軍工產品電子元器件的選用探討

【摘要】隨著現代武器裝備的不斷完善和發展，各種軍工產品電子元器件尤其是微電子器件在軍工產品裝備上的應用越來越廣泛，電子元器件的選擇和使用就日益顯得重要。本文結合軍工產品用電子產品元器件選擇和使用的實際情況，著重就元器件選擇和使用過程中的采購、篩選、破壞性物理分析以及失效分析進行了探討，給出了軍工產品用電子元器件的選擇和使用準則。

【關鍵詞】軍工產品電子元器件；破壞性物理分析；失效分析

1.引言

眾所周知，電子元器件是電子、電器系統的基礎部件，是能夠完成預定功能且不能再分割的電路基本單元。由于電子元器件的數量、品種眾多，因此它們的性能、可靠性等參數對整個軍工產品用電子產品的系統性能、可靠性、壽命周期等技術指標的影響極大。所以正確有效地選擇和使用電子元器件是提高軍工產品可靠性水平的一項重要工作。

電子元器件是電子產品的重要組成部分，是電子產品的基本單元，其可靠性直接關系到整個產品。因此，元器件的可靠性保證產品可靠性的重要環節之一，同時也對加快產品研制進度、保證研制質量、節約研制經費、降低綜合保障費用和壽命周期費用都有重要意義。

電子元器件的可靠性分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性主要由設計和制造工作來保證，這是元器件生產廠的任務。但是國內外失效分析資料表明，有近一半的元器件失效并非由于元器件的固有可靠性不高，而是由于使用者對元器件的選擇不當或使用有誤造成的。因此為了保證武器裝備軍用電子產品的可靠性，就必須對電子元器件的選擇和使用加以嚴格控制。

2.電子元器件的基礎知識

2.1 元器件的分類

顧名思義元器件可分為元件和器件2大類。元件中有電阻、電容、電感、繼電器和開關等；器件可分為半導體分立器件、集成電路以及電真空器件等。

2.2 元器件的質量等級

元器件的質量等級是指元器件裝機使用之前，按產品執行標準或供需雙方的技術協議，在制造、檢驗及篩選過程中對其質量的控制等級。質量等級越高，其可靠性等級就越高。

3.電子元器件的選擇

元器件的選擇不當會造成所購買的元器件可靠性水平不符合要求，從而影響到系統的可靠性，因此必須對元器件的選擇進行控制。

3.1 元器件的選擇原則

元器件有如下選擇原則：

（1）元器件的技術性能應滿足產品要求。環境適應性應符合軍品要求。

（2）元器件的質量等級應符合產品的要求。

（3）考慮降額的要求。

（4）優先選用成熟的、質量穩定的、可靠性高的、有發展前途的和能持續供貨的標準元器件。

（5）優先選用國產元器件，尤其是選用軍用合格產品目錄上的元器件以及已通過ISO9001認證的元器件生產廠家生產的元器件。

3.2 國產元器件的選擇順序

（1）選擇經過認證、鑒定的符合國軍標的元器件。

（2）選擇經過考驗，符合要求，能夠穩定供貨的“七專”定點生產廠家生產的元器件。

3.3 進口元器件的選擇順序

在選擇進口器件（尤其是美國進口器件）時，應慎之又慎。一是政治等原因，國外禁運元器件時有發生；二是國外市場變化較大，特別是美國軍品斷檔已對我國許多產品的生產、維修產生了影響。選擇順序為：

（1）選擇國外權威機構的QPL/PPL中的元器件。

（2）選擇生產過程中經過嚴格老煉篩選的高可靠元器件（如集成電路883

級及其以上級，半導體分立器件為JANTX及其以上級）。

（3）選擇經過二次篩選的、DPA合格并符合軍用溫度范圍的工業級器件。

（4）避免繼續選用國外已停止生產的“斷檔”軍品。

美國的軍品微電子器件斷檔，即指美國的軍品微電子器件的大量品種不再生產或即將不再生產，美國給以專門定義：“生產單位正在消失和材料短缺”（Diminishing Manufacturing Sources andMaterial Shortages），簡稱為DMSMS。從2002年11月～2004年2月1日，據不完全統計，美國軍方已發布斷檔通告24份，發布已斷檔和將要斷檔的電子元器件品種已達32906種（對每一品種均有型號、生產廠和斷檔日期等詳細資料），其中微電子器件占主要部分。值得注意的是，在2003年11月前，斷檔信息每月公告一次，從2003年11月中旬后則改為每周公布一次，這也說明美國軍方對斷檔信息的迫切性。對于我國設計者來說，應進一步提高對國外斷檔軍品的認識。

3.4 編制元器件優選目錄

作為型號總體單位，應制定元器件優選目錄，并根據優選目錄在產品設計中壓縮型號所選用的元器件品種和規格，控制元器件的質量等級，更好地保證元器件的供貨質量，更有利于綜合后勤保障。

3.4.1 編制過程

（1）成立編制組；（2）調研收集元器件使用要求，國內元器件生產廠質量情況及國外元器件情況；（3）了解國外元器件最新“斷檔”軍品情況；（4）編制征求意見稿；（5）匯總分析各種意見；（6）經審查后由總體單位發布。

3.4.2 動態管理

依據產品研制生產階段中元器件使用品種的變化情況、元器件生產廠家的產品及其質量狀況變化情況、元器件使用過程中的信息反饋進行動態管理，如上述情況變化較大，則應進行優選目錄的改版工作。

4.軍工產品用電子元器件的選擇和使用

軍工產品中電子產品占了極大的比重，電子元器件是電子產品的最基本單元，電子產品可靠與否決定于電子元器件的可靠性，沒有高可靠性的電子元器件，設計再好的電子產品也難以發揮其作用，尤其在軍工產品中，對電子元器件的質量要求高于民用級和工業級。因電子元器件失效而導致裝備可靠性下降，甚至報廢的事例并不少見，有數據統計，在20世紀40年代，美國運往遠東地區的裝備中，60%的機載設備不能使用；50%的電子設備尚處在儲存期間就已經失效。其主要原因是電子管的可靠性太差。在海灣戰爭和科索沃戰爭中，美國均出動了大批的”阿帕奇”武裝直升機，但由于該機的許多零部件，包括大量的電子元器件的可靠性不能適應海灣地區沙漠風暴和科索沃地區陰雨潮濕天氣等氣候條件，多次造成該機失事。因此，在電子產品的研制過程中，應從元器件的選擇、元器件生產廠家的選擇、元器件內在質量評價、二次篩選、電裝后的質量跟蹤、建立元器件質量數據庫等環節入手，形成一種閉環控制系統。

能否正確使用元器件已成為影響軍工產品用電子元器件、設備、系統可靠性的重要問題，應當引起使用者的高度重視。

4.1 元器件的選擇和使用全過程流程圖

元器件使用全過程包括選擇、采購、監制、驗收、篩選（拷機）、破壞性物理分析（DPA）、保管、使用、電氣裝配、通電調試、靜電防護和失效分析等。

4.2 元器件的采購

采購環節是保證元器件能否滿足設計要求的一個重要環節，因此型號各系統、分系統和設備的承制單位應注意以下幾點：

（1）承制方應編制外購元器件的技術標準和進廠復驗規范，其標準應和現行有效圖樣相一致。

（2）承制方應編寫元器件的采購清單，包括元器件的名稱、型號、規格、精度及數量；元器件的質量等級、使用標準及生產廠家；元器件的封裝形式、安裝形式和使用環境、元器件的包裝和運輸要求。

（3）承制方在進行元器件采購時應注意在合格分承制方名錄中進行，需進行越點采購時應辦理相應的審批手續。

（4）在實際采購中如何對規定的質量等級進行對采購，是確保產品高可靠的關鍵。對元器件實際生產型號（包括前、后綴）、質量等級、封裝形式完全與圖紙設計一致的元器件直接采購。對某些前、后綴有變化、質量等級不清的元器件，在采購時應首先確定其生產執行標準。在元器件的標準中，一般都規定了元器件在制造、檢驗及篩選過程中的質量控制標準，按此不同控制標準組織生產和管理的產品，具有不同的質量等級。據此，產品生產執行標準是劃分其質量等級的主要依據，若其生產標準符合規定質量等級的生產標準，則認為該元器件達到了規定的質量等級。其次，應明確元器件的質量系數πQ，通過其質量系數可計算出該元器件的失效率，只要失效率滿足該元器件所分配值，則認為該元器件達到了規定的質量等級。

4.3 元器件的二次篩選

元器件的二次篩選是保證質量和可靠性的重要手段。一般來講，對軍工產品要求100%的進行元器件的二次篩選，包括883B級以及“七專”級。當承制單位將元器件采購回廠里后，應按照“型號用元器件二次篩選規范”進行二次篩選。當元器件二次篩選不合格率超過規定的比例時，該批元器件不允許裝機使用。在二次篩選過程中，對不具備篩選條件的元器件（如大規模進口集成電路），可采用拷機（即對不具備篩選條件的元器件裝配到電路板中，進行溫度應力或電應力長時間試驗）的方法進行。

4.4 元器件的破壞性物理分析（DPA）

在元器件二次篩選合格后，對前期質量不穩定類、生產工藝有較大改進類元器件應進行破壞性物理分析（DPA——Destructive Physical Analysis）試驗。重點是對具有空腔的半導體分立器件和半導體集成電路開展此項工作。其目的是驗證元器件的質量是否滿足有關規范的用途或預定用途。DPA一般在一批元器件中抽取1～2支試樣進行一系列的試驗和分析，并做出批合格與否的結論。這對保證使用的元器件質量和可靠性具有重要作用。

4.5 元器件的失效分析

在調試和組件環境應力篩選過程中發現關鍵和重要元器件的失效或在使用中發生多次失效而未找到原因的元器件，應進行元器件的失效分析。元器件的失效分析是通過對失效的元器件進行解剖分析，并采用物理和化學等技術手段找出其失效機理，提出改進辦法，從而提高元器件的可靠性。失效分析包括失效調查、失效模式鑒別、失效特征描述、失效機理證實和提出糾正措施等。對集成電路的失效分析有20多種，從外部分析到內部分析，從非破壞性分析到破壞性分析，再使用光學、化學、機械和電子等技術手段進行分析。

4.6 元器件的選擇和使用準則

電子產品出現的故障，拋開設計因素，電子元器件往往是引發故障的主要原因。這類故障又可分為兩類：一是故障并非源于元器件本身的質量問題，而是由于使用者選擇不當所致；二是故障源于元器件本身的質量問題。其中第一類故障占大多數。因此，加強電子元器件選用過程的質量控制具有重要意義。

4.6.1 元器件選擇準則

（1）二、三極管盡量避免選擇鍺管，可選擇硅管；

（2）國產塑料封裝集成電路不能用于軍品；

（3）電阻RJ1～RJ7系列不能選用，因其磁管為空心的，易在振動條件下裂開，可用RJK24 ～RJK26或RJ13、RJ14代替；

（4）電容中的CA30因貯存后易漏液不可用，可用CA35型；

（5）繼電器要選用金屬封裝、密封型，不允許并聯降額使用。

4.6.2 元器件正確使用準則

在按流程進行元器件的使用時，還應在元器件的正確使用上下大氣力。

（1）深入掌握所使用元器件的技術性能，嚴格控制新器件的使用。

（2）有意識地降低元器件的工作應力（電、熱、機械應力），使實際使用應力低于其規定的額定應力。降額設計可參考GJB/Z35《元器件降額準則》。

（3）為防止電子元器件的熱失效，在元器件的布局和安裝過程中必須采取有效的熱設計和環境保護設計。

（4）為解決靜電帶來的器件失效，在器件設計和使用上必須采取防靜電措施。如在器件輸入端加上防靜電損傷的保護網絡，操作場所必須采取防靜電措施等。

（5）在調試過程中應注意儀器、儀表的正確使用。如儀器儀表要正常接地等。

（6）正確地貯存和保管元器件。如保持適宜的溫度、濕度；防止有害氣體的存在等。

5.結束語

軍工產品用電子元器件的正確選擇和使用，對于控制元器件的失效，提高軍品的質量和可靠性有著極為重要的意義。近些年來，我們從元器件的源頭質量抓起，嚴格控制元器件使用的各個環節，在產品試驗過程和生產過程中取得了良好的效果，帶來了巨大的經濟和軍事效益。

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