車載系統T/R 組件強化試驗技術應用

楊意，閆偉，單軍勇

（西安電子工程研究所，西安 710100）

引言

可靠性強化試驗（ Reliability Enhancement Testing，RET）是近些年來提出的一種新的高效可靠性試驗技術，是通過對產品施加單一或綜合的極限環境應力，快速激發出產品的潛在缺陷，再對缺陷進行分析、改進、驗證、落實這么一個循環迭代的過程，提高產品的耐環境能力，進而提高其環境適應性、健壯性及可靠性。車載系統T/R 組件是車載系統的核心部件，是一種具有收發功能的復雜微波混合集成電路功率模塊，因此將可靠性強化試驗應用于車載系統T/R 組件的研制中，來提高車載系統T/R 組件的可靠性水平，就是一個值得探討的問題[1]。

1 可靠性強化試驗剖面確定原則

可靠性強化試驗剖面確定應遵循以下步驟及原則制定。

1.1 尋找有效激發受試組件潛在故障隱患的敏感應力

典型的環境因素包括高溫、低溫、振動、濕度、低氣壓、溫度循環等，某些應力在激發產品內部缺陷方面特別有效，例如：溫度和隨機振動。但由于每個產品都有其不同的材料、結構、工藝特點，對不同的產品其激發的敏感應力會有所不同。可靠性強化試驗環境應力應涵蓋最敏感的環境應力，同時遵循簡單到復雜，利于故障分析的原則。

通過對多種型號車載系統T/R 組件在環境應力篩選、常溫試驗、環境適應性試驗、可靠性試驗、隨雷達整機的外場試驗以及實際使用的責任故障信息進行匯總分析，車載系統T/R 組件出現的故障與溫度、振動、綜合環境應力、電應力的關系最為密切，造成的故障占了總故障的大約88%。 因此車載系統T/R 組件強化試驗主要選取溫度、振動、綜合應力、電應力作為主要應力。

1.2 尋找最低考核應力條件[2]

最低考核應力條件即被試組件完成可靠性強化試驗要達到的溫度、振動應力的最低量值。下面將逐項進行分析確定：

1.2.1 溫度步進應力試驗截止條件確定

溫度步進應力試驗截止條件的確定可綜合國內外電子產品可靠性強化試驗中規范推薦的值、軍工型號產品故障統計分析等資料，結合車載系統T/R 組件特點及典型溫度環境條件，最終確定低溫步進應力試驗及高溫步進應力試驗的截止條件分別為-80 ℃和110 ℃（微波部件80 ℃）。

1.2.2 振動步進應力試驗的截止條件確定

振動步進應力試驗的截止條件確定參考國內外同類可靠性強化試驗規范推薦的值，結合國內多個軍工型號可靠性強化試驗經驗，還需考慮車載典型振動環境振動頻率范圍為（5 ～500）Hz 之間，以及隨機振動均方根加速度值，確定50 g 為振動步進應力試驗的截止條件。

1.2.3 快速溫循參數確定

按照國內外可靠性強化試驗研究結果及可靠性強化試驗設備生產廠商的推薦，電子產品可靠性強化試驗溫變率選擇一般在（30 ～60）℃/min 之間，根據溫度循環激發強度公式：

式中：

SS—激發強度；

R—溫度變化范圍；

R=（Tu-TL）（℃）；

v—溫度變化率（℃ /min）；

N—循環次數。

結合低溫和高溫試驗階段采用步進的方式摸出產品的工作極限，將其作為溫度循環的上下限溫度臺階，快速溫度循環的溫變率定為40 ℃/min，循環數定為5 個循環，激發強度達到100 %。

1.3 確定應力的施加方式[3]

可靠性強化試驗應力的施加方式采用步進方式,如圖1 所示。在應力施加過程中,重點關注“應力增量的選擇”和“各應力量級停滯時間的選擇”兩項指標。

圖1 步進應力施加示意圖

1.3.1 應力增量的設置

步進應力增量設置一般參照同類組件產品情況，分析確定本次試件在各應力作用下的破壞極限,將破換極限值與實際應用中所承受的應力值之差等分10 份,每份的量值即可作為步進應力的增量。

1.3.2 各應力量級停滯時間的選擇

在可靠性強化試驗溫度類試驗時，保溫時間可以依據組件內部溫度穩定時間為準，振動環境應力試驗的各步進應力量級一般停留（5 ～10）min 即可確定產品破壞極限和工作極限。

1.4 可靠性強化試驗應力施加順序

為保護組件試驗樣本的同時能獲取盡可能多的信息,各種應力施加順序要遵循所施加應力的破壞性應由弱至強逐級安排的原則。故可靠性強化試驗的一般應力施加步驟為：低溫步進應力試驗，高溫步進應力試驗，快速溫度循環試驗，振動步進試驗和綜合環境應力試驗等五個階段。

1.5 可靠性強化試驗停止原則

可靠性強化試驗是在按施加順序逐步增加應力量級過程中，不斷重復進行“試驗—修正—再試驗”的過程，當出現下述3 種情況之一，可靠性強化試驗可停止。

1）全部試件均失效；

2）應力等級已經達到或遠遠超過為驗證產品設計所要求的應力水平；

3）由于更高的應力等級引入，出現新的或不相關失效。

典型車載系統T/R 組件可靠性強化試驗剖面，如圖2 所示。

圖2 典型車載系統T/R 組件可靠性強化試驗剖面

2 車載系統T/R 組件可靠性強化試驗方案設計

可靠性強化試驗需要達到快速激發缺陷的目的，當然需考慮試驗的效率問題。因此在可靠性強化試驗前應進行完善的方案設計，規定強化應力環境的加載方法、過程管理要求和試驗結果的分析。可靠性強化試驗方案一般應包含以下內容：

2.1 樣品選擇

樣品選擇時應考慮受試組件功能、技術狀態、組成和數量、尺寸、重量及安裝要求。為保證可靠性強化試驗的連續性及代表性，受試組件數量一般不少于2 臺（套）。

2.2 試驗剖面

試驗剖面設計可按照“2.可靠性強化試驗剖面確定原則”進行逐一制定。

2.3 測試條件與指標

2.3.1 功能和性能檢測

按照組件設計任務書或組件設計規范要求選取能體現組件主要功能性能的指標。

2.3.2 測試方法

因在強化試驗過程中需去除組件的保護，即拆除蓋板，則技術指標會發生相應的變化，需確定合理的指標變化范圍。

2.3.3 測試時機

試驗前與試驗后應盡可能多的選取技術指標進行測試，并對組件的外觀進行關注，試驗中應盡可能多的選取能夠有效響應單應力激勵的技術指標進行監測。

2.3.4 故障處理

制定故障判據，區分責任和非責任故障，規定故障處理原則。

2.4 工作極限、破壞極限的確定

通過識別可逆故障和非可逆故障來確定工作極限和破壞極限。通過制定了工程可行的試驗方法，通過一次試驗，可以發現產品的多個工作極限和破壞極限。

2.5 缺陷的后續處理及回歸驗證

通過失效機理分析，采取有效的糾正措施，根據缺陷被激發出來所經受的應力歷程及應力強度，確定改進措施的回歸驗證方案進行缺陷驗證。

2.6 微環境測量和控制技術

分析T/R 組件產品外場及可靠性試驗故障信息，結合產品特點、溫度和振動響應結果，確定產品微環境監控的關注點，根據關注點的特點，選擇和設計相應的微環境控制設備和方法，確定產品微環境監控實施方案，該技術可在強化試驗中幫助定位和保護薄弱環節，從而保證試驗可繼續進行，發現更多的薄弱環節。

3 車載系統T/R 組件可靠性強化試驗實施案例

我們依據可靠性強化試驗剖面確定原則和車載系統T/R 組件可靠性強化試驗方案設計針對三種波段（以下分別以A、B、C 波段代替）的不同型號產品共9 臺車載系統T/R 組件開展了可靠性強化試驗，在強化應力條件下共暴露了27 個故障，除了4 個非責任故障外，故障數量與應力分布見表1 和圖3 所示。

表1 車載系統T/R 組件各應力條件下故障數量統計表

圖3 車載系統T/R 組件各應力條件下故障分布

在故障定位的基礎上，我們對故障機理和原因進行了仔細分析，并按器件選型、設計、安裝工藝、調試工藝等四種故障模式進行了統計分類，如表2。

表2 車載系統T/R 組件故障模式分類統計表

通過故障原因分析進行了設計和工藝改進，并分別完成了三種波段可靠性強化試驗的回歸驗證。通過強化試驗A 波段T/R 組件高低溫設計裕度大于20 ℃，振動優于30 g；B 波段T/R 組件高低溫設計裕度大于15 ℃，振動優于35 g；C 波段T/R 組件高低溫設計裕度大于15 ℃，振動優于50 g。

4 結束語

本文通過強化試驗剖面的確定原則，強化試驗方案的介紹，結合車載系統T/R 組件的特點制定其試驗剖面和試驗方案，并進行了三種波段的三型車載系統T/R 組件試驗案例的實施，以期對強化試驗技術在車載系統T/R 組件研制或其它同類產品研制中的應用提供參考。