舰船软武器电子元器件使用可靠性研究

宜昌测试技术研究所 陈 真

舰船软武器电子元器件使用可靠性研究

宜昌测试技术研究所 陈 真

元器件可靠性包括固有可靠性和使用可靠性，从元器件设计选型、采购、老化筛选、电气装配方面，阐述如何提高舰船软武器元器件使用可靠性，保证产品质量和可靠性，为管理、设计、采购、操作人员提供参考。

元器件；使用可靠性；软武器

1.引言

元器件可靠性包括固有可靠性和使用可靠性两方面。前者一般由元器件的设计、工艺制造、管理及原材料性能等因素决定，元器件制造完成时已经确定；后者指元器件交付使用方后，由其工作条件、环境条件及人为因素等所确定的可靠性。国外元器件失效统计分析数据表明[1]，50%元器件失效是使用不当造成的。

舰船软武器装备[2]主要通过干扰精确制导武器的制导系统等手段，实现对武器的软杀伤，以降低其对舰船目标的打击精度，起到保护舰船目的。软武器具有典型的成败型、免维护、消耗型产品特点，电子元器件是软武器装备电气系统的关键和基础，本文从元器件的设计选型、采购、老化筛选、电气装配四个方面阐述如何提高舰船软武器元器件使用可靠性，为管理、设计、采购、操作等人员提供参考。

2.元器件设计选型

舰船软武器属于甲板上装备，工业部门交付后，一般贮存在符合要求的专用仓库内，待具体使用时才从贮存库内取出装载至甲板上发射装置内，一次性完成其作战使命。元器件选型主要体现在科研阶段，元器件选择是否合理也决定着产品质量与可靠性。结合软武器生产经验，笔者认为在电气系统设计时，除了根据元器件在具体电路中使用特性要求进行降额设计、容差设计、冗余设计等使其满足产品设计指标要求外，设计师还需重点关注以下三个方面：

2.1 元器件选用原则

a)关注元器件性能指标、质量等级同时，应重点关注选用元器件的应用环境是否满足产品的要求，避免因选型失误留下潜在风险。比如某产品工作环境温度为-40°C～+65°C，但设计师未关注器件本身工作温度，选用某公司生产的光耦器件TLP521-4，其工作温度为-30°C～+100°C，具体生产采购前由工艺人员发现其不能完全满足产品工作温度范围要求，存在失效风险，反馈设计师系统后，最终将其改为另一公司生产工作温度为-55°C～+100°C该型器件，增加了大量额外沟通交流工作。

b）优先从元器件优先目录中厂家进行选用，并选用经实践证明技术成熟、质量稳定、可靠性高标准器件，不选用淘汰或禁限用器件，比如可借鉴已大量在产装备上使用器件。

c）根据电气系统特点，应识别具体电路中哪些器件为重要器件，器件选型除选择能持续生产、及时供货的厂家外，对于重要器件，力争选择高质量等级器件来保证其工作可靠性，需强调的是应增加备选厂家，防止因器件“断档”影响生产需要。

d）重点弄清所选器件型号封装标志含义，图纸中提供完整规范器件型号标识，为采购人员提供确实有效信息，避免因图纸表述不清，采购人员不知如何实施的尴尬。比如某集成电路图纸规定为SN74AHC123APW(662-7658)，其中662-7658实为代理商库存号，则图纸中可不进行标识，仅给出规格型号即可，否则代理商库存号发生变化采购人员将无法有效实施采购；某集成电路图纸规定PIC18F6520-I/PT (TQFP-64)，其中PIC18F6520-I/P为规格型号，T代表封装形式TQFP-64，则产品定型出图时应标识为PIC18F6520-I/PT 或PIC18F6520-I/P(TQFP-64)，否则采购人员也将无法有效实施采购。

e)器件选型时，应结合单位现有工艺生产条件及相关生产经验。比如贴片类器件时，应尽量减少选择尺寸0805以下器件，其对焊装工艺要求较高；少选择电阻排，其焊装时容易桥接；二极管三极管尽量避免选择锗管，其热稳定性不如硅管；若器件工作在振动条件下，则避免选择电阻RJ1～RJ7，其内磁管为空心的，易在振动条件下开裂，可用RJK24～RJK26或RJ13、RJ14代替；若产品贮存时间长，则电容中避免选择CA30系列，其长期贮存后易漏液，可用CA35型；继电器要选用金属封装、密封型，不允许并联降额使用。

f)应符合总装备部装法[2006]3号文《武器装备使用进口电子元器件管理办法》要求，严格控制紫色、橙色、黄色元器件使用，若超出规定比例，应严格履行审批手续。

2.2 器件封装选择

常见元器件封装有金属封装、陶瓷封装、低熔点玻璃封装和塑料封装，如表1所示。元器件选型时，应重点考虑电气系统所在产品结构部位，若外围结构无密封作用，则禁止选用塑料封装器件，应选择金属、陶瓷或低熔点玻璃封装器件；若外围结构有很好的密封作用，可选用塑料封装器件但尽量不选。若某器件在电气系统被识别为关键重要器件，则结合经济性尽量选择可靠性高的金属或陶瓷封装器件。

表1 常见元器件封装特点

2.3 质量等级选择

质量等级指元器件生产厂家在制造、检验及筛选过程中对其实施的质量控制等级，不同质量等级对元器件失效率影响程度也不同。

对于国产器件，GJB299《电子设备可靠性预计手册》将各类元器件划分为A、B、C三个层次[3]，每个层次包括若干个质量等级，每个质量等级分别对应相应质量系数值，设计师选型时，应结合舰船软武器电气系统具体特点，充分识别，重点遵循以下原则：

a)尽量优先选用通过生产线军用标准认证并已上QPL的元器件；

b)经识别关重要器件、分配可靠性高的元器件应选用质量等级高的元器件；

c)其它元器件可按其生产执行标准，参照GJB299质量等级顺序选用；

对于进口元器件，由于其质量等级分类较为复杂，特别是微电路制造工艺最复杂，更新速度也快，且种类繁多，设计人员在选用进口器件时应慎重识别区分，重点强调是微电路按照使用温度范围一般分为3类[4]：-55°C～+125°C、-40°C～+85°C、0°C～+70°C，但其未将器件的质量、可靠性考虑在内，具体选择时应重点识别。

3.元器件采购

采购环节是保证元器件能否满足设计要求的一个重要环节，在舰船软武器电气系统科研生产过程中发挥重要作用。具体实施过程应重点注意以下几点：

a)应贯彻“走规定渠道，重质量保证”的原则，由物质采购部门专门负责采购工作，从业务流程环节保证器件整体质量；

b)设计人员或生产人员根据任务需求，应编写详细的元器件采购清单，内容应包括名称、型号、规格、精度、数量、封装形式、安装形式、使用环境、包装和运输要求等，以便具体指导采购人员实施采购，其中有寿命要求的器件应严格控制生产时间和数量。

c)采购人员应在合格器材供应名录内实施采购，若要在合格器材供应名录外采购应严格执行审批手续，确保过程受控。

d)采购人员根据设计人员或生产人员提供的采购计划实施采购时，若采购不到规定型号，应按照要求提出器材代用申请，由设计人员进行充分验证后，履行审批手续后，再实施采购工作。

e)采购人员应与器件供货单位签订采购合同，合同内容应包括：器件名称、规格型号、质量等级、厂家应提供的各类质量证明文件和验收方式、进度要求等信息。

4.元器件老化筛选

二次筛选主要是对不同的失效模式进行一些试验以剔除不合格品或由于某种缺陷会引起早期失效的元器件。其本质上不能提高元器件本身的固有可靠性，从生产批次角度，通过剔除不合格品，可改善批次的固有可靠性。为保证舰船软武器产品质量和可靠性。其二次筛选主要遵循以下几点：

a)型号研制和生产阶段使用元器件必须进行老化筛选，最大限度地剔除存在有某种失效模式的元器件，具体要求如表2所示。

b)元器件供应单位进行的一次筛选，其筛选条件低于产品使用要求时，必须进行二次筛选；

c)对由于无手段进行筛选器件，需进行在线功能检查，确保器件满足电路功能要求；

d)根据功能特性分析，若元器件是关重件的，使用前应进行DPA分析；

e)对于贴片类元器件按照GJB179A-1996《计数抽样检验程序表》中一次正常抽样方案(一般检验水平II ，AQL=0.65)老化后进行抽样检测,Re≥1，则应全部检测；

f)检测后元器件不合格率＞25%，则判定该种规格型号电子元器件为批不合格，禁止使用。

5.元器件电气装配

电气装配指机械安装和焊接过程，是舰船软武器产品生产过程中一个极其重要环节，良好的工艺控制是产品最终质量与可靠性的保障。主要从工艺设计、工艺过程实施和工艺管理重点控制。

5.1 工艺设计

要保证按照图样要求加工、装配成合格的产品，工艺设计是基础，工艺设计目的是保证加工、装配工作的一致性与经济性以及所用材料、设备、人员的合理性，是确保产品质量的关键环节。随着舰船软武器系统发展，其电气系统越来越向小型化、智能化、集成化发展，越来越多表面贴装器件被应用。工艺人员应重点加强以下方面研究：

a)加强对表面贴装工艺技术研究，在产品电气系统生产时，重点加强对锡膏规格型号识别，器件贴装时重点控制锡膏印刷质量，回流焊接时重点控制温度曲线设置合理性；

b)加强压接工艺研究，重点关注导线截面积与插针孔径匹配性，压接工具的选择，以及压接后质量检测方法制定；

c)加强三防工艺研究，确保满足用户不同区域贮存、使用环境要求；

d)加强防静电工艺研究，对操作过程，器件转运过程提出要求，减少静电对器件损伤；

e)加强抗振性能工艺研究，对一些体积大器件，如大功率三极管、大电容等一般采用螺钉或使用胶粘剂固定，确保满足环境应力筛选试验、产品运输等要求。

表2 常见元器件老化筛选要求[5]

5.2 工艺过程实施

工艺过程实施是工艺设计的直接体现，最直接影响器件焊装质量，实施过程应重点控制如下方面：

a)器件预处理，通孔装配器件，装配前必须成型，应借助工装保证，对于某些器件引脚由于材料性质或长时间存放氧化，须去除氧化层后上锡后再装配；

b)器件插装一般遵循先小后大、先轻后重、先低后高、先里后外、先一般元件后特殊元件原则,混装工艺的，先贴装表贴器件，再安装需机械固定器件，再直插器件，再集成块等；

c)手工焊接，应重点控制电烙铁及烙铁头选用，焊接时间控制，辅助材料选择；

5.3 工艺管理

电装操作人员及检验人员基本技能最终影响到产品组装实物质量，随着电子产品技术含量增高，对操作人员要求越来越高，应定期对涉及舰船软武器电子装配人员进行针对性培训，切实提高其基本技能。应加强工艺纪律监督检查，确保能根据工艺规程、作业指导书等要求进行作业，应重点控制所用原材料是否符合规定要求，所用工具、量具、夹具和仪器仪表是否满足规定要求。

6.结论

结合生产经验，分别从元器件设计选型、采购、老化筛选、电气装配方面阐述如何提高舰船软武器元器件使用可靠性，保证产品实物质量和可靠性，为管理、设计、采购、操作人员提供参考，具有实际意义。

[1]王亦平．电子工艺基础[M]．北京:电子工业出版社,1999．

[2]GJB4000-2000．舰船通用规范[S]．国家军用标准．

[3]GJB/Z 299B-2006．电子设备可靠性预计手册[S]．国家军用标准．

[4]赵和义 美国军用电子元器件要求和应用指南[M]．北京:国防工业出版社．

[5]Q/710J0401A-2015．电子元器件老化筛选规范[S]．企业标准．

Research on Application Reliability of Electronic Components for Soft-killing Weapon of Naval Ships

Chen Zhen
(Yi Chang Testing Technique Research Institute,Yi Chang 443000,china)

Reliability of electronic components includes inherent reliability and application reliability, on the basis of designing type-selection, purchasing, burn-in screening, electrical assembly, explain how to improve application reliability of electronic components for soft-killing weapon of naval ships, guarantee the products quality and dependability, provide reference for manager, designer, purchaser and operator .

Components; Application reliability; Soft-killing weapon

陈真（1985－），男，硕士，毕业于重庆大学，工程师，主要从事电子装联工艺技术研究。