机上电子元器件可靠性评估方法创新研究

李龙刚　李娜

伴随着电子科学技术的飞速发展，电子元器件作为电器产品的基础组成单元，扮演着越来越重要的角色，其功能、功耗、体积等指标参数呈现出日新月异的变化趋势。飞机，尤其是军事用途飞机，作为高价值平台，其使用的电子成品必须具有极高的可靠性，才能保证飞机整机的服役稳定性，因此机上电子元器件的可靠性评估重要性不言而喻。针对机上电子元器件在规定服役期内的功能实现能力进行预先评价，是保证元器件达成可靠性指标，进而保障整机状态完好性的重要手段。因此，机上电子元器件的可靠性评估方法需要得到充分重视，并持续、深入地开展评估方法的改进创新。

在现有可靠性评估方法的研究基础上，提出一种便捷的可靠性评估方法。首先通过分析可靠性确定及加速老化试验效果，进行初步评估;进而分析元器件可靠性故障模式影响以及所产生的危害，确定元器件可靠性等级;最后基于前两步分析得出元器件的可靠性寿命评估值。

（一）可靠性确定及加速老化试验效果分析

依照机上电子元器件多元素可靠性拆分（FTF），判断出导致机上成品的主要可靠性元件，并对多个电子元器件一起运行的加速老化试验，制订一系列的加速老化试验计划。电子元器件属于集成器件，大部分的关键电子元器件、电子元器件的控制器和电子元器件的传感器等，都对机上成品的可靠性有不小的制约。依照全面考虑的分析可靠性的方法（FTF），判定主要零部件对系统是否可靠，对试验策划的研究设计有着至关重要的影响。

机上电子元器件一般会采取故障樹分析法（FTA）和故障模式效应及危害度分析（FMECA）这两个关键的系统结合（即可靠性综合分析），对电子元器件产生故障影响的关键原因开展分析研究，对产品的设计方案制定和进一步升级，打造更好的理论依据，提升其产品的可靠性。

根据电子元器件可靠性规律，即浴盆曲线规则，电子元器件的失效大部分集中于生产初期和寿命终结期。设计的可靠性评估方法首先需要确定机上电子元器件的可靠性周期，因此采用加速老化试验的方法。

（二）可靠性故障模式影响及危害度分析

故障模式可能会造成一系列的危害，危害度的研究是故障模式影响分析的先决因素，所以需要基于这种故障模式的严重程度开展逐步加深、加广、加远的分析，并给出数据化化的估算。

依照研究给出的任务阶段和严酷度等级要求及主要内容可以看出，机上电子元器件i的第j个故障模式危害度用C表示，计算公式如下：

式中α——故障频率，也就是元件i的第j个故障模式次数与元件i存在的所有故障之间比值;β——受故障影响率，元件i在第j种故障模式条件下发生时，故障带来和造成的一系列危害度等级，一般β的值可以按其数据表来做出选择和定量，一般β的值可以按表1开展。

依照一些文献记载《Handbook of Reliability Prediction Procedures for Mechanical Equipment（NSWC-2009）》、《GJB/Z299C-2006电子元器件可靠性预算统计手册》、《GJB813可靠性模型的建设和可靠性预算统计》，加之依照机上电子元器件在现场实际发生的故障现象，选择了电子元器件的最基础失效的概率。依照对机上电子元器件故障的研究，以及各个元器件故障模式机理进行分析，参考具体的工作情况，使用式（1）计算各电子元器件待估计的大概参数值，可以推导出各个电子元器件的加速老化试验对机上电子成品的危害影响程度。

（三）评估元器件可靠性寿命

在完成上述两步分析后，采用Weibull（威布尔）分布函数模具来评判估计电子元器件的可靠性，能在一定程度上满足很多一部分的电子产品寿命所处分布，在一些可靠性评估寿命的理论中，这些方法是被广泛流传的。威布尔分布拟合实验的最终数据精细程度指标如图1所示。

调整后的参数指标，可以外推出不同情况下被实验的电子元器件使用寿命划分模型的显示数值，这样也就对被试样的样本可靠性做出相应的评价和估算。

图1 威布尔分布模型评估元器件寿命曲线

电子元器件的可靠性评估既是对现有产品质量的检验，也能为新型号元器件的设计与生产提供数据支持，因此针对电子元器件的可靠性评估以及试验筛选方法研究应当得到更为广泛的关注，在方法、手段、环境等方面提出更高等级的建设建议。这一点也是立足本职岗位，并支持电子产业进步的职责之一，后续还将开展深入的研究，在评估的准确度方面加以提升。