某型制导装置限幅放大器锡须生长规律及风险评估研究

赵日美 徐敬彬 周剑冰/ 国营长虹机械厂 94855 部队

1 研究对象

研究对象为某型制导装置限幅放大器，组件型号为2yp2г，每个制导装置中含有6 ～8 个，其作用是限制电压信号的幅值，避免电压幅值超出限定范围而造成电路故障，见图1。

2 研究思路

国内外相关研究表明，锡须的生长与镀锡层工艺特点关系很大，不同镀锡层工艺形式的锡须生长存在较大区别，同时锡须的生长过程与经历的时间也存在着对应的关系。

基于锡须生长理论基础，本次研究基本思路为：

1）选取多个批次制导装置中的限幅放大器进行锡须生长特征参数检测，并结合各批次限幅放大器镀锡层工艺进行分析，考察样品锡须生长状态，对采集的特征参数进行数据处理和分析，结合各样品镀层工艺情况探索锡须生长规律。

2）在锡须生长特征参数检测中，从锡须生长最严重的批次中选取5 个制导装置进行功能性能检测，并选择其中测试合格的2 个制导装置进行环境适应性试验，根据检测以及试验结果，综合评估由锡须导致故障的风险，并对试验后制导装置上的限幅放大器进行解剖分析，确定其内部锡须生长状况，评价试验对锡须生长的影响。

图1 限幅放大器

3）对完成环境适应性试验的制导装置进行模拟挂飞试验，全程检测制导装置功能状态，评价分析出现锡须生长的器件在挂飞过程中对制导装置性能的影响。

4）依据锡须生长特征参数检测分析，采用CALCE SARA 软件进行仿真分析，以预测评估锡须生长引起的风险。

3 样品抽取原则

为保证检测数据的可信度和可用性，样品抽取遵循以下原则：

1）所抽取样品应尽量涵盖贮存时间最长和最短的批次，以保证锡须生长规律曲线在贮存时间上的覆盖度。

2）在各批次整机中抽取样品时，应尽量保证抽取的随机性。

4 研究工作项目

4.1 锡须生长特征参数检测

锡须生长的特征参数主要是锡须长度和锡须密度，因此选择这两个参数作为检测项目，检测方法参照JESD22A121、GВ/T17359-1998、GВ/T 16594-2008、IPC-TM-650 等标准执行，详见表1。

试验方法如下：

1）采用金相显微镜观察整个样品的锡须生长情况，分别观察样品中的6 个U 型槽框架，测量每个U 型框架上最长的20 根锡须，对每个样品提取的共120 根锡须长度数据作为原始数据进行数据处理，计算锡须的长度均值和方差。U 型槽框架形貌及分布见 图2。

2）利用计算机观察样品每个U 型框架锡须检测区域，选取1mm2的窗口进行计数，计算每个窗口内的锡须根数，得到该样品的锡须密度数据，进行数据处理。

4.2 镀锡层工艺分析

1）综合评价各批次样品镀锡层工艺情况，分析镀锡层工艺对锡须生长的影响。对图2 中的样品进行镀锡层工艺分析，采取的分析试验项目见 表2。

2）分析结果

据检测发现，U 型槽框架基材为黄铜，表面镀覆两种不同的镀锡层（有铅/无铅），推测为在无铅镀层局部因组装等工艺需求制作了有铅镀层，锡须较多地生长在无铅镀层表面或铅偏析明显的位置。从镀层表面分析及金相切片分析试验来看，各样品所用工艺并未见明显差异。典型的分析图片见 图3、图4。

表1 锡须特征参数检测依据

图2 样品U型槽框架分布图

表2 镀锡层工艺分析试验项目

4.3 环境适应性分析

为评估整机贮存使用过程和锡须生长可能产生的风险，以环境试验的形式模拟整机挂机飞行的实际情况，主要考核经历的振动环境导致锡须断裂脱落引发故障的风险。选取贮存时间最长、锡须生长实测较为严重的批次制导装置产品进行功能测试，选取2 件测试合格的制导装置进行环境试验。将限幅放大器安装在测相分机上再装配于制导装置内，开展模拟挂飞振动试验和冲击试验，试验前后和试验中都对制导装置功能进行测试。2 件制导装置在环境试验中和试验后的性能测试均合格。对2 件完成模拟挂飞振动试验和冲击试验的制导装置进行实时监测模拟挂飞试验，试验过程中制导装置工作正常。

5 结论

1）各批次限幅放大器内腔U 型槽壁上均存在锡须现象。经测试分析，各样品锡须长度、密度均有所差别。所有批次样品U 型槽壁镀层采用的工艺均为无铅镀层和有铅镀层的混合工艺，推测是在无铅镀层局部因组装等工艺需求制作了有铅镀层。通过镀层晶粒分析、镀层切片金相分析和镀层成分分析等试验，未发现各批次样品U 型槽壁镀层工艺方式有明显差别。各样品所检测到的锡须主要分布在无铅镀层区域或铅偏析明显的位置，发生锡须生长的现象与器件内部存在无铅工艺锡镀层有关。

2）各批次限幅放大器锡须生长的长短、密度等特征信息与器件所在整机的批次无明显对应关系，与器件本身的生产批次也无明显对应关系。镀层工艺分析表明各样品采用的镀层工艺形式无明显区别。本次分析研究未发现所试验的样品锡须生长与贮存时间之间存在明显规律，其锡须的生长趋势可能与不同批次器件的具体工艺过程、装配过程及经历条件等因素有相关性，各器件具备不同的工艺特征及经历背景，导致了器件锡须生长的差异。

图3 N30586样品镀锡层截面的代表性SEM照片及EDS能谱图

图4 N30586样品镀锡层表面的SEM照片及EDS能谱图

3）未发现锡须生长规律与器件生产年限、整机批次及其贮存时间存在明显对应关系。

4）本次研究中在样品解剖分析过程和环境试验过程中均未发现因相关器件锡须生长导致制导装置失效。对于锡须断落的样品，在进行实时监测的模拟挂飞试验中，未见功能异常。