DPA在继电器质量控制中的应用研究

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(贵州航天电器股份有限公司，550009)

1 引言

破坏性物理分析(DPA Destructive Physical Analysis),是指为验证元器件设计、结构、材料、制造质量是否满足预定用途和有关规范要求，以及是否满足元器件规定的可靠性和保障性，而对元器件样品进行解剖，以及解剖前后进行的一系列检验和分析的全过程。DPA分析在国内航空、航天领域普遍使用，是一种在系统装机前保障元器件质量，有效识别缺陷，提升系统可靠性的分析手段。

破坏性物理分析(DPA)试验是一项需要花费较多时间、人力、物力的工作，如何通过开展有效分析来识别产品缺陷，具有重要意义。本文结合继电器在破坏性物理分析(DPA)分析试验过程的一些案例进行分析。

2 继电器破坏性物理分析(DPA)开 展的必要性

评价继电器的质量水平常见的方式有过程检验、筛选、质量一致性检验、失效分析及DPA分析等。在继电器的寿命周期内，各检测方法评价方式不同，其评价效果不同。

破坏性物理分析(DPA)在衡量元器件的质量水平、一致性、可靠性以及生产过程控制能力方面都有着独特的分析优势，对保障元器件的可靠性具有其他检验、试验手段无法替代的作用。由于继电器自身结构的复杂因素，一般分析手段无法直观、深入的发现问题，采取破坏性物理分析(DPA)可以发现潜在的材料、结构、工艺及过程控制方面存在的缺陷，保证继电器质量。

目前，破坏性物理分析(DPA)在继电器上的主要应用以下几个方面：

1)关键过程的质量监控及半成品的质量分析与控制

军用电磁继电器线圈绕制过程中采用线圈部件开展破坏性物理分析(DPA)。

2)筛选检验过程失效分析

针对筛选、检验过程典型失效模式样品开展破坏性物理分析(DPA)。

3)成品随机抽样分析

七专及以上等级继电器，每批次随机抽取2只合格产品开展破坏性物理分析(DPA)。

4)交付验收抽样分析

继电器在交付验收过程中，根据产品技术文件及用户协议要求外送第三方资质单位或在用户的监督下开展破坏性物理分析(DPA)。

3 继电器破坏性物理分析(DPA)技 术要求

根据产品技术文件及用户协议要求所进行的破坏性物理分析(DPA)技术要求见表1。

表1 继电器破坏性物理分析(DPA)技术要求

4 继电器破坏性物理分析(DPA)中 典型案例分析

4.1 触点起皮

图1 触点镀层起皮

GJB4027A中对于触点和引出端的判别，主要考核指标是镀层的毛刺、裂纹和起皮，并且明确以采用1.2N的力探测时是否可活动作为合格与否的判据。如图1所示，样品触点零件存在微小镀层起皮，直接暴露出零件电镀过程控制存在异常，且存在脱落后形成可动金属多余物的风险，属不合格范畴，而不能简单采用力探测的标准来衡量。

4.2 绝缘片烧蚀

GJB4027A中对于规定外的零件(内部辅助材料)未有明确的判别要求。如图2所示，该绝缘片作为继电器内部机构与壳体绝缘的关键零件，因激光熔封过程装夹不到位导致的激光漏光烧蚀，虽未产生明显多余物，但对整个继电器内部气氛形成有机物污染，影响触点的接触可靠性。

内部结构存在异常，暴露出的是装配过程工艺水平存在的不足，是否批次性质量问题，有待进一步分析。

4.3 线圈包扎层多余物

图3 不可动纤维多余物

GJB4027A中对于多余物的判别，仅限于内部散落的金属或非金属多余物，或有散落的聚四氟乙烯绝缘材料或其他绝缘材料或纤维材料。对于不可动多余物的判别未作规定。因此，笔者认为该项条款有必要进一步明确，可以理解为“对于继电器内部存在的，非继电器功能实现所必需材料，均应归纳为多余物范畴”。从全过程质量控制的角度来看，类似图3中不可动多余物的产生，恰恰表明整个装配过程多余物管控措施存在的不足，在一定程度上反映的是继电器的多余物控制的工艺水平。因此，笔者认为针对上述问题，可以判定为不合格。

4.4 熔焊拉脱试验

GJB4027A中对于线圈架的熔焊拉脱试验，主要考核的是在强力学环境下支架焊点部位的承载力。但考虑到继电器功率、体积的差异，其内部线圈组件的重量，线圈架的零件尺寸及焊接面积不同，所承受的拉脱力存在较大的差异。笔者认为该项考核指标不应局限于拉力的具体数值，金属间的焊接强度也可通过破坏性检查之后，对焊点部位的熔核(金属间的互熔)程度进行确认。通常在20倍显微镜下检查焊点部位，存在金属件熔融粘附的，可判断为合格；金属间无任何熔核痕迹则判断为不合格。

5 改进建议

随着继电器技术的不断发展，新材料，新技术的应用导致其失效模式和机理与以往有所不同。因此，作为评价继电器可靠性方式之一，破坏性物理分析(DPA)不能一成不变，无论是检查方法和失效判据，都应根据元器件的制造工艺和使用状况的变化而进行适当的调整，才能确保分析的准确性。

5.1 显微镜放大倍数提升

GJB4027A中规定内部目检采用20倍显微镜，受分辨率、景深及放大倍率的限制，对异常缺陷难以发现，已不能有效满足现有技术的发展。从前期继电器失效模式的统计情况来看，能够引起触点组失效的有机物，往往要采用40倍以上才能确认。

5.2 扫描电子显微镜(SEM)的应用

扫描电子显微镜(SEM)的应用，尤其是针对精密继电器的分析，对发现的异常缺陷可更为全面的进行判别，极大地提高了破坏性物理分析(DPA)方法的准确性，有效避免误判，漏判问题的发生。同时，专业的分析结论与定位有助于对异常缺陷的判断，以及失效模式的改进。

5.3 完善判据

GJB4027A中对于继电器的失效判据需进一步细化，对可能出现的缺陷需进一步完善。如线圈架拉脱试验、装配过程带入的不可动多余物等问题，需进一步细化。

破坏性物理分析(DPA)的分析，结合现有失效模式和不足，经充分论证确认，同时广泛征求业界的意见，可制定出有针对性的标准。

6 结束语

破坏性物理分析(DPA)是防止有明显缺陷或潜在缺陷的元器件装机使用，保证整机环境可靠性的重要手段。本文结合继电器DPA案例分析，提出判定原则；另外根据产品的工艺与技术发展情况，对DPA分析检测手段和检测工具提出改进建议，确保DPA分析可操作性更强，判据更准确，以适应元器件制造及航天型号可靠性不断提升要求。

参考文献：

[1] GJB4027A-2006.军用电子元器件破坏性物理分析方法.总装备部军标出版发行部出版，2006.10

[2] GJB65B-99.有可靠性指标的电磁继电器总规范. 国防科工委军标出版发行部出版，1999.3