技术指标和经济指标。质量与可靠性既密切相关, 又有区别;既有理论方法问题, 更主要的又是工程实践问题。因此, 要进行质量与可靠性的理论方法研究, 探索提高航天电子元器件质量与可靠性的技术途径和方法, 对经过实践证明行之有效的质量与可靠性管理办法要坚定不移地贯彻执行。这样才能保证我国航天产品的质量与可靠性得到不断的提升。