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电子元器件可靠性质量管理

发布时间:2019-02-02 10:42

  [摘要]分析了电子元器件可靠性质量管理的必要性,从电子元器件设计质量控制、检测质量控制及其他质量控制展开讨论,为电子元器件可靠性质量管理方法手段提供了参考。


  [关键词]元器件,可靠性,质量管理


  中图分类号:TS207.3文献标识码:A文章编号:1009-914X(2015)43-0074-01


  随着科技的进步,装备可靠性需求提高,电子元器件的种类和功能日益增多,应用环境越来越复杂,电子元器件――特别是军用电子元器件可靠性要求越来越高。绝大多数装备设计和装备承制单位只负责设计、选用、采购和使用电子元器件,但在使用过程中因各种原因,发生电子元器件失效问题越来越多,造成损失重大,成为当前多个行业和可靠性工程中非常突出的问题[1]。因此,电子元器件可靠性质量管理越来越重要。


  1.电子元器件设计质量控制


  电子元器件的设计,很大程度上决定了装备电子元器件的固有可靠性。


  1.1电子元器件的需求确认


  按照研制任务和系统的可靠性分配要求,先确定电子设备的构成体系和功能及技术指标,然后确定电子元器件集成方案和需求原则。


  电子设备的构成体系决定了集成度方案和电子元器件的功能类型。按照装备需求的不同,电子设备设计采用类别较多,如晶体管和中小集成电路、大规模和超大规模集成电路、超高大规模集成电路、巨大规模集成电路、超高速集成电路、微波/毫米波MIMIC电路、电子显示系统、智能化微系统等等。电子设备的技术指标要求还包括了系统和分系统之间的体积、质量、成本、适用性、后期服务和容错技术以及电路可靠性设计(安全设计、RF设计、EMC设计、PCB设计)等等。


  电子设备构成体系确定后,应选定元器件集成方案,并进行论证。论证方法包括变换方法计算、已证实的类似设计进行比较、对照以往经验评价、模拟或试验验证等。集成方案确定后,应确定关键元器件并对其进行论证。


  最后应对关键元器件和其他拟采用元器件的技术性能先进性、成熟性、适用性进行综合论证。


  1.2电子元器件选用


  电子元器件包括二极管、三极管、电阻、电容、滤波器、熔断器、电连接器、继电器、磁性元器件、频率元器件、接插件、晶振、光耦、光电子器件、开关元件、电线电缆、电控机械器件、数字IC、电源模块,等等[2]。


  在众多型号、规格情况下,应根据产品实现的功能要求、环境条件和电子元器件可靠性要求以及确定的电子元器件质量等级、应用等级进行元器件选用。


  选用时,应注意以下要求:


  1、对元器件所处位置进行使用条件下边界环境应力计算分析,确定元器件极限,按降额设计技术,选用元器件的技术标准应满足装备要求,包括技术性能指标、质量等级等;


  2、设计时,优先选用国产元器件,尽量选用通用、常用、已用、技术成熟的标准元器件,优先选用有兼容管脚替代品的元器件,不选择淘汰品种和按规定禁用的元器件;


  3、最大限度的压缩元器件品种、规格和承制单位。


  1.3电子元器件设计质量控制方法


  按照GJB9001B-2009标准7.3.1设计和开发策划“对元器件等外购器材的选用、采购、监制、验收、筛选、复验以及失效分析等活动进行策划”要求,在设计阶段应对电子元器件进行质量控制,以方便后续的采购和使用。


  在方案阶段至工程样机初期,应编制电子元器件大纲与控制方案,拟定元器件选择和控制准则,建立元器件优选目录,提出关键元器件控制办法,制定元器件集成配置方案,制定元器件采购控制规范等等[3]。


  在工程样机阶段,应编制元器件测试、筛选、复验准则,制定元器件组装集成规范,进行可靠性预计和分析,对失效元器件进行失效分析和验证,制定元器件应用和防护准则,确定检查筛选等级和补充筛选准则。此外,还应针对样机选用的元器件和整机开展可靠性应用设计,如降额设计、环境防护设计(防潮、防霉、防盐雾等)、热设计、抗辐射设计、应力保护设计、抗干扰设计、容差与漂移设计,等等。然后针对阶段中元器件信息,完善元器件大纲和多项规范、准则,对元器件――特别是关键元器件选用方案、特性指标不断修订,进行充分测试验证,进行动态管理和信息数据统计。


  在设计定型阶段,应将系统的技术设计和参数进行固化,编制电子元器件试验大纲、电子设备试验大纲,制定元器件选用、采购、验收、测试、后期服务规范。此时,应固化采购厂家、元器件型号规格和质量等级、生产技术要求、验收程序、验收环境、测试条件和测试项目、后期服务的程序和要求等等,并组织进行专项评审。


  在各阶段的信息统计过程中,应注意元器件的制造工艺水平和质量等级,关注其质量特性,根据可靠性指标和部件功能及技术要求,确定和优化最佳选用方案和集成方案。如线绕电阻的电感量大,纸介电容的漏电流大,瓷片电容的耐温变率和耐震动的水平低,TVS耐浪涌电流小但反应时间快,磁环的效果取决与材料的装配等。


  2.电子元器件的检测质量控制


  2.1物理检测


  物理检测是对采购或接收的电子元器件进行的入厂复验,一般是进行常温测试和外观检查。


  用10倍或以上的放大镜/显微镜、热像仪,对元器件的外形、引线、材料、封装标识、镀层质量、芯片工艺质量、内部结构质量等进行检查,看有无缺陷,确认产品记录标识和工艺水平。


  还可以用X射线和颗粒碰撞噪声测试筛选,检查引线开路、短路和内部金属多余物及内腔形状和体积等,检测是否存在生产缺陷。


  2.2可靠性筛选


  可靠性筛选是将存在潜在缺陷的“早期失效”元器件诱发其失效并剔除,因此需对元器件进行100%筛选。元器件的固有可靠性由设计、制造工艺水平和本身属性决定,可靠性筛选已不能改变其固有可靠性,只是通过筛选来提高产品使用可靠性,筛选也不能改变元器件质量等级。


  2.3寿命筛选


  按寿命试验的性质分为存储寿命试验和工作寿命试验,前者是在规定的环境条件下进行存放试验,后者是在规定的正常工作条件下对产品进行试验。按照应力水平分为正常寿命试验和加速寿命试验,前者是施加规定的额定应力,后者施加超过额定应力的应力。


  目前使用较多的是工作寿命试验和加速寿命试验,我们经常使用的有高温储存筛选、低温储存筛选、功率老练筛选等。


  2.4高应力筛选


  该筛选是抽样对元器件施加苛刻的应力和条件要求,暴露其在设计、工艺、材料、结构等方面存在的缺陷或薄弱环节,分析和鉴别其可靠性,它对样品具有一定的破坏性。筛选试验有高温电老化、高温存储、高低温冲击、机械振动等,筛选后的元器件不能归批。


  3.结束语


  根据目前科技发展和装备质量控制需要,各单位应成立元器件管理机构和人员,并组织进行培训和继续教育。根据装备研制生产、采购使用的需要,应集中配置必要的元器件筛选手段和筛选环境,仪器、设备要按照规定进行定期检定,合格后使用。除对元器件进行选择、采购、监制、验收、筛选、保管、评审、使用、失效分析外,还应加强元器件信息管理和不合格元器件的处理以及记录控制,以确实加强电子元器件可靠性质量管理。


  参考文献: 

  [1] 张增照.以可靠性为中心的质量设计、分析和控制[M].电子工业出版社,2012. 

  [2] 孙 磊.质量管理实战全书[M].人民邮电出版社,2011. 

  [3] 质量与可靠性国家军用标准汇编.国防科技工业质量与可靠性研究中心,2005. 

  作者简介: 刘亭(1988-),男,湖南常德人,助理工程师,主要从事水中兵器研究;张莹毅(1979-),男,湖南郴州人,工程师,主要从事水中兵器研究。

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