机载火控设备电子元器件失效问题综述

王超勇，欧阳寰，黎子芬

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

机载火控设备电子元器件失效问题综述

王超勇，欧阳寰，黎子芬

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

从机载火控设备常用电子元器件的失效故障入手，以电子元器件失效的原因为标准，对机载火控设备电子元器件失效的机理进行了分类，系统梳理常用的失效分析方法，给出一般失效分析的思路和失效分析的原则。

机载火控设备；电子元器件，失效分析

0 引言

机载火控设备中电子产品占极大比重。电子元器件是电子产品的最基本单元，电子产品可靠与否决定于电子元器件的可靠性，没有高可靠性的电子元器件，设计再好的电子产品也难以发挥作用，尤其在机载火控设备中，对电子元器件的质量要求高于一般的军用级。因电子元器件失效导致机载火控装备可靠性下降，甚至作战任务失败、机毁人亡的事例并不少见。有数据统计，20世纪40年代，美国运往远东地区的装备中，60%的机载火控设备不能使用；50%的电子设备在储存期间就已失效。其主要原因是电子管的可靠性差。在海湾战争和科索沃战争中，美国出动了大批的“阿帕奇”武装直升机，但由于该机的许多零部件，包括大量的电子元器件的可靠性不能适应海湾地区沙漠风暴和科索沃地区阴雨潮湿等气候条件，多次造成该机失事。

因此，在机载火控设备的设计、试验、生产和日常使用维护过程中，应从电子元器件的失效分析入手，了解机载火控设备常用电子元气件失效的机理、模式及分析技术，提高机载火控设备电子元器件的可靠性，进而提高机载火控设备完好性，以保证遂行各重大军事行动任务的顺利完成。

1 失效的含义

失效是指电子元器件出现故障。各种电子系统或者电子电路的重要组成部分一般使用不同类型的元器件，当它需要的元器件较多时，标志设备的复杂程度就高；反之则低。一般还把机载火控设备电路故障定义为“机载火控设备功能电路系统规定功能的丧失”。

2 失效的分类

（1）以失效原因为标准，主要分为本质失效、误用失效、偶然失效和自然失效。

（2）以失效程度为标准，主要分为部分失效和完全失效。（3）以失效模式为标准，主要分为无功能、短路、开路等。（4）以失效后果的严重程度为标准，主要分为轻度失效、严重失效以及致命失效。

除上述外，还有多种分类标准，如以失效场合、失效外部表现为标准等。

3 失效的机理

（1）表层劣化。元器件纳离子遭污染后造成沟道出现漏电、γ辐射有损、表面蠕变或击穿等。

（2）设计问题造成的劣化。指电子元器件的电路、版图以及结构等方面出现的设计问题。

（3）内部劣化。指由CMOS锁闭效应、二次击穿、重金属玷污、中子辐射损伤以及材料问题引发的瞬间功率过载、结构性能退化。

（4）使用不当引起的损坏。指电浪涌损伤、静电损伤、过高温度造成的破坏、干扰信号导致的故障。

（5）金属化系统劣化。指电子元器件内的铝电迁移、铝腐蚀、铝缺口等。

（6）封装劣化。指管脚出现腐蚀、漏气或壳内有外来物导致短路或漏电。

4 失效分析的常用方法

（1）拔出插入法。通过对组件板或插件板拔出又插入的过程进行监视，判断拔出插入的连接界面是否是故障发生的地方。采用拔出插入法进行失效分析时，在组件板或者插件板拔出又插入的过程当中，会存在特殊状况，即状态发生改变的地方有时不仅是连接接口，还有可能是其他部位，所以在应用拔出插入法时，要注意观察每个部位及微妙的变化，才能做出正确的判断。

（2）感官辨别法。通过眼观部件外形，手触感知部件温度与软硬程度，鼻嗅味道、耳听声音，判断是否存在异常的方式。感官辨别法操作简便、省钱，但能够辨别的内容会受感官能力的限制。

（3）电源拉偏法。把正常的电源与电压拉偏，使其处于非正常状态，然后暴露出薄弱环节或故障，可以反映出故障或濒临故障的组件、元器件部位。这种方法一般用在由于工作时间较长导致的故障或初步判断是电网波动引发故障的情况。电源拉偏法具有一定的破坏性，使用这种方法前一定要检查保险系数或其他因素，切忌随意使用。

（4）换上备件法。通过对被取下值得怀疑的元器件或者部件的监视，然后把合格的备件换上之后，再对出现的故障现象进行对比分析，如看故障现象有无消失，最后确定故障源点是否处于被取下的部件中。

以上介绍的是机载火控设备电子元器件失效分析应用频率较高的4种方法，除此之外，还有静态、动态测量法；升高、降低温度法；敲捏定位法等。

5 失效分析的思路

要做到有效地对电子元器件进行失效分析，必须形成清晰的思路。电子元器件的失效分析主要按以下思路逐步进行：①确定是否为失效；②明确失效分析的最终目的；③从失效现象入手，罗列失效位置的所有疑点；④拟定排除疑点的方案，对失效位置逐级分析；⑤设想并列举所有可能引起失效部位现象的原因；⑥用实验检验设想；⑦提出预防失效的方案并进行评审；⑧用事实检验预防失效的方案是否有效；⑨实施预防失效的方案。

6 失效分析的原则

（1）先主要后次要。通过故障影响功能的程度判断主要次要，在明确主要次要问题后，先解决主要问题再解决次要问题。

（2）先方案后操作。进行失效分析时，相关人员必须先冷静，在头脑里形成解决方案后再进行操作，切勿盲目操作，避免引起其他更大的元器件失效。

（3）先弱电再强电。对发生故障的整机或者出现失效的样品，在进行性能检测或者判断故障部位时，输入信号、电源功率等要视具体情形从弱到强。从弱到强的整个变化过程中，密切观察并把不正常的现象记录好。此外，还要预防功率过满引起突然开机、关机，造成电力冲击扰乱失效状态，增加失效分析难度。

此外，还有先简单后复杂、先安检后通电、先宏观后微观、先外设后主机、先静态后动态、先断电后换件、先公用后专用等原则。

7 结语

应用机载火控设备电子元器件失效分析技术，可以了解机载火控设备电子元器件失效的原因、失效模式、失效机理及常用的分析方法。是机载火控设备/系统正常可靠运行的必要保证。

〔编辑 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.54