某型制導(dǎo)裝置限幅放大器錫須生長規(guī)律及風(fēng)險評估研究

趙日美 徐敬彬 周劍冰/ 國營長虹機(jī)械廠 94855 部隊

1 研究對象

研究對象為某型制導(dǎo)裝置限幅放大器，組件型號為2yp2г，每個制導(dǎo)裝置中含有6 ～8 個，其作用是限制電壓信號的幅值，避免電壓幅值超出限定范圍而造成電路故障，見圖1。

2 研究思路

國內(nèi)外相關(guān)研究表明，錫須的生長與鍍錫層工藝特點關(guān)系很大，不同鍍錫層工藝形式的錫須生長存在較大區(qū)別，同時錫須的生長過程與經(jīng)歷的時間也存在著對應(yīng)的關(guān)系。

基于錫須生長理論基礎(chǔ)，本次研究基本思路為：

1）選取多個批次制導(dǎo)裝置中的限幅放大器進(jìn)行錫須生長特征參數(shù)檢測，并結(jié)合各批次限幅放大器鍍錫層工藝進(jìn)行分析，考察樣品錫須生長狀態(tài)，對采集的特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，結(jié)合各樣品鍍層工藝情況探索錫須生長規(guī)律。

2）在錫須生長特征參數(shù)檢測中，從錫須生長最嚴(yán)重的批次中選取5 個制導(dǎo)裝置進(jìn)行功能性能檢測，并選擇其中測試合格的2 個制導(dǎo)裝置進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性試驗，根據(jù)檢測以及試驗結(jié)果，綜合評估由錫須導(dǎo)致故障的風(fēng)險，并對試驗后制導(dǎo)裝置上的限幅放大器進(jìn)行解剖分析，確定其內(nèi)部錫須生長狀況，評價試驗對錫須生長的影響。

圖1 限幅放大器

3）對完成環(huán)境適應(yīng)性試驗的制導(dǎo)裝置進(jìn)行模擬掛飛試驗，全程檢測制導(dǎo)裝置功能狀態(tài)，評價分析出現(xiàn)錫須生長的器件在掛飛過程中對制導(dǎo)裝置性能的影響。

4）依據(jù)錫須生長特征參數(shù)檢測分析，采用CALCE SARA 軟件進(jìn)行仿真分析，以預(yù)測評估錫須生長引起的風(fēng)險。

3 樣品抽取原則

為保證檢測數(shù)據(jù)的可信度和可用性，樣品抽取遵循以下原則：

1）所抽取樣品應(yīng)盡量涵蓋貯存時間最長和最短的批次，以保證錫須生長規(guī)律曲線在貯存時間上的覆蓋度。

2）在各批次整機(jī)中抽取樣品時，應(yīng)盡量保證抽取的隨機(jī)性。

4 研究工作項目

4.1 錫須生長特征參數(shù)檢測

錫須生長的特征參數(shù)主要是錫須長度和錫須密度，因此選擇這兩個參數(shù)作為檢測項目，檢測方法參照J(rèn)ESD22A121、GВ/T17359-1998、GВ/T 16594-2008、IPC-TM-650 等標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，詳見表1。

試驗方法如下：

1）采用金相顯微鏡觀察整個樣品的錫須生長情況，分別觀察樣品中的6 個U 型槽框架，測量每個U 型框架上最長的20 根錫須，對每個樣品提取的共120 根錫須長度數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算錫須的長度均值和方差。U 型槽框架形貌及分布見 圖2。

2）利用計算機(jī)觀察樣品每個U 型框架錫須檢測區(qū)域，選取1mm2的窗口進(jìn)行計數(shù)，計算每個窗口內(nèi)的錫須根數(shù)，得到該樣品的錫須密度數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4.2 鍍錫層工藝分析

1）綜合評價各批次樣品鍍錫層工藝情況，分析鍍錫層工藝對錫須生長的影響。對圖2 中的樣品進(jìn)行鍍錫層工藝分析，采取的分析試驗項目見 表2。

2）分析結(jié)果

據(jù)檢測發(fā)現(xiàn)，U 型槽框架基材為黃銅，表面鍍覆兩種不同的鍍錫層（有鉛/無鉛），推測為在無鉛鍍層局部因組裝等工藝需求制作了有鉛鍍層，錫須較多地生長在無鉛鍍層表面或鉛偏析明顯的位置。從鍍層表面分析及金相切片分析試驗來看，各樣品所用工藝并未見明顯差異。典型的分析圖片見 圖3、圖4。

表1 錫須特征參數(shù)檢測依據(jù)

圖2 樣品U型槽框架分布圖

表2 鍍錫層工藝分析試驗項目

4.3 環(huán)境適應(yīng)性分析

為評估整機(jī)貯存使用過程和錫須生長可能產(chǎn)生的風(fēng)險，以環(huán)境試驗的形式模擬整機(jī)掛機(jī)飛行的實際情況，主要考核經(jīng)歷的振動環(huán)境導(dǎo)致錫須斷裂脫落引發(fā)故障的風(fēng)險。選取貯存時間最長、錫須生長實測較為嚴(yán)重的批次制導(dǎo)裝置產(chǎn)品進(jìn)行功能測試，選取2 件測試合格的制導(dǎo)裝置進(jìn)行環(huán)境試驗。將限幅放大器安裝在測相分機(jī)上再裝配于制導(dǎo)裝置內(nèi)，開展模擬掛飛振動試驗和沖擊試驗，試驗前后和試驗中都對制導(dǎo)裝置功能進(jìn)行測試。2 件制導(dǎo)裝置在環(huán)境試驗中和試驗后的性能測試均合格。對2 件完成模擬掛飛振動試驗和沖擊試驗的制導(dǎo)裝置進(jìn)行實時監(jiān)測模擬掛飛試驗，試驗過程中制導(dǎo)裝置工作正常。

5 結(jié)論

1）各批次限幅放大器內(nèi)腔U 型槽壁上均存在錫須現(xiàn)象。經(jīng)測試分析，各樣品錫須長度、密度均有所差別。所有批次樣品U 型槽壁鍍層采用的工藝均為無鉛鍍層和有鉛鍍層的混合工藝，推測是在無鉛鍍層局部因組裝等工藝需求制作了有鉛鍍層。通過鍍層晶粒分析、鍍層切片金相分析和鍍層成分分析等試驗，未發(fā)現(xiàn)各批次樣品U 型槽壁鍍層工藝方式有明顯差別。各樣品所檢測到的錫須主要分布在無鉛鍍層區(qū)域或鉛偏析明顯的位置，發(fā)生錫須生長的現(xiàn)象與器件內(nèi)部存在無鉛工藝錫鍍層有關(guān)。

2）各批次限幅放大器錫須生長的長短、密度等特征信息與器件所在整機(jī)的批次無明顯對應(yīng)關(guān)系，與器件本身的生產(chǎn)批次也無明顯對應(yīng)關(guān)系。鍍層工藝分析表明各樣品采用的鍍層工藝形式無明顯區(qū)別。本次分析研究未發(fā)現(xiàn)所試驗的樣品錫須生長與貯存時間之間存在明顯規(guī)律，其錫須的生長趨勢可能與不同批次器件的具體工藝過程、裝配過程及經(jīng)歷條件等因素有相關(guān)性，各器件具備不同的工藝特征及經(jīng)歷背景，導(dǎo)致了器件錫須生長的差異。

圖3 N30586樣品鍍錫層截面的代表性SEM照片及EDS能譜圖

圖4 N30586樣品鍍錫層表面的SEM照片及EDS能譜圖

3）未發(fā)現(xiàn)錫須生長規(guī)律與器件生產(chǎn)年限、整機(jī)批次及其貯存時間存在明顯對應(yīng)關(guān)系。

4）本次研究中在樣品解剖分析過程和環(huán)境試驗過程中均未發(fā)現(xiàn)因相關(guān)器件錫須生長導(dǎo)致制導(dǎo)裝置失效。對于錫須斷落的樣品，在進(jìn)行實時監(jiān)測的模擬掛飛試驗中，未見功能異常。