军用电子元器件质量等级及应用等级的探究

彭 伟

（中国电子技术标准化研究院，北京 100007）

1 引言

质量等级是产品质量和可靠性水平的描述，是应用等级划分的基础和保障，是武器装备选择和采用军用电子元器件的基础。

目前，在我国军用电子元器件的制造领域或应用领域，对元器件的质量等级提法有多种，常见的如宇航级、失效率等级、质量保证等级、B1级、国家军用标准、企业军用标准等。这种从不同角度、不同方法去衡量元器件的质量等级，对元器件的管理和选取是十分不利的，因此需要对军用电子元器件的质量等级进行规范。

对元器件使用方而言，整机用户对元器件的选取及应用存在较多困惑。由于工程所用元器件种类繁多，而衡量元器件质量等级划分不规范，因此对元器件应用等级的划分也存在一定的困难。

对军品研制单位而言，同一产品根据不同的需求，需要制定多份标准，标准不但要考虑产品的质量，而且还要兼顾产品的应用，这使得研制单位在标准管理时疲于应付。

文章主要是从国内外电子元器件的产品标准规范研究入手，从理论上分析元器件质量和可靠性，为武器装备军用电子元器件的选取及工程应用等级的划分提供理论依据。

2 质量等级的研究

2.1 质量等级的定义

按照不同要求划分出的军用电子元器件的质量等级是不同的，而标准或规范作为研制、生产和使用必须遵循的共同依据，是统一并规范产品质量等级的最佳工具。

质量等级通常是指成功通过产品规范规定的鉴定要求所确定的产品质量与可靠性保证水平[1]。具体地说，是按规定的质量保证要求和程序，对产品质量与可靠性保证水平划分确定的等级。如阻容元件规范中规定的质量等级中，失效率等级分为五级、六级、七级和八级；又如按GJB2438A－2002《混合集成电路通用规范》规定的质量等级分为K级和H级等。

2.2 质量等级的表现形式

军用电子元器件的产品规范（包括通用规范和详细规范）均明确或潜在地规定该规范所涉及产品的质量等级，只是按不同类别的产品对质量等级规定有不同的表征方法和相应的评定方法[2-4]。经过归纳，主要有以下两种类型。

2.2.1 以“失效率”表征的质量等级

名称中冠有“有失效率等级”的一类电子元件规范中，在规定相关试验的同时，规定了失效率等级考核的内容，这类元件主要包括固定电阻器、电位器、电阻网络、固定电容器、密封电磁继电器、混合继电器和射频固定电感器。目前采用的GJB2649A-2011《军用电子元器件失效率抽样方案和程序》规定的失效率等级从亚五级～八级及宇航级，用 L、M、P、R、S及 T（部分）表示。

2.2.2 以质量与可靠性保证水平表征的产品保证等级

此种类型的质量等级，在规范中又存在以下四种表示形式。

（1）规定产品保证等级

有些元器件类别，如：半导体集成电路、混合集成电路、半导体分立器件、光电模块、晶体振荡器、声表面波器件规定的是产品保证等级，即通过产品规范规定的相应质量控制和试验，就认为达到了规定质量等级的要求。

（2）规定平均故障间隔时间（MTBF）

MTBF是可修复产品可靠性的基本参数。适于此类考核的产品主要包括微波组件、光电组件，其考核按GJB899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》进行。

（3）标准中规定的“C”等级

在军用生产线上生产的产品，按规范要求不筛选、不进行环境试验，但应符合承制单位的质量保证要求，可直接供货。如在电阻器和电容器的有失效率等级的标准中规定的“C”（无失效率等级）产品；在晶体振荡器标准中规定的“C”等级产品；在GJB33A-1997《半导体分立器件总规范》中的普军级（JP）产品等均属于此类型。

（4）不规定失效率等级或产品保证等级，但有可靠性要求

在相当多的元器件标准中只规定了一种考核要求，不分相应等级，此类产品是军级水平，有相应的质量系数值。除前述几种类型外，其余产品通用规范均属于此种类型。

3 质量等级水平的划分

我国军用电子元器件的通用规范大约有四百多个，一个通用规范可能规定一种质量等级，也可能规定多种质量等级[5-6]。尽管这些质量等级的表现形式各不相同，但各通用规范规定的质量等级是有内在联系的，也是具有可比性的。通过对这些通用规范分析与研究，并进行总结及归类，可更好地对质量等级水平进行划分。

根据我国军用标准体系建立情况，以及多年来所积累的经验，在结合我国军用元器件的生产及使用情况的基础上，可将军用电子元器件的质量等级水平依据满足通用规范的情况划分为以下几个等级。

Level1：符合相应军用标准、高可靠/宇航级（用）/失效率等级为七级以上的元器件；

Level2：符合相应军用标准、具有亚五级、五级、六级失效率指标或较高产品保证等级的元器件（如混合集成电路的H级）；

Level3：除上述两类产品外，符合相应军用标准，且此军用标准在技术上基本等同国外同类产品先进标准的元器件；

Level4：除上述三类产品外，符合相应军用标准的元器件；

Level5类：其他类型的元器件（如符合国家标准/行业标准的元器件）。

4 应用等级的研究

4.1 应用等级的定义

应用等级通常是指使用者根据使用所确定的产品质量与可靠性保证水平。如某用户规定的CASTA、CASTB、CASTC；美国航空航天局规定的Level1、Level2、Level3；欧洲宇航局规定的 Class1、Class2、Class3等。

4.2 国内外电子元器件应用等级情况介绍与分析

美国航空航天局（NASA）和欧洲宇航局（ESA）一直是我国关注的对象，对这两个机构元器件的应用情况进行简单介绍。

（1）NASA元器件应用等级情况介绍与分析

EEE-INST-002《电气、电子和机电元器件选择、筛选、鉴定和降额指南》是美国航空航天局为用于哥达德飞行中心（GSFC）空间飞行计划的元器件的选择、筛选、鉴定及降额建立的基线准则，其目的是为制造宇航装备时选用到合适的元器件提供一种保证机制。该文件将元器件分为18类（见表1），并对每类元器件的应用等级、筛选、鉴定和降额等进行了详细规定。

表1 电子元器件分类

该文件将所有元器件分为三个应用等级，即一级、二级和三级。

1级：对于要求最高可靠性和最低风险的任务，其元器件应按该等级选择和处理。1级项目的典型的任务周期为5年或更长。

2级：对于综合考虑经费限制和任务目标后，将风险降低到中等水平的任务，其元器件应按此级别选择和处理。2级项目的典型的任务周期为1到5年。

3级：由于缺少正式的可靠性评估、筛选和鉴定，元器件具有先天的高风险

或未知的风险。3级元器件主要用在可以使用具有较高风险的元器件的任务场合中。3级项目的典型的任务周期为1～2年。

该文件对元器件的应用等级划分、筛选及鉴定检验要求详见EEE-INST-002《电气、电子和机电元器件选择、筛选、鉴定和降额指南》。

经对EEE-INST-002研究分析，认为它对元器件应用等级的划分，是从制造宇航装备的需求出发，按照美国军用规范对元器件质量和可靠性水平进行评价后，根据实际需求再加上相关的筛选确定的。

（2）欧洲宇航局（ESA）元器件应用等级情况介绍与分析

欧洲宇航局（ESA）和所属各国家空间局，于2002年成立了“欧洲宇航元件协调中心（ESCC）”。ESCC建立的目的是要最大限度地利用其成员的资源和技术，以避免重复工作，鼓励其成员间的相互承认，改善其效率并且根据行业间对欧洲宇航局需求的快速反应能力，通过竞争以获取宇航用高可靠性电子元器件。ESCC是欧洲航天局、元器件使用者和元器件制造商的长期合作伙伴，它为航空航天工程提供适合的电子、电气和机电元器件（简称EEE元器件）。

ESCC标准体系包括基础规范、总规范和详细规范。其中，总规范规定了不同门类元器件的筛选试验、周期试验、批接收试验及鉴定试验的要求。

通常，在所有类别的ESCC总规范中都对生产过程控制、最终产品检验、筛选和电气测量、鉴定批准和批接收试验及试验方法程序进行了明确规定。

目前ESCC已发布的各类总规范大约有40多个。

从欧洲宇航局对元器件的选择与应用中可以看出，它对元器件应用等级的划分也是按规范中规定的质量等级确定的，并根据需求附加一些试验要求，构成元器件的应用等级。

（3）我国军用电子元器件应用等级情况介绍

一些整机单位对元器件的应用等级有所涉猎，其采购规范中元器件等级主要由三个部分组成，即生产厂现有经过认证的产品基础质量等级要求（如国军标的要求）、在生产厂执行的用户附加的技术要求（如监制、验收、DPA、附加的试验等）和到货后用户的补充筛选等附加试验。从分析研究用户的产品应用等级来看，使用的产品等级也是由产品的应用部位、国军标对产品的要求、以及对产品的特殊要求确定的。

5 质量等级与应用等级的相互关系

从上述对元器件应用等级的分析可以得出，无论是美国的NASA、欧盟的ESCC、还是我国军用元器件的使用者，其对元器件等级的划分均是从工程出发，根据工程的需求，制定元器件的应用等级，而应用等级编制的基础是军用规范及特殊的需求。由此可见，元器件的应用等级是由三部分组成的，即工程部位+产品的质量等级+附加要求。海、陆、空各种武器及军事装备应承受各自综合的严酷度，而这种综合严酷度是千差万别的，即便是同一种武器与军事装备由于应用场合的不同，对元器件严酷度的要求也各不相同，因此，将所有工程用元器件用一个标准进行应用等级的划分，无论是在经济上还是技术上都是无法实现的。

从NASA等元器件用户对元器件的应用等级划分可以看出，其表面上是按工程各部位的重要性对元器件进行应用等级划分的，而其本质是按规范对元器件内在的质量和可靠性进行了划分，重要部位用高质量等级的元器件，非重点部位可用较低质量等级的元器件。由此可见元器件质量等级的划分是元器件应用等级制定的基础和关键。

6 各类军用电子元器件规范常用质量等级的表达方式

军用电子元器件规范所规定的元器件质量等级是各用户确定元器件应用等级的基础。为方便使用，现将主要元器件规范对质量等级的表述方式进行归纳，详见表2。

表2 军用规范对元器件质量等级的表征方式

7 军用电子元器件质量等级的应用方法

军用电子元器件质量等级的应用方法如下。

①在进行元器件选择时，首先应确定其产品类别，然后查找其所适用的通用规范，根据通用规范的规定，再确定其产品质量等级。

②军用电子元器件的质量等级只有通过了产品认证，方可确认其质量等级。不能仅通过鉴定检验就确定其质量等级。任何降低通用规范要求的做法（如试验顺序、试验应力、抽样方案等），或没有按GJB546《军用电子元器件质量保证大纲》建立产品质量保证体系的生产线，对于产品质量等级的确定都是没有意义。

③对于没有通用规范的产品，其分类可参照同类产品的通用规范进行归类。

④元器件质量等级的归类没有考虑各种元器件的应用场合，因此各类元器件的使用者，在选择元器件质量等级时，还应考虑对元器件的特殊或附加要求，这些特殊或附加要求与元器件质量等级将构成元器件的应用等级。