元器件二次篩選方案的制定

馬 萍

（中國船舶重工集團有限公司第七一○研究所，湖北宜昌 443000）

0 引言

篩選試驗是指為選擇具有一定特性的產品或剔除早期失效產品而進行的試驗。元器件生產廠在交付前按照產品規范對元器件進行的篩選試驗稱為“一次篩選”。當一次篩選的元器件質量不能滿足使用方的可靠性要求，或生產方未進行篩選時，使用方根據使用要求對元器件進行的篩選稱為“二次篩選”[1]。元器件的二次篩選是提高元器件使用可靠性的主要方法和途徑。

1 元器件二次篩選的必要性和現狀

元器件的質量是整機質量的基礎，元器件的失效會導致整機產品失效，甚至造成重大損失。目前，國內某些元器件的生產水平與使用要求存在差距，即使生產廠一次篩選過的器件也不一定能滿足整機產品研制生產的需求，甚至有些器件沒有經過篩選，進口元器件是否篩選尚不能確定。軍用整機產品對元器件的使用有嚴格要求[2]，對某些可能不適應整機使用環境條件的元器件，或有潛在缺陷及問題的元器件必須剔除，才能保證整機產品的可靠性。因此，除了通過加強元器件的選購質量控制[3]和使用設計[4]，提高元器件的使用可靠性外，元器件二次篩選也是提高元器件使用可靠性的重要措施之一，是元器件質量保證的主要手段，對整機產品的可靠性保證有著重要意義。

當前，許多整機研制生產廠的二次篩選方案是依據有關元器件篩選的國家標準、軍企標準等裁剪而成。某些單位為了節省成本和時間，只選擇少量篩選項目，沒有達到篩選目的；有些單位認為篩選越嚴越好，盲目照搬標準或隨意增加篩選項目，不僅增加了篩選成本，而且造成元器件損傷[5]。這些做法，使元器件的二次篩選變得收效甚微，有時還可能帶來負面效果。

綜上所述，元器件二次篩選試驗是保證整機產品可靠性的重要環節，而合理的二次篩選試驗方案是二次篩選試驗效果實用性的保證，因此，如何制定元器件二次篩選方案是一個值得探討的問題。

2 元器件二次篩選方案制定方法

2.1 確定篩選項目

元器件常規篩選試驗項目主要有外觀檢查、溫度循環、高溫貯存、功率電老練、機械環境應力（包括機械沖擊、振動加速度、恒定加速度）、密封性試驗、電性能檢測等。特殊環境篩選試驗項目有抗輻射、冷熱超高溫真空、鹽霧、霉菌、油霧等[6]。每個試驗項目都針對一定的缺陷（失效模式），同一失效模式可采用多個試驗項目篩選。元器件篩選項目的確定主要遵循以下原則。

（1）根據產品總規范的要求，按照有關元器件國家標準、軍用標準和企業標準等相關標準選擇篩選項目。

（2）針對整機產品使用環境條件和要求，以使用時可能產生的失效模式和失效機理為切入點，選擇對早期失效有重大影響的項目，避免同一種元器件不管在什么地方使用，均采用同一項目篩選的做法。

（3）根據元器件生產過程中人為因素或原材料、生產工藝、設備條件的波動等造成的缺陷（失效機理）選擇有效的篩選項目。

（4）不僅要具有理想的篩選效果，還要有較好的經濟性，避免盲目增加篩選項目導致成本增加。

例如，對于在熱帶海洋環境的產品，潮濕、溫度變化帶來的失效機理很大，溫度循環、密封性試驗等就是重點篩選項目，但密封性試驗是針對有空腔的器件，其他器件則不需要做。而對于貯存期長、工作時沖擊力強的整機產品，如導彈類貯存環境的溫度和發射時的沖擊力對元器件的影響很大，那么高溫貯存、溫度循環、機械沖擊等篩選就很重要。對于航空型號中地面輔助設備上的元器件，做機械應力的篩選意義不大。

因此，確定元器件篩選項目時首先要考慮整機的使用環境條件和要求；其次是元器件生產過程中可能產生的缺陷；最后是選擇篩選試驗項目要考慮經濟性。

圖1 元器件失效率的可接受水平和篩選應力量值

2.2 確定篩選應力量值

元器件質量等級（失效率）要求是確定元器件篩選應力量值的先決條件。不同的使用環境條件，不同質量等級（失效率）要求的元器件，其篩選應力量值也不同。圖1所示為元器件失效率的可接受水平和篩選應力量值（包括溫度值、篩選時間）的關系，篩選應力強度高、時間長，元器件的失效率可達到較低水平。也就是說，要求元器件失效率低 （質量等級高），就要適當提高篩選應力量值。

篩選應力量值是在掌握元器件失效模式、失效機理和失效分布規律的基礎上，通過大量摸底試驗確定，這需要耗費大量的時間和經費。為了縮短篩選時間、節約經費，通常在不改變失效機理的條件下采用恒定應力或步進應力加速試驗法，通過加速暴露缺陷，在較短時間內獲得加速應力下的試驗數據，并運用數學模型和推算，得出加速應力量值。例如，根據剖面加速系數定義公式AFP=tpn/tpa，以及溫度循環剖面加速系數公式[7]為：

式中：λpn為基準應力下剖面失效率；λpa為加速應力下剖面失效率；Rn為基準應力下溫度范圍；Ra為加速應力下溫度范圍；vn為基準應力下溫變速率；va為加速應力下溫變速率。

計算出給定加速應力條件下的篩選時間，或根據要求的篩選時間計算所需加速應力。不論采用什么方法確定篩選應力量值，都應遵循以下原則：所施加的應力量值能有效地激發早期失效，又不能使產品產生新的失效模式，損壞正常器件；去除施加的篩選應力后，不能使產品留下殘余應力，影響產品壽命。

綜上所述，確定篩選應力量值的方法如下。

（1）依據元器件失效機理，通過加速應力試驗，使用數學模型和推算確定應力量值。

（2）借用類似試驗數據，或積累的試驗數據，采用統計和作圖方式，得出元器件失效率與應力強度的分布關系，由定性到定量的方式確定篩選應力量值。

（3）按元器件質量等級（失效率）和用戶要求，依據相應標準確定應力量值。

2.3 確定篩選項目順序

合理的篩選順序不僅能盡早激發早期失效，而且節約時間和成本。通常按如下原則進行[8]。

（1）對早期失效檢測，最有效和最經濟的篩選項目先做。

（2）把能觸發其他失效模式發生的失效模式篩選放在前面。

（3）對同一種失效模式采用不同篩選項目進行篩選時，首先考慮觸發失效的概率，觸發失效概率大的篩選項目先做。

（4）從經濟性和時間性考慮，操作簡單、便宜、用時短的項目先做。

（5）測試順序通常是把測試時會對元器件其他特性參數產生影響的參數測試放在前面，功能參數最后測試。例如：對有耐壓和絕緣電阻，或對擊穿電壓和漏電流有測試要求的元器件，耐壓或擊穿電壓先測，絕緣電阻或漏電流后測，最后測試功能參數。

3 結束語

本文針對當前有些二次篩選方案制定不當造成缺陷元器件未被剔除，或正常器件被損傷影響二次篩選效果的現象，提出了制定元器件二次篩選方案的原則。運用本原則制定元器件二次篩選方案，可有效提高元器件二次篩選試驗效果，有助于保證元器件的可靠性，進而保證整機產品的可靠性。